天津大学化工学院郝红勋教授课题组综述：溶液中晶体成核分子机理
从自然界中冰、霜、雪等晶体的形成，到人体骨骼、牙齿等的矿化结晶，再至各种精细化工产品（如医药、农药、食品）等的生产制造，成核现象无处不在。作为许多固体材料形成过程的关键，成核决定了产品的结构和形态，并最终影响产品质量和性能，在材料科学、制药工业和精细化工等领域有广泛的应用价值，尤其是对具有多晶型现象的晶体物质更为重要。了解溶液中晶体成核的分子机理有助于预测晶体结构，控制产品质量，设计具有特定功能晶体材料等。因此，已有大量研究人员尝试从分子层面揭示导致晶体不同宏观性质的微观机理，即溶液中无序的分子如何形成长程有序的新相，自由的分子如何以不同的构象或不同堆积方式形成新的晶核等。
对晶体成核理论及机理的研究最早可追溯到上世纪三、四十年代，但到目前为止，晶体成核机理仍不清晰，尚未得到晶体成核过程分子演化路径的一般规律，特别是对于多晶型体系。近日，天津大学化工学院国家工业结晶工程技术研究中心郝红勋教授课题组在SCIENCE CHINA Chemistry杂志上发表了题为“Molecular mechanism of crystal nucleation from solution”的综述，结合自己多年研究成果归纳总结了近10年来溶液中晶体成核分子机理的研究进展。
文章首先回顾了近年来提出的成核理论，包括经典成核理论、两步成核理论、预成核团簇理论、二维成核机理等，并对这些理论进行了归纳与总结。其次，总结了晶体在溶液中成核的分子组装及演化过程，包括目前在分子层面研究成核的技术手段，溶液中的分子自缔合、去溶剂化过程，以及溶剂性质和晶体结构对结晶成核的影响。再次，从溶液与晶体结构中分子构象的联系与差异角度，讨论了复杂多变的柔性溶质分子在溶液中的自缔合方式及其对成核的影响，包括对成核多晶型和成核速率的影响。最后，概括了当前溶液中晶体成核研究面临的挑战，并展望了未来在分子水平上预测和控制成核的研究方向。本篇综述全面总结了溶液中晶体成核分子机理的研究进展，并从多角度阐述了晶体成核的分子演化路径，为将来的进一步研究指明了方向和路径(见下图)。
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作者简介
李欣 天津大学化工学院工业结晶方向三年级在读博士生。自2016年夏天以进入郝红勋教授课题组，一直从事结晶成核的分子机理以及药物结晶工艺优化的研究。
王娜 天津大学化工学院工业结晶方向博士后，一直从事共晶形成的分子机理、分子组装及调控等研究，并将共结晶法应用于物质分离等领域。
郝红勋 海南大学化工学院院长、天津大学化工学院国家工业结晶工程技术研究中心教授，主要从事晶体工程和工业结晶领域研究，具体研究方向包括（1）晶体形成的分子机理，（2）高端晶体药物开发，（3）功能晶体材料与纳米材料，（4）分离与精制结晶新技术与过程强化，（5）高盐废水处理等。目前已经在Chem. Eng. J、J. Mater. Chem. C、ACS Nano、Chem. Eng. Sci.、Ind. Eng.Chem. Res.、AIChe J等国内外高水平期刊发表SCI论文200多篇；申请中国发明专利60多项，授权35项；获国家科技进步二等奖、国家技术发明二等奖、教育部科技进步一等奖、侯德榜化工科技创新奖，天津市科技进步一等奖，天津市技术发明一等奖等各类奖项12项。