南京师范大学古志远教授课题组近年来重要工作概览

古志远，教授、博导，国家自然科学基金优秀青年基金获得者，中国化学会高级会员。2006年和2011年在南开大学获学士、博士学位。2011至2014年在美国德州农工大学进行博士后研究。以通讯作者在Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Cent. Sci.、Chem. Sci.、Anal. Chem.等化学高水平刊物上发表SCI论文50余篇，授权专利3项。论文总引用11741次，h因子41。担任Chinese Chemical Letters、Journal of Analysis and Testing、The Innovation、《色谱》青年编委；《分析测试学报》、Frontiers in Environmental Chemistry 编委；Advances in Sample Preparation 顾问编委；Analytical and Bioanalytical Chemistry 客座编辑等。

古志远教授主持国家、省部及横向课题6项，科研项目累计1000余万元。2014年入选江苏特聘教授，2015年入选中国科协青年人才托举工程，2019年入选国家优青、江苏省优青，2020-2024连续五年入选Elsevier与斯坦福大学发布的全球前2%科学家“终身科学影响力排行榜”。曾获2013年度教育部自然科学奖一等奖（排名第三）、江苏省化学化工学会戴安邦青年创新奖（2019）。

下面以古志远教授代表性的文章来简要介绍该课题组近年来所取得的成果。

一、构筑了系列具有不同转角、孔形状、孔径的亚纳米孔分离介质，开辟了孔道分离介质调控与制备的新维度——“转角”，解决了常规分离介质无法在亚纳米尺度连续精细调控孔道尺寸和形状的问题

小分子目标物的尺寸处于亚纳米级别，在亚纳米孔级别设计并精准构建分离孔道，是分离分析的重要挑战。传统分离介质受制于化学键固有长度的限制，无法在亚纳米尺度孔道内连续改变孔道尺寸和形状。该研究团队创新性地以二维Zr-BTB（1,3,5-三(4-羧基苯基)苯）MOF纳米片为模型基元结构，以旋转角度作为主要调控参数，系统提出了成键反应、主客体化学、调节剂诱导等构筑策略，成功构建了具有不同角度、孔形状、孔径的亚纳米孔分离介质。

（1）该课题组率先发现了不同纳米片堆叠时的随机旋转现象，提出了“转角”亚纳米孔分离介质新概念。提出了基于乙醇介导脱羧脱醚成键反应的去扭转化策略，成功构建了规整有序堆叠的亚纳米分离孔道（Nat. Commun., 2019, 10, 2911）。此外，该课题组还提出了利用极性醇调节二维MOF纳米片堆积的策略。研究发现醇等极性分子在二维MOF纳米片堆积的调控过程中提供了很强的相互作用，为设计具有潜在应用前景的新型多孔摩尔材料提供了机会（Chem. Sci., 2024, 15, 4106-4113）。

图1. 客体分子调控二维片层之间堆积的新方法。

（2）该课题组发展了主客体化学策略，通过选择不同极性和尺寸的客体分子在亚纳米水平上精确地调控分离介质的扭转和堆积。建立了以层间旋转莫尔条纹为指标的亚纳米孔表征新方法，阐明了二维MOF纳米片扭转与规整堆积的结构演变规律。甲苯（MB）和乙酸乙酯（EA）溶剂分子分别与纳米片骨架之间产生不同的π-π相互作用和静电作用，进而诱导纳米片形成特定且不同角度的扭转堆积（Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 6920）。在此基础上，该课题组提出了客体分子扭矩扳手策略，通过逐级改变客体分子极性，进一步精准调控二维MOF纳米片层间转角和堆积。甲苯、乙苯、丙苯和戊苯分子诱导纳米片层间形成的扭转堆积比例逐渐减小，规整堆积比例逐渐升高，纳米片厚度逐渐增加（J. Am. Chem. Soc., 2023, 145, 26580）。

图2. Zr-BTB的色谱分离效果。

（3）此外，该课题组通过精准改变超薄二维MOF纳米片表面的亲疏水性，对纳米片中的褶皱结构进行调控，并率先建立了孔隙简化模型，实现了基于电镜的孔隙埃级分辨成像。采用一系列不同长度的烷烃链羧酸合成带有褶皱的Zr-BTB纳米片，精确表征了其褶皱孔隙，将其应用于高分辨气相色谱分离（Angew. Chem. Int. Ed., 2024, 63, e202409588）。

图3. 褶皱Zr-BTB-C4纳米片的表征。（a）高分辨透射电子显微镜（HRTEM）图像；（b）原始高角环形暗场（HAADF）图像；（c）两层之间褶皱堆叠的侧视图和俯视图模式；（d）b图带有周期性掩模的快速傅里叶变换（FFT）图像；（e）对b图进行逆FFT去噪处理后的HAADF图像；（f）沿着e图中青色线的强度剖面图。

二、发展了拓扑柔性调控、混配体、固溶体、晶面取向、可控堆积等制备方法，构筑了系列微孔介孔、微孔大孔耦合分离介质

（1）该课题组报道了一种具有各向异性柔性的Zr-MOF（Zr-TCPE），并利用合成后修饰的手段在Zr-TCPE的空位点上引入二级配体，成功调控了Zr-TCPE的柔性并定向研究了有机配体的分子间运动和分子内运动，显著提高了骨架的稳定性和分离性能，为设计高效的发光材料与分离介质提供了新思路（Nat. Commun., 2023, 14, 5347）。

图4. scu拓扑Zr-MOF的柔性调控示意图。

（2）该课题组率先提出了控制MOF晶面取向的配体裁剪策略。根据MOF原始有机配体的形状和MOF晶面的配位结构，将原始配体“裁剪”成不同形状的封端剂。这些封端剂能够精准配位到MOF的特定晶面上，从而控制该晶面生长的速度。通过配体裁剪策略，定向合成了形貌均一的PCN-608纳米盘和纳米棒。这两种分离介质化学组成一致，但暴露晶面不同，为可控动力学分离提供了便利（Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 61, e202207786）。这种半配体调控策略还被该研究团队用于构建了一种混合纯微孔scu 拓扑（孔径1.2 nm）和微介混合孔csq 拓扑（主孔径2.8 nm）的MOF固溶体（MOSS）纳米单晶颗粒。这一策略合成的固溶体中微介孔具有均一分布的特点，克服了异质生长、后修饰、选择性刻蚀等传统方法中孔径分布不均一、需引入额外官能团等缺点。MOSS固溶体中微介孔的比例可以通过半配体的量进行有效调控（ACS Cent. Sci., 2022, 8, 184-191）。

图5. （a）PCN-608的原始结构；（b）、（c）通过晶面匹配设计PCN-NPs和PCN-NRs的配体剪裁策略。

（3）在上述研究基础上，该课题组提出调节传质对于优化多孔材料的催化和分离性能至关重要。通过在具有fcu拓扑结构的MOF中混合不同长度和比例的配体，开发了一系列连续可调谐MOFs（CTMOFs）。该系列MOFs表现出不断加快的传质现象。同时通过染料吸附、暗场显微镜和气相色谱对传质速率进行评价。优化后的CTMOFs传质性能使对二甲苯和邻二甲苯的分离分辨率达到了5.96。这一策略为调控多孔材料的传质提供了新的思路（Anal. Chem., 2024, 96, 6476-6482）。

图6. UiO-66、DUT-52，以及混配体MOFs（CTMOFs）的合成示意图。

三、发展了基于固态纳米孔的多种检测策略，提高了固态纳米孔检测蛋白和小分子精度和灵敏度

（1）该课题组率先利用减小纳米孔尺寸的策略使蛋白的柔性特征得到充分体现，以此通过不同柔性特征将结构极为相似的铁蛋白和去铁蛋白区分开。当纳米孔孔径大于蛋白尺寸时，铁蛋白和去铁蛋白快速过孔，没有明显区分。当纳米孔孔径与蛋白尺寸接近时，两种蛋白挤过纳米孔，柔性较大的去铁蛋白形变明显且穿孔较快，可以将两种蛋白区分开。当孔尺寸小于蛋白尺寸时，蛋白会卡在孔口振动，去铁蛋白没有铁核支撑表现出更好的柔性，产生更大的电流波动，以此可以将两种蛋白明显区分开（Anal. Chem., 2023, 95, 16496-16504）。

图7. 减小孔径以增强铁蛋白和载铁蛋白区分灵活性的策略。

（2）该课题组率先构建了聚多巴胺（PDA）涂层的纳米孔作为固态纳米孔传感平台用于高效识别寡核苷酸C（PolyC）。PDA涂层拥有丰富的活性位点，如吲哚、氨基、羧基、儿茶酚和醌等结构，可与短寡核苷酸相互作用减慢寡核苷酸的易位率。其中，PolyC的易位率被降低的最多，产生最大的阻塞电流；而polyA和polyT产生的阻塞较小。通过进一步研究发现PDA涂层的纳米孔可以灵敏地区分不同长度的PolyC（20、14和10 nt），较大程度上提高了纳米孔检测的灵敏度。该功能化的纳米孔有望对小型目标物的体外诊断提供新的应用前景（Anal. Chem., 2023, 95, 17347-17353）。

图8. PDA修饰纳米孔对不同寡核苷酸的识别示意图。

更多详细信息请参考课题组官网：https://www.zygulab.com/ 

此外，课题组欢迎热爱科研并对相关研究方向感兴趣的同学，联系报考硕士、博士及博士后岗位。

图9. 古志远教授课题组成员

导师介绍

古志远

https://www.x-mol.com/university/faculty/11786