2025 Regeneron ISEF大奖-CHEM化学获奖作品汇总-1

最新官方消息！全球科创天花板赛事——国际科学与工程大奖赛（Regeneron ISEF），现已正式公布了2026年总决赛的举办时间和地点。这场汇聚全球青年创新力量的科技盛宴，将于2026年5月9日至15日，在美国亚利桑那州凤凰城会议中心（Phoenix Convention Center, Arizona）璀璨启幕。

2026ISEF赛事安排

参赛资格

年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

团队项目：最多3人，所有成员需满足资格且共同参赛。

项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

关键文件与截止时间

ISEF表格：根据研究类型提交相应表格（如1C、2、3等），需在地区赛前完成审核。

摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

地区赛截止：2026年3-4月

其他注意事项

展示材料：展板需符合ISEF尺寸要求（通常宽48英寸、深30英寸、高108英寸），禁止活体样本或危险品。

知识产权：部分研究可能需申请专利后再参赛，避免披露风险。

为了方便同学们更好的备赛，特别整理了ISEF-CHEM化学2025的获奖作品方便学习

CHEM化学获奖作品集合

CHEM003 - 增强TPA-BT衍生物的激基复合物形成

本研究设计合成了一系列供体（D）分子，尝试与已知的受体（A）分子形成激基复合物，并探究单体化学结构对激基复合物光物理性质的影响。合成的五种供体分子表现出分子内电荷转移效应。利用Lippert-Mataga模型分析了跃迁偶极矩的变化。此外，通过分子模拟和电化学势测量估算了这五种分子的电子能级，得到了D分子的基态能量，该能量介于A分子的基态能量和激发态能量之间，从而有利于激基复合物的形成。DA对分子的聚集导致了新的发射谱带的形成，表明激基复合物的存在。控制电子供体分子的电子能级可以调控所形成激基复合物的发射波长。此外，具有三角形结构的D分子比棒状分子更容易形成激基复合物。选择这些三角形给体组装固体薄膜，并制备了初步的光电器件。本报告深入探讨了单体设计及其对激基复合物所需光物理性质的影响，为面向应用的产品开发中的分子设计提供了蓝图和指导。

CHEM004 - 用于伤口护理的碳点嵌入智能水凝胶

每年，伤口导致500万至600万人死亡，而目前的治疗方法仍然不足，这凸显了对先进伤口护理系统的需求。本研究旨在通过开发智能生物传感器绷带来解决这一问题。为此，作者利用透明质酸、甲基纤维素和丙烯酰胺，通过自由基聚合合成了一种具有互穿网络的新型水凝胶 (PHG)。PHG 中掺杂了一种富含酚的提取物，该提取物取自葡萄渣的索氏提取液。葡萄渣是一种未被充分利用的农作物废料 (95%)，经过升级再造，此前从未使用过。将生物活性外用剂掺入的水凝胶 EHG 生物打印成绷带支架。为了引入生物传感功能，研究人员将新合成的 pH 响应碳点 (CD) 嵌入支架中，从而能够实时比色监测伤口状态。该功能与基于人工智能的检测监测移动应用程序 (INTEHG) 集成，形成了一个智能绷带系统。采用傅立叶变换红外光谱 (FTIR)、扫描电镜 (SEM)、热重分析 (TGA) 和流变学方法对 EHG 支架进行表征，采用透射电镜 (TEM)、动态光散射 (DLS)、zeta 电位和荧光光谱法对 CDs 进行分析。通过结构（透气性、细菌渗透、膨胀、降解）、外用药物相关（酚含量、抗氧化活性、释放曲线、细胞毒性、细胞迁移、划痕）和生物传感器相关（pH 响应性）分析评估伤口愈合性能。结果证实，EHG 是一种生物相容性、可生物降解、具有抗菌屏障和透气性生物传感器的水凝胶。它具有高膨胀性、pH 敏感释放、强抗氧化活性、显著的增殖作用，并能促进细胞迁移和加速伤口闭合。它还可用作智能绷带，通过颜色变化和 INTEHG 应用程序集成进行实时检测和监控。

CHEM007 - 利用染料敏化太阳能电池中的农产品损失

农产品损失是一个全球性重大问题，既影响环境，又影响经济。染料敏化太阳能电池 (DSSC) 是第三代太阳能技术，利用光敏染料吸收阳光。这种染料通常由合成材料制成，在制造过程中可能对人体产生毒性，在处置时也可能对环境产生毒性。将农产品损失用作 DSSC 中的有机染料，可以实现农产品浪费的循环利用，并成为一种环保且经济高效的传统光伏电池替代品。本研究使用富含芦丁、天竺葵色素、矢车菊色素、甜菜苷和柠檬酸的农产品，例如青苹果、草莓、樱桃、甜菜根和柠檬，来制造单独的光敏染料。这些染料被应用于 DSSC 原型，并在 14 天内测试了其吸收特性、多种光照条件下的电压和电流输出以及降解模式。尽管最初的电压和电流输出很高，但樱桃染料仍显示出快速降解的迹象，凸显了稳定性方面的挑战。单一染料实验的结果促成了苹果和草莓染料组合的开发，之所以选择这种染料组合，是因为它们的光吸收和电子转移特性互补。结果表明，共敏化染料的功率转换效率 (PCE) 比单一染料的平均效率提高了 52%。此外，对电流密度-电压 (JV) 曲线的详细分析显示，最大功率输出有所提升。这项研究表明，利用互补染料特性可以提高 DSSC 的性能，从而进一步推动 DSSC 成为一种可行的农产品损耗再利用方法。

CHEM010 - 利用强制对流改进电解器

随着2024年全球氢气需求达到2000万吨，电解（将水分解成氢和氧的化学过程）仍然是最有前景的清洁制氢方法之一。虽然碱性电解的材料和生产成本相对较低，但也存在电极腐蚀和能源效率低下等挑战。为了解决这些问题，本项目采用了一种名为强制对流的新型方法，通过直接海水碱性电解，加速氢气泡浮出水面。强制对流是通过在另一个盐水腔内建造电解室来实现的，当氢气离开时，产生的真空力将更多的水吸入电解室。在强制对流的情况下，气泡的平均速度为0.143米/秒，而在未强制对流的情况下，气泡的平均速度仅为0.0248米/秒，这是因为水流的吸入有助于改变气泡的方向并加速气泡的运动。此外，强制对流使电极的使用寿命比原始寿命延长了20%。更高的气泡速度可以减少气泡附着，从而确保更高的电解整体效率。该设计进一步测试了在电极上生长的不同电催化剂，并最终由太阳能电池板供电，从而产生了真正的绿色氢气。虽然还需要对孔径和位置的变化进行更多测试，但该项目首次在不依赖外部能量的情况下成功降低了气泡粘附，证实了强制对流能够提高氢气效率。

CHEM011 - 用于直接空气捕获二氧化碳的MOF技术

人类活动和化石燃料消耗持续导致大气中二氧化碳 (CO2) 含量异常升高，加剧了温室气体效应，并加剧了全球变暖。这迫切需要开发可持续的降低二氧化碳污染水平的技术：即直接从环境空气中捕获二氧化碳 (DAC) 的技术。本项目旨在扩大金属有机骨架 NbOFFIVE-Ni-1 的规模并进行工业优化，以用于新型 DAC 和利用系统。为此，我们采用了纳米多孔金属有机骨架 NbOFFIVE-Ni-1 的合成和纯化新技术，以提高其二氧化碳吸收性能，这与现有文献中的报道一致。然后，我们优化了将粉末产品制粒成大规模、与反应器兼容形式的压制压力。通过粉末 X 射线衍射监测了骨架结构的完整性，并通过二氧化碳吸附测量考察了制粒后对吸收性能的影响。之后，我们优化了颗粒的形状和尺寸，以提高空间效率和表面积与体积的比值。在找到优化条件后，设计并建造了一个两公斤的NbOFFIVE-Ni-1反应器系统原型，并设计出一种有效的批量处理系统，用于从污染的大气中过滤二氧化碳。随后，对该原型进行了循环性能和吸附-解吸性能测试。这验证了其作为直接空气捕获技术的优势，有利于大规模实施，并证实其将为碳负排放解决方案做出重大贡献，并有望在2050年前实现美国的净零排放目标。

CHEM014 - 利用食物垃圾银纳米粒子增强染料去除

全球超过一半的人口（约44亿人）无法获得清洁安全的饮用水。这部分是由于合成有机染料的污染。合成有机染料是纺织工业中使用的化学污染物，占全球水污染总量的20%以上。亚甲蓝是一种常见的合成有机染料，具有毒性、致癌性且不可生物降解，对人类健康和环境构成重大风险。银纳米颗粒（AgNP）是一种很有前景的解决方案，可作为有机染料降解的催化剂。然而，目前合成AgNP的方法成本高昂且耗能。本研究旨在开发一种绿色且经济有效的方法，利用厨余垃圾合成AgNP，并用硼氢化钠（NaBH4）催化亚甲蓝的还原。将鳄梨、香蕉和柠檬皮提取物分别与 10 mM 硝酸银 (AgNO3) 溶液混合以合成 AgNP，并使用紫外可见光谱法确定 60 分钟内染料降解动力学。所有样品均重复运行三次。进行双尾 t 检验后发现，由鳄梨 (69.8%)、香蕉 (93.4%) 和柠檬 (89.6%) 制成的 AgNP 去除的亚甲蓝染料量均高于 (P< 0.05) 对照组，而对照组仅去除了 18.4% 的染料。这些反应也非常快，例如，香蕉 AgNP 仅用五分钟就去除了 80.7% 的亚甲蓝染料。这是已知的第一项使用鳄梨、香蕉和柠檬皮合成 AgNP 以增强染料降解的研究。食物垃圾不会被填埋并排放温室气体，而是可以被重新利用，以可持续的方式降解有毒染料。

CHEM020T - Ag-TiO2@HNT复合材料用于污染物降解

有机污染物，例如合成染料和石油基污染物，由于其化学稳定性和抗生物降解性，会造成生态风险。纳米技术为修复提供了解决方案，但复杂且昂贵的制造工艺阻碍了其进展。这项研究提出了一种高效的 Ag-TiO₂ 纳米复合材料，它粘附在埃洛石纳米管 (HNT) 上，可快速降解污染物并分散溢油。HNT 是天然丰富的铝硅酸盐粘土，具有富含羟基的表面。TiO₂ 是一种广泛使用的光催化剂，经紫外线活化后可产生活性氧，而 Ag 纳米粒子则通过局部表面等离子体共振增强电荷分离和光吸收。使用 FTIR 和 XRD 确认了功能化和结构完整性。Ag-TiO₂@HNT 在 60 分钟内对亚甲蓝、甲基橙和靛蓝胭脂红的降解率分别达到 91.7%、45.8% 和 96.2% (p<0.01)；三次循环后效率保持>85%。降解遵循拟一级动力学，朗缪尔等温线模型显示污染物之间存在强烈的相互作用。加入卵磷脂-吐温80表面活性剂可实现油滴乳化和分散，在25毫克/克浓度下效率达到91.5%。该纳米复合材料的生产成本为0.22美元/克，且副产物（水和二氧化碳）无害，为废水修复和溢油回收提供了一种环保、可扩展的解决方案。食品级表面活性剂和天然粘土的使用符合绿色化学和可持续性原则。未来的研究可以探索其在复杂废水基质中的性能，并优化工业可扩展性，以实现工业和沿海环境中的可持续环境应用。

CHEM025 - 优化催化剂将塑料转化为燃料

每年产生超过 3.5 亿吨塑料废弃物，而回收利用率不足 10%。通过催化氢解，塑料废弃物可用钛酸锶转化为柴油，用铂碳 (Pt/C) 转化为航空燃料。然而，Pt/C 非常昂贵。本研究调查了替代催化剂，以确定性能与 Pt/C 相当且经济高效的方案，同时尝试从石油和废弃物中生产燃料。为了制造塑料燃料，将氢气、催化剂和塑料废弃物放入密封反应器中，并在 300℃ 下运行 6 小时。GC-MS 分析表明，钴、镧、铑和带有硅铝的 Pt/C 在统计上并不显著，这意味着它们与 Pt/C 相当。镧、钴和铑的产率均高于 Pt/C，但铑价格昂贵，是 Pt/C 的两倍多。考虑到价格和质量，镧和钴是最有前景且最具成本效益的催化剂。在研究不同的反应物时，大多数反应物的产率都很高，但除了与航空燃料相当的液体废物外，其他物质都太重。目前，柴油和航空燃料的生产工艺完整、清洁、经济高效，但必须扩大规模才能被社会广泛使用。塑料燃料的规模扩大后，其价格也将低于目前的燃料价格。塑料燃料的广泛使用将为化石燃料提供一种更便宜、更环保的替代品，同时减少塑料污染和温室气体排放。

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