中国科学化学
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喜讯!《中国科学: 化学》(中文刊)入选中国科技期刊卓越行动计划和中国科学院精品期刊
《中国科学:化学》2023年最受关注微信文章中文科技期刊不仅是同领域学者交流科研成果的重要平台,还是通过母语在多学科、多领域间传播科学知识的桥梁,帮助广大读者更好地了解中国及全球科技发展的前沿动态。《中国科学:
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清华大学刘礼晨和石化院吴玉超:高附加值芳香烃选择性制备的新趋势
清华大学刘礼晨和石化院吴玉超研究员围绕高附加值重芳烃的开发利用,浅述了除BTX以外,诸如均四甲苯、萘和蒽及其衍生物的制备路线及反应路径,为芳烃资源深加工提供了新思路。芳烃是石化行业的重要子行业,主要产品包括苯、甲苯、二甲苯、乙苯(BTX、EB)等,涉及炼油、合成树脂、合成纤维、合成橡胶等多个产业,广泛应用于人类衣食住行的各个领域。在当下电气化能源革命和“双碳”背景下,炼油化工企业正在尝试调整其产品链,从燃料型炼厂转变为燃料+化工型炼厂,并着眼于布局可再生新资源及新材料。芳烃产业同样面临着产能过剩的问题,探索开发除BTX以外的高附加值芳烃化合物将是产业高质量可持续发展的重要一环。最近,清华大学化学系刘礼晨副教授和中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院吴玉超研究员围绕高附加值重芳烃的开发利用展开论述,特别是沸点高于190℃的芳香族化合物,诸如均四甲苯、萘和蒽及其衍生物,用于生产高性能聚合物(材料领域),以及氢气储存和运输的液态有机氢载体(新能源领域)。本文简述了以甲苯为基础,制备二甲基联苯(DMBP),氧化制苯醛、苯甲醇等反应路径,介绍了二苄基甲苯与氢化二苄基甲苯(18H-DBT)之间的可逆转化;作为有机液储氢的发展新方向,作者展望了利用固体酸催化剂制备二苄基甲苯的商业化路线。同时,介绍了均四甲苯作为聚酰亚胺(PI)材料的重要前体,其主要制备路线(包括分离、三甲苯烷基化、歧化反应,四甲苯异构化)、反应路径、催化剂制备方面所面临的挑战。进一步的,作者简述了以
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苏州大学张伟教授团队综述:手性聚合物微/纳物体——不断演进的非均相聚合制备策略
手性是自然界的基本属性之一。从分子层面的DNA和氨基酸,到宏观层面的螺旋藤蔓、海螺壳甚至星云,这一特性广泛存在。手性不仅是生命科学中的核心概念,也在化学、材料科学和物理学等多个领域中发挥着重要作用。手性聚合物微/纳物体因其独特的手性光学和功能特性,被广泛应用于手性识别、不对称催化和圆偏振发光(CPL)等领域,因而备受关注。近些年来,非均相聚合方法,包括乳液聚合、沉淀聚合、分散聚合和悬浮聚合等,作为制备手性聚合物微/纳物体的常用策略,因其直接性、高效性和可控性,成为聚合物材料领域的研究热点之一。苏州大学张伟教授团队长期致力于高分子多层次手性精准构筑领域的相关研究,并取得了诸多进展。鉴于此,苏州大学张伟教授团队受邀在Sci.
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高楠课题组构建可裸眼检测铝的AIE-COF荧光探针用以预防阿尔茨海默病
阿尔茨海默病(AD)是一种神经退行性疾病,随着全球人类寿命的不断延长和老龄化的日渐加剧,用于AD患者的巨额治疗和护理费用为社会和家庭带来了巨大的负担。AD目前并没有有效的治疗手段,因此预防AD的发生发展就显得尤为重要。最近的研究表明,金属诱导的Aβ聚集对于AD的发生发展至关重要,如铜、锌、铝、铁等。在这些金属中,铝与人们生活的关系比其他金属密切得多,它随处可见,人们随时随地都很容易接触到铝,从而发生不易察觉的铝暴露。研究表明,过度的铝暴露可能会促进AD的发生和发展。因此,构建一种灵敏、方便、多模式的铝检测剂非常重要,对于预防铝暴露导致的AD是一种重要的手段。目前已有的检测铝的方法,如原子吸收光谱法(AAS)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、X射线吸收光谱法(XAS)、电化学检测法(ECD)和紫外-可见分光光度法(UV-Vis)等,都过于依赖于精密仪器,不便于普通家庭使用。相对而言,荧光检测具有独特的优势。它不仅可以用专业机构的专业仪器检测,也可以用家庭中的简单设备,如手提紫外灯、紫外线杀菌灯、家用验钞机,甚至直接用肉眼来检测。在各种具有荧光信号的分子中,聚集诱导发光(AIE)分子因其抗光漂白能力强而被广泛用于荧光成像和检测。然而,AIE分子由于缺少识别位点不能直接检测铝。东北师范大学高楠课题组等通过将AIE分子引入共价有机框架(COFs)结构,将识别和检测功能整合在一起。他们使用四醛基四苯乙烯和不同的氨基配体设计了一系列AIE-COFs,并逐步调整了其孔径大小(图1)。通过筛选不同AIE-COFs材料在不同铝离子浓度下的荧光变化,发现COF-N1不仅荧光变化最大,而且其颜色变化可以用肉眼观察到,这样就可以通过制作肉眼可见的
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清华大学牛志强教授团队综述:废弃聚乙烯的氧化降解与升级
清华大学牛志强教授团队总结了近年来聚乙烯氧化的不同方式,根据氧化升级的产物种类,介绍了聚乙烯氧化升级为新的聚合物、新的化学品和新材料的方法。
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上海交大梁正团队:锂离子电池快充复合负极的最新进展和前景展望
上海交通大学梁正团队全面回顾了近年来锂离子电池快充复合负极的最新进展,重点介绍了三种复合负极的设计原则和材料选择策略,为锂离子电池快充领域的潜在突破和未来的探索方向提供了新的见解。随着电动汽车和便携式电子设备的迅速普及,人们对具备快速充电能力的锂离子电池(LIBs)的需求也在不断增长。然而,传统石墨负极中最突出的问题,如:缓慢的锂离子扩散动力学和电极在运行过程中的不可逆降解则对锂离子电池的快速充电性能产生了巨大影响。为了应对这种挑战,发展快充复合负极势在必行。快充复合负极不仅改变了传统负极的单组分设计模式,也成为在快速充电条件下提高锂电池综合性能的可行途径。基于此,上海交大梁正团队系统地总结了快充锂离子电池中最具代表性的石墨基、LTO基以及合金复合负极的最新突破,重点阐述了这三种复合负极的设计原理和材料选择策略,并探讨了快充复合负极未来的发展前景。同时,针对现有体系所存在的不足,提出了切实可行的改进策略,如:深入了解负极材料的结构和特性,针对性地开发具有理想综合性能的负极材料;大力推广高效原位表征技术对快充过程中复杂的电化学反应进行深入研究;促进快充锂离子电池中正极、隔膜、负极等核心组件的协同发展;关注材料属性对快充锂离子电池安全性能的影响。这篇综述文章不仅详细展示了快充锂离子电池中复合负极的最新研究进展,同时也为未来快充复合负极的发展提供了参考和指导。论文作者为上海交通大学博士后曾庆辉,通讯作者为梁正副教授和岳昕阳助理研究员。详见:Qinghui
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汤平平&栾玉新Sci. China Chem.综述:银介导/催化合成三氟甲氧基化合物
含氟有机物在医药,农药,医学检测,材料等领域有着广泛的应用。其中,三氟甲氧基由于具有强吸电子性和高酯溶性,在医药,农药等领域有着重要的应用前景,因此,三氟甲氧基化合物的合成引起了合成化学家的广泛关注。但是,三氟甲氧基化试剂较少,且毒性大,操作困难。另外,三氟甲氧基负离子不稳定,容易分解成氟负离子和氟光气分子,使得三氟甲氧基化合物的高效合成一直是氟化学领域的难点。近日,南开大学汤平平教授和栾玉新副教授在Sci.
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华中科技大学余创教授团队:基于In改性的全天候全固态锂金属电池
华中科技大学余创团队基于In元素在电解质内部的掺杂策略结合负极的In金属改性策略,研究了三种模型下锂金属的稳定性,实现了全固态锂金属电池在宽温度范围内的长循环。硫银锗矿型固态锂金属电池作为下一代储能器件具有巨大的潜力。然而,它们的实际应用受到硫化物对锂金属的固有稳定性差和空气/水分暴露的限制。限制了其在全固态锂金属电池内的应用。最近,华中科技大学余创教授报道了一种涉及铟的修改策略来解决这些问题。优化后的Li5.54In0.02PS4.47O0.03Cl1.5电解质的锂离子电导率为7.5
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谭蔚泓院士、彭孝军院士、张晓兵教授、Juyoung Yoon院士、樊江莉教授、袁林教授等合著综述——光疗:进展、挑战与机遇
近年来,光疗作为一种新兴且高效的疾病治疗策略,在多种重大疾病的治疗中取得了显著进展。光疗通过光激活机制实现治疗疗效,主要包括光动力疗法(PDT)、光热疗法(PTT)以及光活化药物策略等多种形式。其中,PDT依赖光敏剂在特定波长的激光照射下产生具有毒性的自由基,PTT则通过光热试剂将光能转化为热能以杀伤细胞,而光活化药物策略则利用光能激活药物或诱导药物释放。相比传统的化学疗法和放射疗法,光疗凭借其无创性、时空可控性和低毒副作用的独特优势,在生物医学与临床实践中展现出重要的应用前景。尤其是在材料科学与生物医学的深度交叉融合推动下,光疗技术近年来迅速发展,为其在医学领域的进一步拓展奠定了坚实基础。近期,受Sci.
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电子科大晋兆宇/UT-Austin余桂华:电催化在可持续氮污染管理中的应用——用于传感、净化和资源化技术的材料创新
电子科技大学晋兆宇研究员课题组联合德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授总结了近年来电催化技术在氮污染物的传感、去除和回收利用中的最新进展。该综述还讨论了该领域当前的挑战和未来的机遇,包括传感器和催化剂设计的创新,以及大规模处理策略,这为有效控制氮污染和可持续利用氮资源提供深刻的见解。全球氮循环对于维持生态系统平衡和人类健康至关重要,是生命系统稳定的基本机制。然而,农业种植、工业生产和运输等人类活动极大地破坏了氮循环的平衡。传统的氮污染治理方法往往存在处理成本高、环境适应性差等问题。电催化技术由于其在高选择性、低能耗以及环境友好性方面的优势,逐渐成为氮管理的潜在解决方案。该技术不仅能够对氮污染物进行精准检测,还可以通过电化学过程实现污染物的转化和资源化利用。电子科技大学晋兆宇研究员和德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授课题组撰写综述文章,系统展示了电催化技术在氮污染管理中的广泛应用,包括检测、去除和资源化回收。本综述指出,基于碳材料和金属氧化物的电化学传感器,能够在复杂环境中实现对硝酸盐、亚硝酸盐等氮污染物的高灵敏度检测。与此同时,钯合金和铜基材料等电催化剂能够有效地去除氮污染物,将其转化为无害的氮气。此外,电催化技术还支持氮污染物向具有工业价值的化合物(如氨和尿素)转化,为实现资源循环利用和可持续发展提供了新路径。总的来说,随着电催化技术的不断发展和创新,其在氮管理中的应用将更加广泛和深入。通过设计更高效的电化学传感器和催化剂,优化反应条件,探索更多高附加值产品的合成途径,电催化技术有望在全球氮污染管理和资源再利用中发挥更重要的作用。同时,它也将为我们应对生态污染、资源短缺等全球性挑战提供新的思路和解决方案。本文作者为电子科技大学硕士研究生易梅,通讯作者为晋兆宇研究员和余桂华教授。详见:Mei
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光功能非贵金属配合物的研究前沿与最新进展
光功能过渡金属配合物具有丰富的光物理、电化学性质,在光催化、有机发光二极管、太阳能电池、生物成像与光动力治疗等领域有着广泛应用。长期以来,光功能金属配合物的研究主要集中在元素周期表中的后过渡贵金属,如Ru、Ir、Pt、Au等。得益于强的自旋轨道耦合作用,该类配合物通常具有高效的系间窜越过程和长寿命三线态发光。然而,这些贵金属在地壳中含量少、成本高,成为制约多个关键领域可持续发展的瓶颈。因此,基于廉价、丰产金属的光功能非贵金属配合物的研究成为无机化学和功能分子材料领域的一个研究热点和前沿方向。近期,Sci.
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孙为银/郭帆通过构建N掺杂铜金属有机框架实现光催化还原二氧化碳至乙烯
可见光下将CO2转换为有价值的化学燃料可以同时解决过量排放的CO2和日益严重的能源危机问题。迄今为止,已经可将CO2高效率催化还原为CO、CH4、HCOOH等C1产物。与C1产品相比,乙烯C2H4等C2+产物拥有更大的能量密度和更高的经济价值,因此具有广泛的应用前景。然而如何在CO2光催化还原过程中克服缓慢C−C耦合动力学和多电子转移等相关问题一直是个巨大挑战。近年来,Cu基金属有机框架(MOFs)因具有明确的原子结构和金属位点周围分离的空间环境等优势成为一类十分有前途的催化剂。然而Cu基MOF材料的光生载流子空穴快速重组,导致目前光催化还原CO2的效率并不理想。南京大学孙为银教授和扬州大学郭帆副教授以2-甲基咪唑作为N掺杂剂,在室温搅拌下获得了具有分散纳米片形貌的N掺杂NH2-CuBDC材料(图1)。模拟可见光条件下,N掺杂后的NH2-CuBDC催化剂可将CO2还原至C−C偶联产物C2H4。X射线吸收光谱表明,N被成功地被引入NH2-CuBDC中形成Cu−N结构。原位红外光谱显示在NH2-CuBDC中引入适量的N有利于产生关键的C−C偶联中间体CO−CHO*,从而显著提升了光催化还原CO2至C2H4的效率。X射线光电子能谱表明,与原始MOF相比,N掺杂后的催化剂使Cu位点周围具有相对更高的电子密度。本研究通过构建新型MOF基光催化剂,可以为CO2转化为C2产物提供新的思路。图1.
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天津大学巩金龙教授团队:为CO2还原构建亲氧性描述符
天津大学巩金龙和赵志坚教授研究团队揭示了铝掺杂铜催化剂可以显著提高CO2电化学还原生成乙烯的选择性。该研究利用氧亲和性作为预测催化性能的关键描述符,并通过火山图展示了铝掺杂优化C-C偶联和C-O键断裂。这一成果将为高效催化剂的筛选提供新的思路,减少了传统的试错过程。催化剂设计一直面临挑战,尤其是在提高选择性和降低副产物生成方面。天津大学巩金龙教授团队通过实验与计算相结合的方法,发现铝掺杂铜催化剂在CO2电还原反应(CO2RR)中具有独特的活性表现。研究表明,铝的氧亲和性能够促进关键中间体的C-C偶联,并改变耦合模式,从而促进了C2产物的整体活性。同时,强亲氧性还能加速C-O键的断裂,从而调控反应选择性。研究者首先通过构建火山图详细展示了不同金属掺杂对催化选择性的影响,铝掺杂铜催化剂位于火山图的峰顶,表明其在氧亲和性与CO2RR催化选择性之间达到了最佳平衡。这种基于氧亲和性为核心描述符的方法,有效避免了传统的催化剂开发中的试错过程,为快速筛选高效CO2还原催化剂提供了全新策略。实验结果也验证了这一理论预测,铝掺杂的铜催化剂在电化学测试中展现出超过80%的乙烯法拉第效率,显著高于未掺杂的纯铜以及银掺杂的催化剂。同时,利用巨正则密度泛函理论,研究者发现较强的亲氧性可以有效地促进CO2的活化,生成CO,这是后续C2+产物形成的基础。其次,铝掺杂改变了关键中间体*OCCO的吸附方式。在未掺杂的铜催化剂上,*OCCO倾向于通过Langmuir-Hinshelwood机理形成舟型结构。而铝的引入稳定了*OCCO的椅型结构,该构型可以通过Eley-Rideal机理形成,其偶联的能垒显著降低,从而加速了多碳产物的生成(图1)。图1.
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郑州大学姜辉/龚军芳教授&中科大陈昶乐教授:光响应型双核镍催化剂用于功能化聚烯烃的精细化合成
聚烯烃是现代社会中应用最广泛的合成聚合物之一,开发高性能催化剂一直是该领域的核心任务。大多数研究仅涉及到发现一个新催化体系,然后通过电子/位阻效应进行性能优化,仅在最近几年烯烃聚合领域实现了利用外部刺激调控聚合过程这一概念。在众多的刺激响应中,由于光的非入侵性和通用性,使其成为一类理想的调控手段。尽管光在烯烃聚合中得到了广泛的应用,但是涉及催化剂自身性质调控的报道仍然非常少。郑州大学姜辉、龚军芳教授与中国科学技术大学陈昶乐教授开发了一类基于刚性二苯代乙烯骨架的全新光响应型双核镍催化剂并将其成功应用于乙烯均聚及与极性单体共聚合当中,聚合活性高达107
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湖南大学柯国梁等:具有尺寸选择性的杂交链式反应探针实现活细胞内的精准信号放大
Chemistry等期刊青年编委,曾获湖南省化学化工学会青年化学化工奖。主要致力于生物传感、DNA纳米技术、CRISPR研究,研究成果以第一或通讯作者发表在Nat.
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Sci. China Chem. 2024年第11期目录
3886–3896点击左下角“阅读原文”或扫描二维码可免费下载全文【扩展阅读】2024年《中国科学:化学》中英文刊优秀论文评选结果发布!Sci.
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陕西师范大学杨鹏教授团队:淀粉样蛋白介导的分子工程策略将废物颗粒转化为高价值吸附材料
采用简单环保的工艺对工业固体废物进行高价值化利用对减少环境污染、发展绿色循环经济具有重要意义。陕西师范大学杨鹏教授团队首次报道通过淀粉样蛋白聚集介导的分子工程策略将废物颗粒转变为高价值的吸附剂,即在常温、常压、无有机试剂、水相条件下,三(2-羧乙基)膦盐酸盐通过“一步法”诱导牛血清白蛋白在固体颗粒表面发生类淀粉样聚集自组装形成相转变牛血清白蛋白膜,构筑一种高吸附量的新型吸附剂,即将工业废物(以粉煤灰为模型,典型的工业固体废物)转化为高价值的吸附剂,实际应用于电子垃圾和低品位金矿石中贵金属的高效分离回收,实现废物颗粒“变废为宝”。此外,该方法可扩展到其他传统的工业吸附剂,如树脂、粘土和氧化铝等等。相比于常见的聚多巴胺和单宁酸体系所构筑的涂层,类淀粉样蛋白质聚集自组装纳米涂层改性材料表现出优异的无色、均匀性和稳定性等优势。吸附材料在净化、分离、催化等众多工业领域发挥着重要作用。传统的市售吸附剂(如活性炭、分子筛或树脂)在制造过程中仍然面临着巨大的成本和能耗挑战。例如,活性炭的制备需要高温碳化和活化(>500℃),导致大量能源使用(97
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长春应化所邢巍/刘长鹏/肖梅玲:揭示Fe–N–C氧还原催化剂的电位依赖性降解机制
中国科学院长春应用化学研究所邢巍和肖梅玲研究员原位监测了氧还原反应(ORR)过程中Fe-N-C电极的实时变化,揭示了Fe-N-C催化剂固有的电位依赖性降解机制。质子交换膜燃料电池(PEMFCs)需要使用非贵金属催化剂来替代铂基催化剂,以解决阴极成本和可持续性问题。在已报道的候选催化剂中,具有原子级分散FeNx活性位点的Fe-N-C催化剂在酸性氧还原反应(ORR)中表现出高的初始活性,展现出较大的潜力。然而,Fe-N-C催化剂通常在PEMFC运行的前几十小时内,0.5至0.67
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西安交大高传博团队:晶格失配诱导富缺陷贵金属基纳米材料的合成
西安交通大学高传博教授课题组提出了一种晶格失配诱导富缺陷贵金属基纳米材料的合成方法,制备了具有高密度缺陷结构的Pd-Cu合金纳米笼。相较于无缺陷的合金纳米材料,富缺陷Pd-Cu合金纳米笼在电催化甲酸氧化反应中表现出显著提升的性能。贵金属纳米材料中的晶体学缺陷结构(如晶界、堆垛位错等)能够作为催化活性中心,显著增强其催化性能。迄今,人们开发了多种晶体学缺陷的合成方法,但可控构筑高密度的缺陷结构仍是一项挑战。为解决这一难题,西安交通大学高传博教授团队提出了一种基于晶格失配诱导的高密度缺陷结构的合成方法。在该方法中,研究者以具有较大晶格尺寸差异的金属纳米材料作为模板,诱导贵金属在该异质金属基底上的非外延成核,从而形成大量具有随机晶格取向的贵金属晶核。随着这些晶核的生长,微晶间的晶格相互接触,形成大量的晶界。在引入模板刻蚀后,核壳间的金属通过空位扩散途径发生合金化,最终形成富缺陷结构的空心合金纳米晶。以富缺陷PdCu合金纳米笼为例,本工作展示了该合成方法的有效性,验证了缺陷对贵金属纳米晶催化性能的提升作用。与无缺陷的合金纳米晶相比,富缺陷PdCu合金纳米笼在电催化甲酸氧化反应中表现出1.6倍的性能提升。这一方法为富缺陷贵金属纳米结构的合成提供了新思路,也为高效贵金属基纳米催化剂的开发开辟了新途径。论文第一作者为西安交通大学刘钊钧和王争艳,通讯作者为高传博教授。详见:Zhaojun
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兰州大学丁勇教授团队:CdS负载MXene和含钴多酸改善电荷转移动力学实现高效光催化制氢
兰州大学丁勇教授团队通过在纳米棒状CdS与纳米薄片MXene间构建肖特基结,采用简单的光沉积方法将多酸Co8POM负载在CdS/MXene表面构建了三元复合Co8POM@MXene-CdS催化剂,并将其用于光催化制氢。研究表明,反应过程中光生电子通过肖特基势垒从CdS转移到MXene纳米片,而光生空穴则从CdS迁移到Co8POM,其中MXene作为HER位点,Co8POM作为氧化反应位点。这种协同效应大大增强了光生载流子的分离效率,同时抑制了CdS的光腐蚀。在AM
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喻桂朋/唐俊涛/Jiayin Yuan:低温溶剂热合成多孔聚三嗪-七嗪活化*HCO中间体实现光催化CO2还原为CH4
高效光催化CO2还原反应(CO2RR)制备CH4燃料/原料的研究一直备受关注。众所周知,CO2生成CH4需要8个电子的转移,在动力学上比CO2到CO的双电子过程更加困难。除了动力学阻力外,选择性生成CH4还面临许多内在困难,例如催化剂与反应中间体之间的亲和力较弱。虽然通过设计双空位和双金属位等双位点的辅助,可促进CO2分子中C和O之间的键合。但是,总体而言还缺乏有效的方法和策略。因此,光催化剂的合理设计对于稳定中间体和解决光催化CO2RR为CH4的瓶颈至为关键。由三嗪或庚嗪单元组成的聚合物氮化碳(PCN)作为一种具有高稳定性和可调电子结构的独特聚合物,在光催化CO2RR应用中展现巨大的潜力。在已报道的PCN研究中,通过分子工程、杂原子掺杂和异质结工程来实现高效的光催化CO2RR。然而,在熔融或熔盐体系合成中,通过传统高温热聚合方法制备的PCN会不可避免地发生部分碳化且具有较低的比表面积,这阻碍了其进一步的实际应用。并且,普通热缩聚方法较难在温和条件下精细控制PCN的化学结构。因此,在温和条件下制备具有高表面积、结构明确、选择性光催化CO2RR生成CH4的PCN是非常重要的。鉴于此,中南大学喻桂朋教授团队联合瑞典斯德哥尔摩Jiayin
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四川大学杨成/伍晚花/蒲雪梅等:基于醇对离子对的特殊溶剂化效应实现多样的手性诱导和调控
为了有效设计超分子结构和探索其新功能,必须深入理解环境因素如温度、溶剂和压力对自组装热动力学的具体影响。溶剂化效应是溶液中溶质分子的固有特性,其在化学反应中的影响已被化学家们广泛研究。另外,溶剂在分子自组装方面具有深远的影响,分子自组装与溶剂本身的性质(如极性、尺寸、形状、pH、粘度和极化率等)存在多维关联性,而这些研究通常是在溶剂作为均匀介质时进行。溶剂混合是一种改变反应溶液特性的有效方法,有时会产生不同于单一溶剂性质的溶剂化效应。特殊溶剂化效应,因其强定向相互作用,在有机反应中发挥重要作用,但在超分子组装体系中的应用研究相对较少。醇溶剂因其氢键特性,可能引发特殊溶剂化效应。另一方面,少量的醇常常会作为添加剂加入到其他溶剂中。一个代表性的例子是往氯仿溶剂中添加少量乙醇用以充当稳定剂。因此,研究醇的特殊溶剂化效应不仅具有基础研究价值,也具有实际应用意义。图1.
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湖南师范大学熊二虎等:基于分裂型crRNA的CRISPR-Cas12a系统对RNA的高灵敏检测研究
成簇规律间隔短回文重复序列(CRISPR)系统,特别是Cas12a和Cas13a,在其向导RNA(crRNA)的指导下,可以与目标核酸结合来触发其对周围单链核酸的非特异性高效切割,这被称为反式切割活性,从而通过对荧光报告探针的切割产生放大的检测信号。利用这一特性,CRISPR系统在分子诊断领域的应用已经取得了很大的进展。CRISPR-Cas12a系统通常被认为只能被单链或双链DNA来激活,尽管最近有研究表明RNA靶标也可以将其激活,但是高浓度RNA的激活要求,在高灵敏检测需求方面受到了很大的限制。众所周知,Cas12a系统的全长crRNA由保守的重复区RNA(rRNA)和可变的间隔区RNA(sRNA)组成。研究表明,将全长crRNA截断,分为单独的rRNA和sRNA(split
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延安大学王建伟/甄延忠教授团队:均相纳米材料化与电化学活化双重调控增强锌离子存储
随着能源危机和环境问题的日益突出,开发清洁、环保和安全的新型储能装置势在必行。在各种水系电池中,水锌离子电池(AZIBs)由于其能量密度高、安全性高、环保、无毒等优点,被认为是一种极具应用潜力的电化学储能装置。到目前为止,各种正极材料已经在AZIBs中进行了探索。其中,钒基材料得到了广泛的研究,包括钒基氧化物、钒基氮化物和钒基硫化物。然而,钒基材料的发展仍受以下两方面的制约:(1)导电性差不利于电子转移;(2)Zn2+的脱嵌引起结构的滑移或坍塌。因此,提高钒基材料的结构稳定性和离子扩散/电荷转移动力学对AZIBs的发展至关重要。硫化钒(如VS2、VS4、V3S4)是钒基正极材料家族中的一员。硫的电负性低于氧,导致与锌离子的静电相互作用较弱。其中,VS2具有层状结构、价格低廉、储量丰富、导电性高等优点,在AZIBs中展现出较大的应用潜力。然而,多价离子的强电荷斥力和固有的扩散速率慢,使得锌离子在电极材料中实现高而快速的存储仍然是困难的。此外,在制备层状VS2纳米片的过程中,它会反复堆叠形成较厚的块状材料,导致与电解液接触不足,从而降低离子转移速率。同时,电化学过程中大量低价钒的积累导致电极材料中钒的利用效率低。鉴于此,延安大学王建伟/甄延忠教授团队提出了一种均相纳米材料化与电化学活化双重调控策略来增强锌离子存储(图1)。纯的VS2材料是由一层一层堆叠厚片组成的块状结构,而引入CaCl2后形成的VS2/CaV4O9材料,由不规则块状转变为众多薄片组成均相的纳米花结构。VS2/CaV4O9材料开放结构可以提供丰富的电化学活性位点和离子传输通道,从而促进电化学反应动力学(图2)。为了探究电化学活化对离子存储性能的影响,分别选择不同的活化电压窗口0.4-1.4
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华东师范大学史学亮/华南理工大学虞华康:双[5]碳螺烯的简易合成、手性光学性质、异构化研究及激光应用
多重碳螺烯作为一种螺旋扭曲的纳米石墨烯,因其美观的结构、固有的螺旋手性以及优异的光电化学性质而备受关注。就双碳螺烯而言,理论上存在两种非对映异构体,即外消旋体(PP/MM)和内消旋体(PM),这两种异构体通常具有不同的电子结构和理化性质。尽管已经报道了具有各种拓扑结构的双碳螺烯分子/体系,但同时获得两种非对映异构体,特别是它们的分离、纯化和单晶结构分析,却鲜有报道。此外,双碳螺烯的异构化过程也很重要,因为它有助于理解其构象和手性,但相关研究主要局限于密度泛函理论(DFT)计算。因此,合成具有可分离非对映异构体的新型双碳螺烯,并发现其多样的电子结构、光物理性质和异构化过程,具有重要的研究价值。最近,华东师范大学史学亮课题组采用了一种简单且通用的合成策略,成功构筑了具有激光性能的双[5]碳螺烯(1),并深入研究了其手性性质以及异构化过程,进而探索了其在激光领域的应用潜力。本研究的合成策略主要基于该课题组最近开发的新方法,相关工作已经发表在Angew.
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Ib Chorkendorff院士、付先彪博士展望文章:电化学氮气还原——迈向可持续合成氨的未来之路
固氮是化学界的重大挑战之一,合成氨为农业、能源存储和化学工业提供了至关重要的基础。当前,工业合成氨主要依赖于传统的哈柏-博施(Haber-Bosch)工艺,该工艺虽有效,但存在能耗高、二氧化碳排放量大等问题。尽管哈柏-博施法为全球粮食供应作出了巨大贡献,它也消耗了全球约1%的能源并排放了约1.3%的全球二氧化碳。为了克服哈柏-博施工艺的这些弊端,研究人员不断探索氮气活化的替代路径,尤其是在温和条件下实现氮气活化来进行合成氨。目前,有6种常见的合成氨方法(图1)。在自然界中,固氮酶通过金属-硫化物辅因子和ATP的协同作用,能够在常温常压下高效地将氮气转化为氨。这一机制为人们设计新型催化剂提供了重要灵感,尤其是在电化学氮气还原反应(NRR)中,利用可再生电力进行合成氨成为一种有前景的方法。近期,丹麦皇家科学院和工程院院士、丹麦科技大学教授Ib
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中国科学院福建物构所孙庆福/蔡丽璇团队:自适应配位笼折叠封装多金属氧酸盐用于绿色催化
构象动力学是实现生物系统复杂功能的关键。例如,酶在特定的折叠构象与底物互补从而高效专一地催化生化反应。受此启发,通过配位驱动自组装的策略形成具有动态性和自适应性的超分子人工主体,如金属环和金属笼,为模拟酶的动力学和功能提供了独特的分子水平平台。然而,迄今为止制备的大多数配位超分子主体都是高度对称和刚性的,严重限制了它们的灵活性,并且由于底物结合效率低或产物抑制而不利于催化循环。为了解决这一挑战,具有构象动力学和空腔可调性的大环配体作为配位自组装模块,有望创制具有柔性键合空腔的自适应配位笼。多金属氧酸盐(POMs)催化剂,是一类典型的大型离散阴离子型金属氧合纳米团簇,具有广泛的结构多样性和独特的氧化还原、酸碱和光化学性质,因此在催化、医药、储能、材料等领域显示出巨大的应用潜力。然而,由于POMs在中性溶液中的溶解度/稳定性差或易分解,严重阻碍POMs在水溶液中,尤其是在均相催化和生物方面的应用。例如,Lindqvist型多金属氧酸盐M6O192−(M
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大连理工大学樊江莉教授团队:可见光激发的自供氢型引发剂制备透明薄膜
与传统的II型自由基光引发剂相比,单分子II型自由基光引发剂可提高聚合工艺的可持续性,在光固化领域备受关注。然而,单分子II型自由基光引发剂的激发波长短、光子捕获能力差、光漂白性能低,这些都阻碍了它们的光聚合效率。大连理工大学樊江莉教授团队开发了一种香豆素基自供氢型引发剂(C-NA),将“氢供体”和“氢受体”整合到香豆素框架中,具有可见光吸收和高摩尔消光系数,在405
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南开大学戴卫理&中国民航大学颜婷婷团队综述:催化转化生物质基乙醇和乙酸生成碳四化学品
南开大学戴卫理研究员团队和中国民航大学颜婷婷博士合作,系统全面地介绍了生物质基乙醇和乙酸转化为碳四化学品的反应机理和催化剂活性位点设计,并对高效催化剂的开发和应用提供了研究思路。生物质是最丰富的碳质资源,主要来自植物的光合作用,因此将生物质转化为高附加值的化学品,引起了很多科研工作者的兴趣,并且对缓解化石能源的依赖和实现碳中和目标具有重要意义。乙醇和乙酸是重要的生物质平台分子,通过碳链延长的方法,如羟醛缩合反应,可以将乙醇或乙酸转化为高附加值的C4化学品或高密度燃料,如1,3-丁二烯,n-丁烯,异丁烯和n-丁醇。目前,这些重要的C4化工原料主要来自石油的裂解,因此就环境保护和绿色发展角度而言,将可再生资源直接且高效转化生成C4化学品是多相催化的重要研究课题之一。近日,南开大学材料科学与工程学院戴卫理教授在Sci.
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晁栋梁&濮军Sci. China Chem.综述:水分子活性管理稳定金属负极
基于严重阻碍水系锌离子电池发展的枝晶生长和副反应等问题,复旦大学晁栋梁教授和安徽师范大学濮军副教授等以调节水分子活性为研究对象,介绍了通过电解质工程来实现抑制水系锌离子电池中枝晶生长和副反应的策略,从不同的角度总结了提高锌金属阳极性能的各种方法。水系锌离子电池以其低成本、高安全性、环境友好等优点引起了人们的广泛兴趣,成为二次电池领域的热点。但与锌阳极相关的挑战,例如与水性电解质中自由水分子的高活性相关的枝晶生长和副反应,严重阻碍了水系锌离子电池的发展。近年来,旨在调节水分子活性的策略已被证明可以有效地解决上述问题。然而,从水分子活性管理的角度,缺乏关于电解质工程和稳定锌阳极的功能机制的系统总结。最近,复旦大学晁栋梁教授和安徽师范大学濮军副教授合作撰写的综述文章全面介绍了通过电解质工程调节水分子活性以实现抑制水系锌离子电池中枝晶生长和副反应的策略。包括水系锌金属阳极相关挑战的起源以及技术和电解质添加剂的发展。重点总结了通过构建疏水界面、调节溶剂化结构、重构氢键等方法抑制水分子的活性,将水分子与金属锌隔离。并通过调节电解质的pH和浓度使水分子重新定位,来减轻枝晶生长和副反应发生的问题。从不同的角度描述了提高锌金属阳极性能的各种策略。这篇报道呈现了水系锌离子电池阳极保护的最新进展并展望了电解质技术的未来创新。论文第一作者为安徽师范大学的檀蕴,通讯作者为濮军副教授和晁栋梁教授。详见:Tan
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Sci. China Chem. 2024年第10期目录
2024年第10期湘潭大学谢鹤楼教授/北京大学陈尔强教授团队:可用于先进光电子学的高效室温磷光液晶高分子光波导材料HIGHLIGHTSHost-guest
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青大王宁&苏大孙启明团队:分子筛限域铂钯双金属团簇催化剂用于高效制氢和硝基化合物还原
青岛大学王宁教授和苏州大学孙启明教授团队通过“配体保护—直接氢气还原”的合成策略,制备了一系列分子筛限域铂钯双金属团簇催化剂,实现高效催化氨硼烷水(醇)解制氢以及串级硝基芳烃加氢。氨硼烷水(醇)解制氢和硝基芳烃选择性加氢是氢能储运和利用以及增值化学合成的重要反应。负载型金属催化剂被广泛地应用于上述反应过程中,然而由于高分散的金属纳米粒子具有较高的表面能,催化剂中的金属物种常常面临聚集或者流失等问题。具有规则纳米孔道结构和优异热稳定性的分子筛,被认为是限域超小尺寸金属粒子的理想载体,为创制高活性和高稳定性的催化材料提供了独特且优秀的方案。最近,青岛大学王宁教授和苏州大学孙启明教授研究团队报道了
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南京大学罗文俊、邹志刚教授团队:电解液中Cl−离子加速Si/In2S3法拉第结光阴极界面电荷传输速率用于海水分解
南京大学罗文俊、邹志刚教授等人发现并证实了电解质中的Cl−离子对Si/In2S3异质结光电流的增强作用来自于In2S3/电解液质界面处更快的电荷转移速率。该研究加深了对In2S3表面和Si/In2S3异质结表界面电荷传输机制的理解,为提高光电极太阳能海水分解制氢性能提供了新视角。海水中Cl−离子对光阳极侧的性能影响已被广泛报道。相比之下,目前关于电解液中Cl−离子对光阴极侧的性能影响却鲜有研究。因此,阐明Cl−离子在光阴极侧的作用机制对于进一步提高太阳能海水分解制氢效率具有重要意义。该工作中,南京大学罗文俊、邹志刚教授团队以Si/In2S3异质结光阴极为研究对象,通过电化学测试结果发现,随着电解液中Cl−离子的引入,Si/In2S3异质结在−0.6
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北京大学刘志伟团队:基于手性电子传输材料的圆偏振有机发光二极管
(R/S)-TOxiPr在溶液中的圆偏振吸收图谱(实线)、(R/S)-TOxiPr晶体薄膜的发射光谱(填充曲线)和CPPL光谱(虚线);(f)
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吉大邹勃&杨新一团队综述:高压调控金属/共价–有机框架的结构和光学性质
吉林大学邹勃教授和杨新一教授详细介绍了高压调控金属/共价–有机框架(MOFs/COFs)结构和光学性质的研究进展,主要包括相变、反常压缩、光致发光变色、荧光增强和压强处理“截获”高荧光态。这些成果不仅拓展了MOFs/COFs研究领域,还为设计和制备高性能的MOFs/COFs材料提供全新的思路。金属有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs)因具有较大的比表面积、超高的孔隙度和灵活的结构设计,在催化、药物传递、非线性光学、气体储存和分离等领域显示出广阔的应用前景。MOFs通过金属-配体间的配位键和COFs通过纯有机单体间的共价键经过自组装形成一维链状、二维层状和三维网状拓扑结构,使一个配位系统可以提供多种发光中心,能够产生电荷/能量转移等相关发光,赋予其多维荧光功能。在MOFs/COFs中,微小的结构变化通常会导致较大光学性质的改变。因此,明确结构与发光的构效关系是优化其光学性质的关键科学问题。压强作为独立于温度和化学组分的热力学参量,可以有效地缩短原子间距离、改变材料的晶体结构,进而调控MOFs/COFs的光学性质。最近,吉林大学邹勃教授和杨新一教授详细介绍了高压调控MOFs/COFs结构和光学性质的最新研究进展,主要包括相变、反常压缩、光致发光变色和荧光增强。更重要的是,通过压强处理工程和氢键协同效应能够提高MOFs材料的荧光量子产率。此外,作者提出并建立了结构与光学性质间的构效关系。最后,总结了目前该领域面临的挑战:例如压强处理后MOFs/COFs的非晶结构难以解析,具有高发光效率的压强处理后样品的实际应用研究较少等。作者提出可以通过高压中子散射及对分布函数等测试手段进一步分析压强处理后样品的结构演变;有关压强处理后样品的实际应用可以通过大腔体压机获得大量样品进而拓展其在各个领域的应用研究。本工作不仅拓展了MOFs/COFs研究领域,也为设计和开发更多高性能的MOFs/COFs材料提供全新的策略。论文作者为吉林大学王艺璇和杨云峰,通讯作者为杨新一教授和邹勃教授。详见:Wang
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孟庆斌研究员&李春举教授综述:大环化合物在化学毒剂对抗方面的应用研究
尽管《禁止化学武器公约》已生效多年,但化学武器的威胁和危害远未消除。化学武器对国家战略防御和国民生命健康带来的威胁依然长期存在,发展侦检、洗消、防护和治疗等方面的高效毒剂对抗策略意义重大。大环化合物具有特征空腔结构,可通过多重非共价键协同作用于毒剂分子,其中络合强度是发挥对抗功能的关键。近年来,各国科学家在该领域取得了一系列具有重要影响的研究成果,为推动基于大环化合物的超分子体系应用于化学毒剂对抗奠定了基础。近期,军事医学研究院毒物药物研究所的孟庆斌研究员联合天津师范大学的李春举教授在SCIENCE
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天津师范大学李程鹏团队等开发出一种可用于放射性阴离子核素去除的“装甲”HOFs材料
2958-2967.扫描二维码或点击左下角“阅读原文”可查阅全文。【扩展阅读】2024年《中国科学:化学》中英文刊优秀论文评选结果发布!《中国科学:化学》2024年上半年最受关注微信文章Sci.
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复旦龚鸣团队专题论述:离子效应提升电催化性能的研究进展
复旦大学龚鸣研究员总结了团队在探索离子对电催化氧化反应影响方面的最新进展,概述了当前离子效应研究中的挑战和机遇,并对未来的研究方向提供了见解。电催化在推进能量转换和存储技术方面发挥着至关重要的作用。除了开发先进电催化剂的策略外,探索电催化过程中的离子效应也成为一个日益重要的研究领域。尽管在这一领域取得了诸多进展,但在理解离子效应的复杂机制和揭示其普遍性方面仍然面临挑战。复旦大学龚鸣团队总结了课题组在探索离子对电催化氧化反应的影响方面的最新进展,重点探讨了以下三个体系:(1)多级硼酸根和氟阴离子协同中性水氧化;(2)阳离子-中间体相互作用控制甘油氧化选择性;(3)阳离子配位延缓儿茶酚聚合并促进选择性环C-C裂解。这些发现不仅深化了对特定非共价相互作用的离子效应的理解,而且还揭示了调控电极-电解质界面来提升电催化性能的潜力。在总结这些发现后,文章概述了当前离子效应研究中的挑战和机遇,并对未来的研究方向提供了见解。该论文的第一作者为复旦大学博士生王冉,通讯作者为龚鸣研究员。详见:Ran
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武汉大学邹有全教授团队:分子对接辅助光敏抗菌剂的设计、合成与应用
武汉大学邹有全课题组运用分子对接合成了具有优异体内外光动力治疗(PDT)效果的小分子光敏抗菌剂(TBQZY)。同时,TBQZY在抵抗临床耐药细菌方面也表现出较好的潜力。在消除细菌和耐药细菌感染的众多方法中,光动力疗法(PDT)具有无侵袭性、不良反应少和深层组织渗透等优点。PDT的核心元素是分子氧、光和光敏剂(PS)。近年来,聚集诱导发射发光原(AIEgens)凭借其强光稳定性、高量子产率和高聚集态发射等特性引起了国内外学者的广泛研究兴趣。其中,具有聚集诱导发光特征的PS(AIEgen)为光敏抗菌药物的设计与合成提供了新的契机。目前,多种AIEgens相继被开发出来并应用于生物医学等领域。因此,发展更加高效、简洁的方法来设计和合成新型AIEgens应用于抗菌光疗中具有重要意义。本文中,作者首先对近三年来文献报道的抗菌AIEgens进行分子对接分析,大多数AIEgens在外部与丝状温度敏感蛋白Z(FtsZ)激酶基本结合,然而分子TTTh可以在空腔内与蛋白质的酪氨酸残基ASN25形成氢键。随后,基于分子对接的结果,作者引入两个噻吩片段以增加其长度并提高柔韧性。与此同时,引入与细菌强结合的苯并噻唑阳离子片段,得到AIEgen(TBQZY)。作者通过化学合成手段顺利得到了TBQZY,并通过X-射线单晶衍射技术进一步确认了它的结构(图1)。图1.
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福建物构所陈忠宁团队:蓝光发射的0D Bi3+掺杂锌基卤化物用于高分辨率远程测温
近年来,金属卤化物由于其优异的光物理性质,已广泛应用于发光二极管、光电探测器、防伪和闪烁体等领域,并进一步扩大到远程测温和热成像。随着在极端条件下测量温度的需求不断增加,传统的接触式热传感器,如液体填充和双金属温度计、热电偶或电阻温度计等,已不再适合某些极端条件。远程光学测温是一类基于高温度敏感性发光基团的测温技术,它通过监测温度引起的发光参数的变化,实现非接触式的远程测温。其中,基于荧光衰减寿命的远程光学测温技术不受样品形态、分散均匀性、粒度等因素的影响,具有出色的分辨率,高灵敏度和抗疲劳性。开发更灵敏、稳定的光学温度计对生物研究,疫苗存储等领域的发展是十分重要的。近期,中国科学院福建物构所陈忠宁研究团队报道了一种温度依赖性的0D
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四川大学余达刚、廖黎丽等:电化学促进二氧化碳参与芳基乙烷非环状碳碳键断裂羧基化
碳碳键是构成有机化合物基本骨架的化学键,其断裂与重组在有机合成与工业生产中扮演着核心角色。因此,探索和发展碳碳键断裂新方法,不仅能极大地拓宽现代合成化学的视野,也是应对全球能源挑战、减轻环境负担以及促进可持续发展的重要途径。然而,大多数的碳碳键是非极性键,其活化存在热力学稳定性和动力学受阻的挑战。此外,碳碳键断裂后产生两个片段,通常只能利用其中一个。相比之下,碳碳键断裂后双片段同时官能团化,不仅能实现碳碳键转化的多样性与原子经济性,更能合成一系列结构多样的高附加值化学品(图1a)。在各种碳碳键中,C(sp3)–C(sp3)单键数量最多,但由于存在较强键解离能、较大空间位阻等原因而难以实现其高效断裂和选择性转化,尤其是C(sp3)–C(sp3)键断裂实现双片段选择性官能团化的方法亟待开发。在这类反应中,底物类型主要集中于环状化合物或者存在特定官能团取代的碳碳键(图1b)。近年来,非特异性、非环状碳碳键断裂双片段官能团化吸引了广泛研究兴趣。例如,香港科技大学黄湧教授/深圳湾实验室陈杰安研究员团队利用可见光催化氧化策略实现了无任何杂原子基团修饰的烃类分子骨架中惰性C(sp3)–C(sp3)键的高效高选择性断裂官能团化。然而,非环状C(sp3)–C(sp3)键还原断裂官能团化还局限于当量活泼金属还原剂等苛刻反应条件的使用(图1c)。近年来,四川大学余达刚教授和廖黎丽副研究员一直致力于在温和反应条件下实现二氧化碳(CO2)的高效活化与选择性转化(综述:Sci.
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湘潭大学谢鹤楼教授/北京大学陈尔强教授团队封面文章:可用于先进光电子学的高效室温磷光液晶高分子光波导材料
光波导材料在光子与光电设备广阔的应用前景引起了人们广泛的兴趣。最近,湘潭大学谢鹤楼教授与北京大学陈尔强教授团队提出了一种基于室温磷光液晶高分子的光波导材料。所得的室温磷光液晶高分子表现为典型的向列相液晶,磷光寿命约为0.15
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Sci. China Chem. 2024年第9期目录
3162–3178点击左下角“阅读原文”或扫描二维码可免费下载全文【扩展阅读】2024年《中国科学:化学》中英文刊优秀论文评选结果发布!Sci.
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苏州大学李永舫院士团队李耀文教授:采用全溶液法实现了基于银纳米线顶电极的高性能有机太阳能电池
溶液法制备的电极替代蒸镀金属顶电极在有机太阳能电池(OSCs)高通量大规模生产中展现出巨大潜力。苏州大学李永舫院士团队李耀文教授等人采用全溶液法实现了基于银纳米线(AgNWs)顶电极的高性能OSCs。在制备AgNWs电极的过程中,通过采用淋洗策略有效降低了包裹在AgNWs上的残留绝缘聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的厚度,促进了AgNWs骨架之间更紧密的接触。此外,在AgNWs表面沉积一层额外的氧化锌纳米颗粒(ZnO-e),有效连接了AgNWs骨架与底层的氧化锌电子传输层(ZnO-t)。底层ZnO-t可诱导ZnO-e生长,减少二者间的错配晶格条纹角度,增强电荷传输,从而构建出从ZnO-t到AgNWs骨架的额外电荷传输通道,提升顶电极的电荷收集效率。基于此复合顶电极的全溶液法刚性和柔性OSCs分别实现了16.04%和14.54%的光电转换效率(PCE)。OSCs因其轻质、机械柔性和可溶液加工等优势,受到研究人员的广泛关注。在过去二十年中,采用蒸镀金属顶电极的OSCs的PCEs已提升至19%以上。然而,传统的真空蒸镀方法不具备低成本、高通量和大面积制造的优势。因此,开发适用于全溶液加工的可印刷电极成为实现低成本大规模制造的关键。AgNWs作为新一代高导电率、高透过率、耐弯折的材料已被广泛地应用于电子产品的电极中。然而,当AgNWs用于OSCs顶电极时,器件的PCE通常明显低于使用蒸镀金属顶电极的对应器件。其中一个原因是,AgNWs周围包裹的绝缘PVP导致了AgNWs结点处较高的接触电阻。传统处理方法,如热退火和机械压处理,虽然能有效降低AgNWs结点处的接触电阻,但这类方法常对底层功能材料产生破坏,导致器件失效。其次,作为顶电极,AgNWs与底部界面层之间的“线-面”接触极大降低了AgNWs电极的电荷收集效率。针对以上问题,苏州大学李永舫院士团队李耀文教授等人首先采用了一种淋洗策略。在AgNWs电极的制备过程中,采用乙醇对AgNWs进行淋洗,利用PVP在乙醇中良好的溶解性来溶解包覆在AgNWs表面的PVP,并在旋涂过程中通过离心力去除溶解在乙醇中的PVP(图1a)。该方法有效减少了AgNWs表面的PVP厚度,促进AgNWs之间更加充分的接触,从而降低了AgNWs结点处的接触电阻(图1b-d)。最终,在不破坏底部功能层的情况下,AgNWs电极的面电阻降低至17
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太原理工大学王丕&山西大学夏丹玉:基于柱芳烃的手性液晶及超分子自组装诱导的手性放大
新的大环介晶基元的开发对于液晶功能材料的发展具有重要的意义。合理利用大环化合物的结构稳定性和优异的超分子组装能力有利于材料液晶行为和手性的调控。早期关于大环液晶的报道主要是由大环寡醚或对环芳烃组成的构象柔性的介晶基元。随后,更多的大环化合物被用于构建介晶基元,包括但不限于苯乙炔大环、席夫碱大环、卟啉、菲咯啉、酞菁、环肽、冠醚、环糊精、杯芳烃和柱芳烃。具体来说,这些用于构建大环液晶的大环化合物具有以下共性和优点:首先,形状持久的大环骨架可以为材料提供各向异性和稳定的液晶相,从而产生宽的液晶温度范围和丰富的液晶相;其次,这些大环化合物通常可以容纳客体分子。理论上,利用主客体相互作用来调节所获得的液晶行为是可行的,因此大环化合物是制备具有性能可调的液晶材料的理想构筑单元。柱芳烃由于其独特的对称刚性柱状结构、易于合成、多位点和选择性位点修饰特性以及出色的主客体识别能力,在构建具有新特性和新功能的大环液晶体系方面具有巨大的潜力。图1.
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张献明教授课题组:成功构筑用于精确锂离子和阴离子/溶剂分离的金属有机纳米片离子筛分膜——实现高稳定锂金属电池应用
对储能和气体分离中高效传质的新需求激发了对多孔材料的广泛研究。金属有机框架(MOFs)作为一种具有可调孔隙结构的新型材料,已经作为分子筛在气体和液体分离取得令人瞩目的进展。理论上,它们还可以用作离子筛用于锂离子和阴离子的分离,从而实现理想的锂传输并进一步实现高能量和无锂枝晶的锂金属电池(LMBs)。然而,高效离子筛分能力、高离子通过率和高电化学稳定性很难同时兼顾,相关报道很少。本文报告了一种锂离子筛分策略,用于精确锂离子和阴离子/溶剂的分离,从而提高高能LMB的性能。众所周知,锂离子电池广泛应用于日常生活中,但是传统锂离子电池因为能量密度低(372
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北理工许颜清/王蔚芝&首师大魏玮:苝二酰亚胺基超分子胶囊用于肿瘤乏氧触发的光热/化疗联合治疗
恶性肿瘤已成为威胁人类生命和健康的“主要杀手”。乏氧是肿瘤微环境的一个重要特征,它的存在常成为肿瘤局部复发的根源。光热疗法具有非氧依赖性,在近红外光照射下引发局部热疗来消除体内肿瘤,从而成为克服肿瘤乏氧的有效方法。为了避免对正常组织的损伤,迫切需要乏氧激活的近红外光热剂,以提高肿瘤治疗的特异性。另外,由于恶性肿瘤的复杂性,仅通过单一治疗方法根除癌细胞仍然具有挑战性。因此,将乏氧激活的光热治疗与化疗相结合的联合治疗方式具有重要的前景。近年来,针对乏氧激活的药物递送系统已取得长足的发展,包括高分子、脂质体、凝胶、无机纳米颗粒、金属有机框架和共价有机框架等。然而,这类递送系统结构设计相对复杂且重现性较低,阻碍了其实际临床应用。相比之下,基于大环的超分子药物递送系统具有精确的分子量,明确的分子结构和可量化的药物结合能力,为构建具有良好批次重现性的药物递送系统提供了理论可行性。但是,将多重功能性(包括乏氧响应性、近红外光热、载药能力、良好的水溶性和生物相容性)整合到一个结构明确的小分子系统中仍然面临许多挑战,包括复杂的分子结构设计和耗时且昂贵的合成过程等问题。首都师范大学魏玮和北京理工大学许颜清课题组致力于通过共价/配位键开发新型的具有优良光电性质、客体包裹能力以及生物相容性的主体分子,并探索其在光学诊疗、药物传输、超分子组装、分子识别等方面的应用。尤其关注以苝二酰亚胺(Angew.
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武汉理工大学吴迪团队:甲硫基侧链修饰策略构筑的高迁移率双极性苯并二噻吩类醌式小分子
具有高电子和空穴迁移率的双极性有机半导体是构筑有机逻辑电路的关键材料。目前,具有良好平面性和窄带隙的醌式小分子被广泛应用于设计高性能的双极性半导体材料。然而,常用的单晶薄膜法和共混法虽能获得高迁移率,其繁琐的制备流程并不利于器件的实际应用,采用这类材料制备高双极性迁移率的OFET器件仍然存在挑战。武汉理工大学的吴迪/夏建龙团队提出了一种甲硫基侧链修饰的分子构筑策略,有效调控了目标分子的轨道能级和薄膜堆积取向,获得的苯并二噻吩(BDT)类醌式小分子QBDTS和QTBDTS均展现出优异的双极性电荷传输特性(图1),其中QTBDTS的电子迁移率为0.3