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中国化学会青年化学奖获奖者专栏
界面超分子聚合
张帅, 秦博, 徐江飞, 张希
2020, 83(7): 578-587
[摘要]  (15) [HTML全文] (15) [PDF 29417KB] (0)
摘要:
超分子聚合物诞生于高分子化学与超分子化学的交叉融合,一般是指单体间通过非共价键作用连接形成的聚合物,并在溶液或体相中表现出类似聚合物的性质。目前超分子聚合物一般通过均相溶液聚合制备得到,但溶液中的超分子聚合是一个自发的组装过程,具有浓度依赖性,组装过程不易可控。为解决此问题,研究人员可以将超分子聚合从均相溶液转移到界面,在界面上可控地制备超分子聚合物。通过界面聚合制备超分子聚合物具有一些独特的优势,如可以制备得到分子量更高的超分子聚合物,易于制备一些缺陷少、面积大、有序的二维超分子聚合物等。本文基于在液-液、气-液和固-液三种界面上制备超分子聚合物的一些代表性工作,介绍了界面超分子聚合方法和应用,并展望其未来发展。
进展评述
超长碳纳米管的结构调控与制备:进展与挑战
李润, 石晓飞, 姜沁源, 詹晨浩, 崔一鸣, 刘青雄, 何姿颖, 魏飞, 张如范
2020, 83(7): 588-599
[摘要]  (27) [HTML全文] (27) [PDF 25166KB] (0)
摘要:
碳纳米管由于其优异的性能和广泛的应用,在过去近三十年中引起了研究者广泛的研究兴趣。在众多不同类型的碳纳米管中,超长碳纳米管由于具有厘米级甚至分米级以上的宏观长度和相对完美的结构,展示出了优异的力学、电学、热学等多方面的优异性能,在透明显示、微电子产业、超强纤维、航空航天等领域具有广阔的应用前景。超长碳纳米管的结构控制制备是充分开发其优异性能并实现其实际应用的关键。在过去二十多年间,超长碳纳米管的研究取得了重要的进展。但同时,在结构控制与批量制备方面也面临巨大的挑战,还存在许多尚未解决的科学与技术难题,从而限制了其实际应用。本文对超长碳纳米管的生长机理、结构控制、选择性制备以及优异性能方面的进展及其背后的创新思想进行了系统的回顾;与此同时,讨论了超长碳纳米管近年来的研究进展、目前面临的挑战和未来的重点攻关方向。期望本文能为超长碳纳米管的可控合成、批量制备以及未来应用提供更多的启发和借鉴,为早日实现高质量超长碳纳米管的宏量制备和产业化起到一些推动作用。
偶氮苯高分子的光致可逆固液转变
王明皓, 陈明森, 许国锋, 吴思
2020, 83(7): 600-609,587
[摘要]  (15) [HTML全文] (15) [PDF 20776KB] (0)
摘要:
偶氮苯化合物是一种极具吸引力以及较为常用的光响应材料,本文主要介绍偶氮苯的光响应性质以及一些偶氮苯高分子的合成方法,解析光化学反应导致偶氮苯高分子固液转变的机理,并介绍其在粘结性材料、光致动器、光致热导开关器件及非热纳米压印中的应用。
有机锗亲核试剂的交叉偶联反应
徐清浩, 肖斌
2020, 83(7): 610-614
[摘要]  (16) [HTML全文] (16) [PDF 6845KB] (1)
摘要:
在过渡金属催化的交叉偶联反应中,有机硅、锡化合物作为偶联亲核试剂已经广为人知,然而同族的锗元素研究却相对较少。锗亲核试剂的偶联反应最初只是简单地证明了锗作为一种“偶联元素”的可行性,但逐步发现的优异性质使得锗试剂已经受到越来越多的关注。本文从锗试剂的结构分类出发,介绍这些锗片段引入有机体系的方法及相应锗试剂的交叉偶联反应。
无过渡金属条件下喹啉C5位碳-氢键官能化反应
张谦, 余彦葶, 李家乐, 李栋
2020, 83(7): 615-620
[摘要]  (15) [HTML全文] (15) [PDF 1192KB] (1)
摘要:
喹啉是一类重要的杂环化合物,喹啉类化合物的合成方法研究备受关注。通过喹啉的碳-氢键直接官能化反应制备取代喹啉类衍生物是一种简便而有效的方法。然而,喹啉的C5位选择性碳-氢键官能化反应仍然存在挑战,目前大多在过渡金属催化下实现,无过渡金属条件下的反应亟待开发。本文按成键类型(碳-卤键、碳-氮键、碳-氧键、碳-硫键和碳-碳键)分类综述了近年来在无过渡金属条件下喹啉C5位碳-氢键官能化反应的研究进展,并对该领域的研究现状及所存在的问题进行了总结。
环境友好型无铅卤化物钙钛矿太阳能电池研究进展
潘雪楠, 贺志勇, 杨为佑, 杨祚宝
2020, 83(7): 621-640
[摘要]  (22) [HTML全文] (22) [PDF 19057KB] (0)
摘要:
ABX3(A为甲胺、甲脒等有机离子或铯离子,B为铅或锡等金属离子,X为溴、碘等卤化物离子)卤化物钙钛矿材料具有优异的光电特性,是当前太阳能电池研究的前沿和热点之一。然而,这类太阳能电池普遍面临含毒性元素铅和稳定性差等问题,极大地阻碍了钙钛矿太阳能电池商业化应用进程。因此,发展新型高效无铅钙钛矿太阳能电池势在必行。本文评述了环境友好型无铅卤化物钙钛矿太阳能电池的最新研究动态和进展,探讨了该类太阳能电池的制备、性能及其稳定性等问题,展望了其未来发展趋势。
环状羰基化合物α-C(sp3)-H芳基化的研究进展
刘远烈, 王梅, 陈蕾, 李大山, 王文静, 詹睿, 邵立东
2020, 83(7): 641-651
[摘要]  (16) [HTML全文] (16) [PDF 1972KB] (1)
摘要:
环状羰基化合物包括环状酮、内酯及内酰胺,这类化合物的α-C(sp3)-H芳基化反应是C-H官能团化反应中的重要类型,其构建C(sp3)-C(sp2)键的高效性受到有机化学家和药物化学家的广泛关注,在有机合成中占据重要地位。目前已有许多关于环状羰基化合物α-C(sp3)-H芳基化反应的报道,本文主要对近二十年来这类反应的研究进展进行综述。
研究论文
通过低熵合金实现铂金属d轨道的调控
杜雨庭, 高登磊, 张娜, 伊丁, 王熙
2020, 83(7): 652-658
[摘要]  (18) [HTML全文] (18) [PDF 7471KB] (0)
摘要:
对催化剂中活性位电子结构的精准调控是实现精准催化最有效的手段之一,常见的方法包括调控晶格应力、电荷转移等。在掺杂材料体系中,人们已经运用原子晕效应等理论来解释异原子活性位几何、电子结构的改变给基底材料所带来的物理、化学性质的改变,进而实现对催化等性能的调控。本文以低熵合金为研究对象,通过第一性原理计算提出了轨道及自旋调控的新途径来尝试实现对催化的精准调控,即通过改变Pt原子的d轨道来实现对催化性能的调控。分别模拟了Pt和Pt-Fe合金在不同的吸附位点下对O2分子的吸附过程。结果发现,Fe原子的掺入在削弱表面Pt原子对O2分子吸附的情况下却没有影响其解离。通过投影态密度(PDOS)分析得到Pt-Fe合金中Fe-3d和Pt-5d轨道有较强的杂化,从而导致了Pt的d轨道发生偏移的同时产生了自旋极化现象。部分Pt的电子态移动到费米能级之上,与O2*产生交叠,进而导致了Pt-Fe合金中的Pt-5d与O2*的杂化程度明显高于纯Pt体系。理论研究表明,通过这种低熵合金的手段能够调节Pt的d轨道,从而促进对O2分子的催化效果。该研究可以预见轨道催化及自旋催化将为精准催化提供更加有效的手段。未来相信这些研究将对更高效、清洁的催化剂设计提供崭新的思路。
酪胺修饰石墨烯量子点检测血清中游离胆固醇
马志莹, 高雪, 宋宇, 刘秀英, 励建荣
2020, 83(7): 659-664
[摘要]  (12) [HTML全文] (12) [PDF 6328KB] (0)
摘要:
以柠檬酸为原料合成具有模拟过氧化氢酶活性的石墨烯量子点(GQDs),经酪胺修饰的GQDs(TYR-GQDs)可以将过氧化氢还原成羟基自由基,通过酚羟基之间的交联聚集,GQDs的荧光被猝灭。由于胆固醇氧化酶可以催化胆固醇氧化生成H2O2,因此,基于TYR-GQDs建立了一种检测胆固醇的荧光传感器。在pH=7.4的条件下,TYR-GQDs的荧光猝灭率与胆固醇浓度(2.67×10-8~2.67×10-3mol/L)的对数呈良好的线性关系,检出限为9.32×10-9mol/L。干扰实验表明,该荧光传感器对胆固醇具有高度的选择性,可以用于人体血清中游离胆固醇的检测,加标回收率为96.55%~100.14%。
联萘酚多氢键硫脲催化合成1,4-二氢吡啶衍生物
秦婷, 莫丽, 陈平平, 安雪婕, 陈治明
2020, 83(7): 665-671
[摘要]  (14) [HTML全文] (14) [PDF 2098KB] (1)
摘要:
本文合成了三种具有多氢键的联萘酚轴手性硫脲催化剂,并将其用于催化合成1,4-二氢吡啶衍生物。结果显示,所合成的新型多氢键硫脲均表现出较好的催化作用,能有效地提高1,4-二氢吡啶衍生物的收率和对映选择性。所有新化合物结构均经过1H NMR、13C NMR、IR、熔点等表征所确认。
中国化学会青年化学奖获奖者专栏
血清白蛋白:用于肿瘤精准诊疗的多元化载体
施德太, 贺晓鹏
2020, 83(3): 195-208
[摘要]  (1016) [HTML全文] (1016) [PDF 16007KB] (1016)
摘要:
血清白蛋白(Serum Albumin)作为一种天然生物大分子,能够在血液中长期循环并通过血清白蛋白受体转运进入肿瘤细胞。近年来血清白蛋白作为一种极具临床转化前景的生物载体,被广泛应用于与诊疗试剂共价或非共价结合,从而实现精准、有效的肿瘤诊疗。本文就血清白蛋白在肿瘤诊疗领域的最新进展进行总结与讨论,并就基于血清白蛋白为载体的诊疗试剂未来发展方向进行了展望。
进展评述
单活泼氢手性配体生成的原位镁催化剂及其在不对称合成中的应用
王林清, 杨东旭, 王锐
2020, 83(3): 209-217
[摘要]  (358) [HTML全文] (358) [PDF 7707KB] (358)
摘要:
本文对原位镁催化剂近年的工作进行了总结,对由单活泼氢手性配体生成的原位镁催化剂在不对称合成中的应用进行了系统归纳和分类。介绍了由单氮氢键、单酚羟基和单醇羟基构成的手性配体的设计和发展及其在原位镁催化剂中的应用,实现了多种类型的不对称催化反应过程和化学键的形成方式。对于原位镁催化策略的进一步探索,将有助于研究和推广更多类型廉价环保金属资源催化的化学转化过程。
石墨相氮化碳量子点的制备及应用的研究进展
王庆, 陈宇飞, 李萍, 程健
2020, 83(3): 218-225, 264
[摘要]  (437) [HTML全文] (437) [PDF 6761KB] (437)
摘要:
近年来,石墨相氮化碳(g-C3N4)因其稳定的物理化学性能和良好的生物相容性而受到研究者关注。与块体g-C3N4相比,石墨相氮化碳量子点(g-CNQDs)尺寸更小、荧光效率更高,且具有量子限域效应,因此拥有特殊的理化性质与更好的光催化性能。本文主要从g-CNQDs的制备策略和应用展开讨论,着重综述了微波辅助法、低温固相法、热化学腐蚀法和电化学刻蚀法制备g-CNQDs,以及g-CNQDs在催化剂、离子检测、生物传感与诊疗等领域的最新应用研究进展;指出了目前g-CNQDs在性质、制备和应用等研究方面的重点和难点;最后对g-CNQDs存在的问题和未来的发展方向作出了展望。
退役三元动力电池回收利用进展
李浩强, 范茂松, 何鹏琛, 汪浩, 刘晶冰
2020, 83(3): 226-231
[摘要]  (390) [HTML全文] (390) [PDF 1390KB] (390)
摘要:
退役三元动力电池中含有大量的钴、锂、镍、锰等高价值金属元素。将退役动力电池进行回收利用,可以有效缓解动力电池退役带来的回收和环境污染压力,从而提高资源利用率和经济效益。本文拟对退役三元动力电池回收利用的国内外技术研究现状进行阐述,着重介绍湿法冶金技术,包括预处理技术和浸出、化学沉淀和溶剂萃取等二次处理技术,并与干法冶金作对比,对其方法及优缺点进行了详细介绍和比较。该研究可以为改进退役三元动力电池回收工艺提供指导,进一步促进工业化的实现。
研究论文
熔融盐法制备富氧空位TiO2纳米片及其光催化性能
杜梦凡, 陈啟荣, 邹钰, 杨凯萌, 胡舰心, 孟祥福
2020, 83(3): 232-239
[摘要]  (274) [HTML全文] (274) [PDF 17089KB] (274)
摘要:
氧空位缺陷对半导体材料性能的积极作用引起人们越来越多的关注。本文中,以TiCl4在三氟乙酸中的水解产物为前驱体,通过一步熔融盐法成功合成了具有富氧空位的蓝色TiO2纳米片。由于熔融盐低的氧分压,使前驱体在煅烧过程中消耗了TiO2中的晶格氧从而产生大量的氧空位和Ti3+。紫外-可见漫反射光谱测试表明,蓝色TiO2纳米片的带隙宽度减小至2.69eV,光吸收范围从紫外光区拓宽到可见光区。所制备的蓝色TiO2纳米片表现出优异的光催化活性,在全光谱照射下,对若丹明B的光降解速率是纯TiO2的47.3倍。同时,形成的晶格氟掺杂能有效地稳定氧空位,极大地提高了光生载流子的分离效率。本工作为在半导体氧化物材料内构建氧空位提供了新的思路。
三足苯甲酰基硫脲类离子受体的合成及识别性能
曹成, 仇满红, 尤兴梅, 卢蓓蓓, 籍向东
2020, 83(3): 246-252
[摘要]  (297) [HTML全文] (297) [PDF 12601KB] (297)
摘要:
本文设计并合成了两种新型含酰基硫脲结构单元的三足受体12,并对其结构进行了表征确证。研究表明该类受体化合物对F-、Ac-和CN-表现出良好的紫外识别能力,由于受体1分子内电荷转移作用较强,故对阴离子表现出裸眼识别性能。紫外滴定表明,该类化合物对F-和CN-具有更好的结合能力;核磁滴定表明,阴离子通过分子间氢键与受体化合物结合形成主客体配合物,在高浓度F-时受体化合物发生脱质子行为。此外,该类化合物对Hg2+具有一定的荧光选择性识别能力。
Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)配合物的合成、抗肿瘤作用及其对细胞周期分布的影响
江名, 盖爽爽, 蓝峻峰, 文胜, 蒋才云, 覃逸明
2020, 83(3): 253-257
[摘要]  (218) [HTML全文] (218) [PDF 7747KB] (218)
摘要:
以2-氨基-5-氯苯酚和2-喹啉甲醛合成的席夫碱作为配体,分别与氯化镍、氯化铜反应合成了2个金属配合物C1C2,其结构通过单晶X-射线衍射进行了解析。采用MTT法测试了配合物C1C2对不同人肝癌细胞系和正常肝细胞系HL-7702增殖抑制活性,结果表明C1C2对人肝癌细胞系的抑制活性均优于顺铂,且对正常肝细胞系HL-7702的毒性要弱于顺铂。通过活性氧实验、细胞周期等实验,可以推断出配合物C1C2抗肿瘤机制是通过产生活性氧造成肿瘤细胞的氧化损伤,以及使细胞周期停滞在G0/G1期阻滞细胞复制。
C2轴手性硫脲的合成及其微波辅助下催化Biginelli反应性能
秦婷, 陈平平, 莫丽, 李淼, 陈治明
2020, 83(3): 258-264
[摘要]  (256) [HTML全文] (256) [PDF 1199KB] (256)
摘要:
本文合成了三种具有轴手性联芳基骨架的多手性中心、多氢键的结构对称型多活性中心硫脲催化剂,并将其应用于催化Biginelli反应合成3,4-二氢嘧啶硫酮。结果表明,所合成的新型轴手性硫脲均表现出良好的催化作用,能有效地提高Biginelli反应的收率和对映选择性。
羟基自由基与N6, N6-二甲基腺嘌呤反应机理研究
严钱钱, 吴丽丹, 曾志虹, 曾楠
2020, 83(3): 265-271
[摘要]  (225) [HTML全文] (225) [PDF 8904KB] (225)
摘要:
N6N6-二甲基腺嘌呤(DMAP)是生物分子的组成部分,在决定生物分子的活性和构型性能方面起到了重要作用。羟基自由基(·OH)可与DMAP反应,改变其结构,从而影响它的生物功能。因此有必要了解DMAP与·OH反应的具体过程。本文运用量子化学方法从理论上研究了·OH与DMAP的反应机理。根据反应的能垒及产物的稳定性,DMAP与·OH最可能的反应是·OH夺取DMAP的N(6)甲基H、N(9)H以及·OH加成到DMAP的C(8)位。N(6)位的甲基化提高了腺嘌呤的反应活性,也影响了其与·OH的反应机理。
阴离子型接枝微粒PDAC/PSA的制备及对谷氨酸的吸附性能初探
胡译之, 李延斌, 余佳照, 何红芳
2020, 83(3): 272-276
[摘要]  (238) [HTML全文] (238) [PDF 2154KB] (238)
摘要:
采用自由基聚合法在溶液聚合体系中将功能单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)接枝于聚苯乙烯伯胺微球(PSA)表面,制备了接枝微粒PDAC/PSA,考察了主要因素对接枝聚合的影响,并初步探究了其对L-谷氨酸的吸附特性。结果表明,在反应温度25℃、单体质量分数为6%、引发剂占单体质量的1.2%的条件下,可制得接枝度为431mg/g的接枝微粒,其对L-谷氨酸的吸附量达140mg/g。
其它
Synthesis and Evaluation of Dicoumarin Acylhydrazone Derivatives as Fluorescent Probes for Cu2+
Haina Wang, Hui Zhang, Tianzhi Yu, Yuling Zhao
2020, 83(3): 240-245, 252
[摘要]  (262) [HTML全文] (262) [PDF 9703KB] (262)
摘要:
Two fluorescent probes, (N1'E, N3'E)-N1', N3'-bis((7-N, N-diethylaminocoumarin-3-yl)methylene) malonohydrazide and (N1'E, N4'E)-N1', N4'-bis((7-N, N-diethylaminocoumarin-3-yl)methylene) succinohydrazide, bearing acylhydrazone group as binding site and coumarin group as the fluorescence signal group were synthesized and characterized by conventional techniques. These probes showed notable fluorescence turn-off response for Cu2+ over other metals ions. The probes and Cu2+ formed 1:2 coordination complexes according to spectroscopy data and Job's plots. Further study demonstrated that the detection limit of Cu2+ for the probes was as low as 10-9 mol/L.
化学教学
一种确定氧化数的新方法
张国艳, 权新军
2020, 83(3): 277-281
[摘要]  (198) [HTML全文] (198) [PDF 1165KB] (198)
摘要:
氧化数是元素的重要性质,在无机化学中应用广泛。长期以来,确定元素氧化数主要根据桐山良一和鲍林等建立的规则,这些规则对于氧化数概念在化学中的推广普及起了很大的作用,但在遇到结构复杂或未知化合物时有时仍然会出现问题。本文根据IUPAC的氧化数定义提出,氧化数完全取决于成键两原子之间的电子供需关系,元素的最高正氧化数受到其原子价层电子数的限制,而元素的最低负氧化数受到同周期稀有气体元素外层电子数与其价层电子数差值的限制,据此建立了确定元素氧化数的新方法,该方法既不需要考虑分子结构,也不依赖元素氧化数的习惯规定,符合氧化数概念提出的初衷,简便易行,例外情况少,不仅适合大学化学教学,也适合中学化学教学。
化学史
波义耳微粒哲学与道尔顿原子论之比较
邢进, 袁振东
2020, 83(3): 282-287
[摘要]  (242) [HTML全文] (242) [PDF 1252KB] (242)
摘要:
波义耳微粒哲学与道尔顿原子论是原子论思想发展历程上的两种具有代表性的理论,通过对比二者的思想基础及其时代动因、方法论基础以及对万物本原、物质层次和物质变化原因等的解释,可以发现思想基础在一定程度上决定着科学理论发展的进路,科学进步亦显示时代的发展。