1.磁性课题

Single-Molecule Magnets（单分子磁体）

大数据时代对信息的存储容量及处理速度提出了更高的要求。单分子磁体作为一种新型的亚纳米级磁性材料可以利用化学手段微调物理性质，尤其是分子对称性、配体场对基于量子隧穿、自旋-晶格耦合等引起的磁弛豫的影响可以得到有效的调控。同时，由于磁场的非均匀及局域化困难的特点，未来基于电场控制下的分子基自旋电子器件是一个有效的解决办法。由于涡旋磁矩可以产生电极化，通过合适的分子设计极有可能在极小的空间实现该耦合效应，从而极大提升信息存储密度。

2D Magnets （二维磁体）

自2004年石墨烯被分离以来，二维材料得到了前所未有的发展，并且在磁、电、力和光学等领域展现了许多奇异的特性。相对于其它物理性质而言，二维磁体得研究相对较晚，虽然理论上已经证二维磁体存在的可能性，但仅少数材料在实验上做了验证。究其原因，主要的困难是传统的磁性材料难以剥离出二维层出来，在有少量多层存在得样品中，二维磁体容易通过在化学键或空间的磁相互作用，形成三维磁长程有序，从而掩盖了真正得二维行为。因此，阻隔二维材料层与层之间的磁相互作用是实现二维磁体的关键。

MRI Contrast Agents（磁共振造影剂）

利用功能团簇所构筑出的新型磁共振分子造影剂，不仅易于表面修饰，能够标记生物靶向分子，还具备巨大的药物承载能力。能够基于此研制一类全新的分子影像诊断探针，应用于疾病（如肿瘤）的分子显像和特异性诊断；同时，也可作为一种体内实时监控的新型纳米药物载体，实现治疗药物在体内分布及作用的实时、动态显像，在疾病分子影像诊断及分子治疗中有着广泛的应用前景。以GdDTPA为代表的磁性分子作为磁共振造影剂被广泛应用于临床诊断，但其目前被检测出存在脑部代谢难及一些器官靶向性差的问题，仍有进一步提升及改进的余地。

2.生物课题

Nanomagnetic Beads （纳米磁珠）

磁珠，是由Senyei A E 在1978年首先研制出来的一种新型的功能性材料。它的内部是一个磁核，因而在外部磁场的作用下，微球可以定向移动；外部是一层包覆层，表面分布着许多活性基团，可以和细胞、蛋白质、核酸、酶等生化试剂发生偶联，进而在磁场的作用下实现分离。磁性微球从诞生开始，它就受到了科研工作者的关注，并且在生化分析领域得到成功的应用。近年来，将磁性微球包被上特异性抗体、受体、单链DNA，用于分离复杂样品中的靶体，取得巨大成功。这种磁性微球已被广泛应用于免疫分析、核酸分离提取、细胞分选、酶的固定等多个领域。已经有相关的文章报道了将磁性微球应用于检测环境样品中的痕量微生物或者某些活性化学物质，取得了很好的效果。

Metal Drugs （金属药物）

所谓金属药物，就是用于治疗疾病的金属化合物和配合物。例如，顺铂、卡铂和奥沙利铂用于治疗癌症；金化合物用于治疗类风湿关节炎；磺胺嘧啶银用于杀菌、灭菌、治疗烧伤和防止感染等，但是这些药物的靶向治疗效果不佳。具有磁性分子或磁性纳米颗粒具有较强的磁热效应可以用于特定病灶部位的磁热疗，但目前只能采用直接注射的方法，也无法达到靶向治疗的目的，存在缺陷；而目前广泛使用的铂类化疗试剂毒副作用大，亟需开发新型安全性高的金属配合物小分子药物，改善化疗的效果。目前该方向是我们积极开展的新研究方向。

Magnetic proteins （磁蛋白）

曾有学者在《Nature Material》杂志上在线发表了生物感磁研究领域的一项突破性进展，作者提出了一个基于蛋白质的生物指南针模型（Biocompass model），并初步确认并建立了基于MagR蛋白的生物指南针感磁机理。该模型认为，存在一个铁结合蛋白作为磁感应受体（Magnetoreceptor，MagR），该蛋白通过线性多聚化组装，形成了一个棒状的蛋白质复合物（Magnetosensor），就像一个小磁棒一样有南北极。在生物体中的磁蛋白可能与“第六感”相关，对其的深入研究也有助于生物此感受能力研究领域的发展，借此人们可以利用蛋白的磁学性质实现操控生物大分子乃至细胞行为、动物行为的各种应用。

3.能源课题

Catalyst for Electrolyzing Water （电解水催化剂）

氢能因其来源广、无污染等优点而成为二十一世纪最有前景的能源之一。电解水被认为是一种最有潜力的制氢技术。然而阳极析氧反应（OER）和阴极析氢反应（HER）较高的过电位，阻碍了水的高效分解。氢析出和氧析出的催化效率直接影响电解水技术发展，特别是氧气的析出涉及的是四电子转移过程，复杂的氧析出过程损失了大量的能量，成为阻碍电解水技术发展的最大障碍。因此，为了解决以上难题，寻找优异的、可持续的电解水催化剂，对相关催化剂广泛而深入的探索急需进行。

Reduction and Storage of CO₂ （CO₂的还原与封存）

自工业革命以来，由于人类活动排放了大量的二氧化碳等温室气体，使得大气中温室气体的浓度急剧升高，结果造成温室效应日益增强。大气温室效应的不断加剧导致全球气候变暖，产生一系列当今科学不可预测的全球性气候问题。如冰川融化，海平面上升等，全球数千万人的生活将会面临危机，甚至产生全球性的生态平衡紊乱，最终导致全球发生大规模的迁移和冲突。因此，降低大气中的二氧碳浓度势在必行。因此，利用对CO₂的化学还原实现大气中温室气体的含量的下降，尤其是合成高效环保的催化剂和开发电还原CO₂的新技术，是实现“碳达峰”“碳中和”的重要途径之一。

Spin Photovoltaic Materials （自旋光伏材料）

以(MA)PbI₃（甲胺铅碘钙钛矿）为代表的无机框架材料通常具有有机模板剂，该类模板剂被镶嵌在无机的骨架当中。其优点在于有机模板剂形状、电荷等因素可以对无机结构进行调控，且较易于溶解在有机溶剂中，相较传统的无机材料易于用化学的方法旋涂成膜，可节约成本。同时，无机部分保留了原有无机材料的功能性，因此可以应用于光电/磁热等能量转换的材料。