机器学习由于其巨大的应用前景已经得到各个行业的高度关注, 已经渗透到了人们生活的方方面面。该方法在化学领域也取得了重要的发展，被用于指导有机合成、搜寻功能材料、发展理论方法等，其中利用大数据“学习”化学、生物和材料体系的势能面信息来进行多尺度的分子动力学模拟是目前的研究热点之一。前期的理论工作主要集中于“训练”单一势能面并用于绝热动力学模拟，而对多态耦合的势能面及其在非绝热动力学中的研究则少有报道，特别是针对势能面交叉区域的复杂势能面的机器学习未见报道。

近年来，具有长寿命激发态和延迟发光的分子室温磷光材料（RTP）在光学成像、生物治疗、显示器、传感以及防伪等领域受到了广泛关注。相比于传统的无机长余辉材料，纯有机RTP体系具有生物毒性小、容易制备、加工性能好、成本低等优点。然而，纯有机RTP材料很少能达到数秒级激发态寿命，很大程度上限制了其在发光可视化和识别方面的应用。目前，实现纯有机RTP策略有以下几种：例如，通过引入重原子，可以加强旋轨耦合、促进系间窜越；通过增强体系刚性，可以减少三线态非辐射能量损失。然而，设计合成与无机发光体系媲美的长寿命有机RTP

作为自然界基本的组成成分，含氧酸式阴离子在环境科学、生命科学等领域当中都扮演着重要的角色，如硫酸氢根是酸雨的主要成分，是环境污染的重要检测对象；碳酸氢根是CO2在自然界中存在的重要形式；而磷酸氢根、焦磷酸根是生物体代谢过程中的重要产物，在生命科学研究中至关重要。因此对于它们的检测、富集、捕获都是目前阴离子传感器研究的热点。目前已报道许多“开启”荧光的化学传感器机理，如光电子转移（PET），激基复合物/激基缔合物，荧光共振能量转移（FRET），分子内电荷转移（ICT），激发态分子内/分子间质子转移（ESIP

手性砜化合物是许多生物活性分子的重要结构单元和合成中间体，如可以用于合成香料ar-turmerone，天然产物(R)-curcuphenol和(S)-curcudiol，肾素抑制药Remikiren，γ-分泌酶抑制剂r-secretase inhibitor，炎性细胞因子抑制剂inflammatory cytokines inhibitor等等。除此之外，砜基团还可以通过烷基化、卤化、氧化、去砜化、Julia烯烃化等反应转化为很多其他有重要作用的官能团。因此，手性砜的制备成为科学家研究的热点。不对称催化氢化

单晶胞半导体纳米线（SSNW）是指线径仅为单晶胞尺寸（通常小于1.0 nm）的半导体纳米线，也是理论上最细的晶体半导体纳米线。得益于其超细的直径、超高的结构各向异性和巨大的比表面积，SSNW能够将量子限域效应和界面效应推向理论极限，从而可获得比常规超细纳米线更诱人的光电性质与更新奇的物理化学性质。因此可预期SSNW在光电纳米器件、传感检测、能源催化等领域具有广泛而诱人的应用价值。遗憾的是，目前SSNW的可控合成仍存在巨大的挑战性，其艰巨性具体体现在：1）缺少有效的方法以控制反应系统在成核阶段仅产生单晶胞尺

核酸是以核苷酸为基本组成单位的生物信息大分子，具有复杂的结构和重要的生物功能。核酸的二级结构不仅仅有最早由Watson和Crick通过X-射线晶体衍射所证实的DNA双螺旋结构，更多在调控生命过程中起到重要作用的新颖的核酸二级结构被发现。比如，i-motif是由富含胞嘧啶C碱基的DNA序列在微酸性条件下通过质子化一条链中的C碱基、然后再与另外一条链(非质子化)进行氢键配对C(H)+：C形成的C四链体结构。i-motif 存在于原癌基因促进子区域，是基因调节和抗癌疗法的靶标，还可以作为转录激活因子调节基因

短短十年内（2009-2019），铅卤钙钛矿ABX3 (A= MA, FA, Cs；B= Pb, Sn; X= Cl, Br, I)太阳能电池的光电转换效率从3.8%迅速提升到24.2%，接近商业化硅太阳能电池效率，是下一代明星光伏器件。但是，该数值仍然比单p-n节太阳能电池的肖克利奎伊瑟极限低10个百分点。其中，声子诱导的非辐射电子-空穴复合是导致电荷和能量损失的主要途径，限制了钙钛矿太阳能电池转换效率的进一步提高。近期，龙闰教授和方维海院士课题组针对这一核心问题，采用含时密度泛函理论结合非绝热动力学模

如何突破限制激光技术应用及微加工精度的所谓“200nm”墙的限制，取决于新颖高效的深紫外（DUV，λ < 200 nm）非线性光学（NLO）晶体的发现和创制。深紫外NLO晶体材料是是中国掌握的、处于国际领先地位的“卡脖子”科学技术之一。由于DUV倍频材料对材料的性质要求苛刻：要求材料同时具有非中心对称晶体结构、二阶倍频效应系数大、尤其是需具有超宽带隙（大于6.2 eV），因此，符合该要求的材料匮乏，商用材料仅有KBBF一例，但因其含铍元素，且大晶体生长困难等，其应用受到一定程度限制。因此新型深紫外非线性光

红外（IR）非线性光学材料（NLO）虽在长距离激光通讯、红外对抗、光通讯及光电设备等领域得到了广泛应用，但由于其数量匮乏，不能满足日益增长的应用需求。目前只有三个商用材料，分别是AgGaS2 (AGS), AgGaSe2和ZnGeP2, 其中AGS性能最优，品质因子最大；但该材料带隙较小（2.58 eV），激光损伤阈值低，器件寿命短。因此如何提升AGS的激光损伤阈值和综合性能是该领域的一个难点和热点，具有重要的科学意义和应用价值。

近年来，传统化石燃料的大规模利用导致能源短缺、环境污染等诸多问题，因此开发清洁高效的新能源迫在眉睫。氢能作为一种洁净的可再生能源，具有热值高、燃烧产物为水等优点，是一种理想的传统化石能源的替代燃料。氢能可通过电解水(由析氢反应HER和析氧反应OER组成)直接获取，而HER和OER过程均需要较高的过电位，需采用适宜的电催化剂来降低此过电位，以实现工业化应用。至今，以Pt, Ir和Ru为代表的贵金属是性能最优的电解水制氢催化剂。但贵金属资源稀缺、价格昂贵，生产成本很高，限制其产业化。因此，探索高效稳定的电催化