日前，中科院正式发布了25项“十二五”期间通用领域重大科技成果及标志性进展。中科院之声推出“中国科学院‘十二五’标志性重大进展”专栏，为您盘点回顾这25项标志性重大进展。
标志性重大进展之一是分子反应基础与器件。牵头研究单位为中国科学院化学研究所。我们赖以生存的物质世界是由原子组成的，原子按照自然法则结合成结构和功能特别丰富的分子。分子的结合与组装可形成具有特殊光、电、热、力学等性能的分子材料和器件，这些材料与器件是能源、环境、信息、健康等领域创新发展的重要物质基础，相关研究是21世纪化学学科的重要方向。
在单原子精准水平理解化学反应是分子反应基础研究的重要内容，构建高效催化反应活性中心、合成制备高效催化剂是控制分子反应的关键技术。化学所科研人员提出将活性原子，包括原子氧自由基、金、铂等负载到原子团簇上，使用自主设计建立的原子簇科学仪器测定单原子活性中心的基元反应步骤、催化反应路径及其随载体原子簇的变化规律。
研究发现通过调控氧自由基活性中心局部的自旋和电荷分布，能够有效控制其与惰性小分子甲烷、一氧化碳等的反应活性与选择性；金-氧化学键与金-金属化学键的相互转化可以驱动一系列重要的化学反应，等等。这些工作为精准研究和调控化学反应提供了新线索和新策略。
自然界生物进化形成的光系统II水裂解催化中心（OEC）能够高效裂解水、释放氧气、产生电子和质子，人工模拟这一生物水裂解中心的结构和功能是极具挑战性的重大科学前沿。化学所科研人员通过合成系列MnCaO和MnSrO金属簇合物，解决了碱土金属离子难与Mn离子通过氧桥连接的难题，同时找到了控制外围配体来影响簇合物稳定性的方法。
在此基础上，成功合成了新型的Mn4CaO4化合物，该化合物是迄今为止与生物体OEC结构最为接近的模拟物，它不仅很好地模拟了不对称的Mn4Ca簇核心结构，而且也很好地模拟了其配体环境，此外，四个Mn离子的价态也与生物OEC完全一致；新的模拟物在氧化-还原特性、电子顺磁特性及化学反应特性方面均与生物OEC非常类似，具有催化水裂解的功能。
仿生有机催化是本世纪以来异军突起的一类新型催化技术，与传统金属催化和酶催化反应相比，仿生有机催化具有低毒、低污染、成本低廉等优点，在不对称有机合成领域具有广阔的应用前景。化学所科研人员以自然界aldolase酶催化为蓝本，开发了一类独具特色的伯叔二胺型仿生有机小分子催化剂，被誉为“Luo-Cheng Catalyst”；受自然界萜类环化酶启发，设计发展了不对称双酸催化体系。
研究工作进一步拓展了新型的催化策略和催化应用。如成功将仿生伯胺催化与过渡金属催化有氧氧化结合起来，成功实现了1,3-二羰基化合物的不对称氧化胺化反应，开发了一种手性非天然氨基酸的高效合成路线。
结构决定功能，分子组装结构异常丰富多样，因而分子组装是创造功能物质的重要途径，分子之间弱相互作用的调控以及复杂组装体的理性设计是分子组装研究的前沿领域。
化学所科研人员系统研究了表面分子组装体系的手性现象及其调控规律，首次报道了固/液界面基于非手性分子的手性组装过程的“多数原理”；建立了电场诱导垂直方向分子组装的新策略；借助多重的氢键和疏水作用，使小分子自组装成超分子纳米管，进一步进行多级次组装，形成的组装体具有优良力学性能，与多种共价高分子材料以及生物材料有相媲美的力学强度。
通过控制硼酸脱水化学反应平衡，获得大面积有序共价多孔网格结构；通过气固界面限制反应方法，制备了大面积有序的双组份共价有机网格，建立的共价网格构建方法对制备可逆、可修复的表面二维聚合物材料具有重要意义。
化学所的科研团队从表面化学反应结合固态生长合成化学的新视角出发，首次在铜表面上合成了具有本征带隙sp杂化的二维碳的新同素异形体—石墨炔，开辟了人工化学合成碳同素异形体的先例。
石墨炔（Graphdiyne）是以sp和sp2两种杂化态结合形成的刚性二维平面碳材料，具有优良的化学稳定性和半导体性能，这类材料具有近1 nm左右的孔洞结构和0.365 nm的层间距，在信息技术、电子、能源、催化以及光电等领域具有重要的应用前景。
有机柔性器件是分子纳米器件领域研究的制高点之一，相关方面的突破需要分子合成和组装、材料加工技术、器件和集成技术的协同创新。
化学所充分发挥有机Pi分子和半导体材料创制的源头创新优势，结合衬底材料、打印技术、分子-纳米尺度的表界面性质调控，开展了具有引领意义的工作。他们创造了通过引入超薄悬浮栅极，突破了介电层的弹性瓶颈，构建了柔性悬浮栅有机薄膜晶体管，器件展现了高达192 kPa-1的超高灵敏度，是已报道的有机柔性压力传感器的最优结果，是一类超高灵敏电子皮肤。