光与时间魔法的奇妙碰撞——追寻余辉寿命的足迹
孙若曦, 徐祎倩, 荣绍儒, 韩春苗, 许辉
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202310001
发光寿命是光化学的重要概念,也是体现发光材料性质的一项重要参数。尽管发光材料在人类生产生活、军事及航空航天领域有广泛的应用,但是普通大众对于“发光寿命有长有短”这一科学概念并没有清晰的认识。本项目以生活中的光为切入点,以发光寿命在人眼可识别范围内(>100 ms)的长余辉材料作为展示媒介。通过探究三聚氰胺与苯二甲酸在水介质中的自组装,设计并合成了一类寿命长、亮度高的有机长余辉材料,因其合成方法简单、原料便宜易得、实验现象明显且重现性高,非常适合作为科普主题;同时在日常生活中探寻发光现象,创新设计趣味动画、“光绘涂鸦”等新型科普模式,寓教于乐、寓教于做,点燃人们探究化学世界的热情;借助Bilibili、抖音等网络平台广泛宣传,拓宽化学知识的普及范围。针对具有不同年龄和知识结构对象群体的特点和需求,科普内容设立了多个独立互动模块,“量体裁衣”,力求获得“覆盖面广、接受度高”的效果,让发光寿命真正贴近生活、走向大众。
关键词: 发光现象, 发光寿命, 长余辉, 自组装, 梯度科普
B掺杂余辉室温磷光碳量子点在信息加密与湿度检测中的应用
张越诚, 杨帆, 张诗雨, 马程骏, 田锐, 孙雪花, 李皓瑜, 孙凌波, 马红燕
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240415
以硼酸与苯甲酸(BZA)为原材料,通过一步热解法合成了B掺杂的长余辉室温磷光碳量子点(B-CQDs-BZA)。采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见(UV-Vis)吸收光谱与荧光/磷光发射光谱对B-CQDs- BZA的形貌、结构及发光性能进行表征。结果显示,合成的B-CQDs-BZA主要是由无定形碳构成的尺寸介于2.0~4.5 nm之间的零维碳量子点。B-CQDs-BZA经254与302 nm的紫外光照射后,可呈现出长达20 s的蓝色室温磷光,经测试其磷光寿命长达2.09 s。该方法简单、快速且具有普遍适用性,使用多种原材料均可合成长余辉室温磷光CQDs。基于B-CQDs-BZA卓越的室温磷光发光寿命,我们将B-CQDs-BZA成功应用于时间分辨防伪技术。另外,根据水分子对B-CQDs-BZA的猝灭效应,将其制作成湿度试纸,用来检测环境空气的湿度。
关键词: 室温磷光, 碳量子点, 信息加密, 湿度
Crystalline and amorphous metal sulfide composite electrode materials with long cycle life: Preparation and performance of hybrid capacitors
Ning DING, Siyu WANG, Shihua YU, Pengcheng XU, Dandan HAN, Dexin SHI, Chao ZHANG
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240146
Crystalline@amorphous NiCo2S4@MoS2 (v-NCS@MS) nanostructures were designed and constructed via an ethylene glycol-induced strategy with hydrothermal synthesis and solvothermal method, which simultaneously realized the defect regulation of crystal NiCo2S4 in the core. Taking advantage of the flexible protection of an amor-phous shell and the high capacity of a conductive core with defects, the v-NCS@MS electrode exhibited high specific capacity (1 034 mAh·g-1 at 1 A·g-1) and outstanding rate capability. Moreover, a hybrid supercapacitor was assembled with v-NCS@MS as cathode and activated carbon (AC) as anode, which can achieve remarkably high specific energy of 111 Wh·kg-1 at a specific power of 219 W·kg-1 and outstanding capacity retention of 80.5% after 15 000 cycling at different current densities.
关键词: crystalline@amorphous heterostructure, NiCo2S4@MoS2, hybrid supercapacitor, defect design, long cycle life
碳包覆MOF基镍钴双金属硫化物微球的制备及其循环储钠性能
鞠治成, 付文轩, 王保琰, 罗澳, 蒋江民, 史月丽, 崔永莉
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240363
通过溶剂热并辅以硫化法制备了金属有机骨架(MOF)基镍钴双金属硫化物微球,并通过高温热解有机碳源盐酸多巴胺制备了痕量氮掺杂碳包覆(NC)的Ni-Co-S@NC钠离子电池负极材料。这种改性能够有效提高电极材料的导电性以及结构和界面的稳定性,从而提高材料的循环稳定性。其中表面包覆约5 nm碳层的Ni-Co-S@NC-0.5微球具有出色的长循环寿命,其在1A·g-1下循环1 000圈后,仍有381.8 mAh·g-1的放电比容量和75.2%的容量保持率,相应地每圈循环的容量衰减量仅为0.126mAh·g-1;Ni-Co-S@NC-0.5||NVP/C (NVP:Na3V2(PO4)3)钠离子全电池在1 A·g-1下经过100次循环后,可逆放电比容量为386.2mAh·g-1,容量保持率为88.6%,库仑效率稳定在98.1%左右。动力学研究表明,Ni-Co-S@NC-0.5的储钠过程以赝电容行为控制为主,钠离子扩散系数在10-11~10-13 cm2·s-1之间,同时具有相对小的电荷转移阻抗(36.7 Ω)。
关键词: 钠离子电池, 碳包覆, 镍钴双金属硫化物, 多孔微球, 储钠机制
含硼中性自由基聚体
刘敏, 阮华棚, 冯钟涛, 董学, 崔海燕, 王新平
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240362
双酮化合物与等物质的量的碳化钾(KC8)和二(五氟苯基)氯硼烷一锅法直接合成了一系列含硼中性自由基二聚体1~3。利用核磁共振和单晶X射线衍射表征了该系列化合物的结构。晶体结构解析表明,3种化合物均为三斜晶系P1空间群。1的晶胞参数为a=0.914 93(3) nm,b=1.292 24(4) nm,c=1.526 46(6) nm,α=108.715(2)°,β=103.002(2)°,γ=102.557(2)°;2的晶胞参数为a=1.197 14(5) nm,b=1.352 20(6) nm,c=1.352 20(6) nm,α=96.108 0(10)°,β=105.189(2)°,γ=102.557(2)°;3的晶胞参数为a= 1.190 50(15) nm,b=1.362 4(2) nm,c=1.848 3(3) nm,α=77.376(6)°,β=79.817(5)°,γ=102.557(2)°。3种化合物均形成了四配位的硼中心,且其分子骨架分别以“头碰头”和“肩并肩”的形式发生σ二聚。结合密度泛函理论计算研究了其二聚键长的变化规律和可能的反应机理,晶体数据和理论计算数据显示,分子的二聚键长受骨架的共轭程度和二聚碳取代基的空间位阻效应协同影响。测试了3种分子的紫外可见吸收光谱和荧光发光性质,结果发现三者均在414 nm附近出现明显的吸收峰。荧光测试显示,二聚体2在480 nm处有发光峰,且荧光发射峰随溶液浓度增加发生轻微红移。
关键词: 含硼自由基, 二聚体, 四配位硼中心
Two-dimensional silica-modified polyethylene oxide solid polymer electrolyte to enhance the performance of lithium-ion batteries
Zhihong LUO, Yan SHI, Jinyu AN, Deyi ZHENG, Long LI, Quansheng OUYANG, Bin SHI, Jiaojing SHAO
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20230444
Herein, the positively charged two-dimensional (2D) porous silica (PSN+) nanosheet was obtained by modifying the 2D silica obtained from acid-etched 2D vermiculite, and then the PSN+ was used as the filler of polyethylene oxide (PEO)-based solid polymer electrolytes (SPEs). Given the abundant positive charges, PSN+ effectively binds with the anions dissociated from lithium salts, thereby promoting lithium-ion transport and achieving a decent lithium-ion transference number. At 50 ℃, the PSN+-based SPEs demonstrated a higher ionic conductivity of 7.5×10-5 S·cm-1, lithium-ion transference number of 0.30, and a stable voltage window of 4.41 V. Consequently, the as-assembled LiFePO4||Li batteries delivered excellent initial discharge specific capacity of 155.7 mAh·g-1 at 0.2C with 97.1% capacity retention after 100 cycles at 50 ℃.
关键词: lithium-ion battery, solid polymer electrolyte, filler, two-dimensional silica
基于2,5-溴对苯羧酸配体的镧系金属有机骨架的合成、结构及性质
罗小玲, 邹品田, 王小燕, 刘峥, 孔翔飞, 唐群, 王胜
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20230271
采用溶剂热法,以2,5-二溴对苯二甲酸(H2L)为配体,分别与六水合硝酸钕、六水合硝酸钆反应合成了2种镧系金属有机骨架(MOFs):{[Nd2(L)3(DMF)2(H2O)2]·2DMF}n (1)和{[Gd2(L)3(DMF)2(H2O)2]·2DMF}n (2)。通过单晶X射线衍射、粉末X射线衍射、红外光谱、元素分析、荧光光谱、热重分析等测试方法对其进行了结构表征与性质研究。结果表明,2个配合物均是以稀土离子为金属节点,与配体相互连接,形成无限延伸的三维网状结构。
关键词: 镧系, 2,5-二溴对苯二甲酸, 金属有机骨架, 晶体结构
由2,5-溴对苯甲酸构筑的铪(Ⅳ)基金属有机框架的质子导电性能
李建定, 冯俊阳, 任慧敏, 李纲
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240464
以2,5-二溴对苯二甲酸(H2BDC-Br2)为桥联配体,采用快速合成法,与HfCl4进行自组装,成功制备了一个与传统UiO-66结构相同的三维多孔铪基金属有机框架(UiO-66-Br2-Hf) (1)。首先通过热重分析(TGA)、粉末X射线衍射(PXRD)等表征手段证实了 1的卓越的结构稳定性。进而系统地考察了其在水分子辅助下的质子导电能力,发现其质子电导率与温度和相对湿度(RH)呈正相关关系,且在100 ℃和98% RH下,其质子电导率高达3.11×10-3 S·cm-1。最后,结合结构分析、氮气和水蒸气吸附测试以及活化能计算等,对其质子导电机制进行了探究。
关键词: 2,5-二溴对苯二甲酸, 铪(Ⅳ), 金属有机框架, 质子传导, 导电机理
1,3-溴-5,5-甲基海因的合成及其作为溴化试剂应用的综合化学实验
李肖阳, 黄骁炜, 张艺萌, 刘欢, 金劭, 庄俊鹏
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202408035
采用微通道法,在聚四氟乙烯软管中利用HBr和NaBrO3在水溶液中的逆歧化反应原位生成液溴,直接滴加到反应体系中与5,5-二甲基海因反应,并通过滴加NaOH溶液控制体系的pH值,制备了1,3-二溴-5,5-二甲基海因(简称二溴海因)。该反应后处理简单,通过抽滤和水洗获得目标化合物。然后,用所合成的二溴海因作为溴化试剂,在化合物(6-甲氧基萘-2-基)丙-1-酮的5-位引入溴原子,得到制备S-萘普生的关键中间体。溴代反应30分钟完成,简洁高效,选择性好,收率高。该实验所采用连续流原位生成单质溴的方法为本科大学化学实验中液溴参与的水相体系实验提供了新途径。随后的溴化反应展现了二溴海因作为一种溴化试剂相比于NBS和液溴具有明显的优势。该实验综合了有机化学和无机化学实验的原理与操作,在理论上加强了有机酸碱的概念,在操作上强化了有机合成基本技能的训练,是一项适合本科高年级学生开展的综合化学实验。
关键词: 海因类消毒剂, 逆歧化反应, 微通道反应器, 溴化反应
茂铁与苯并硒唑偶联体的构建及其过氧化氢激活的化学动力学活性
徐基超, 胡明, 陈希昌, 王春辉, 王磊晨, 周玲伊, 何星, 程夏民, 景苏
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20250144
本文报道了一种基于二茂铁与苯并硒二唑(SeNBD)偶联物的前药FcNH-SeNBD,用于肿瘤细胞化学动力学治疗(CDT)与荧光成像。FcNH-SeNBD利用肿瘤细胞中过表达的过氧化氢(H2O2)氧化二茂铁发生芬顿反应,高效生成羟基自由基(·OH),诱导肿瘤细胞凋亡。与此同时,二茂铁的氧化阻断了其与苯并硒二唑之间的光致电子转移(PET)效应,使得原本被猝灭的SeNBD荧光得以恢复,实现了荧光信号“Off-On”的转变,用于实时监测前药在肿瘤细胞中的活化与富集,便于治疗效果的预测与评估。体外实验表明 FcNH-SeNBD对肝癌细胞HepG2[IC50=(7.95±0.98) μg·mL-1]和结直肠癌细胞HCT116[IC50=(15.74±1.5) μg· mL-1]具有显著的选择性杀伤作用,而对正常结肠上皮细胞NCM-460无显著毒性(IC50>100 μg·mL-1)。机制研究证实,FcNH-SeNBD通过激活caspase-3依赖性凋亡通路发挥对肿瘤细胞的杀伤作用。细胞成像实验表明 FcNH-SeNBD可在肿瘤细胞中富集并产生强烈的红色荧光。
关键词: 二茂铁, 苯并硒二唑, 前药, 化学动力学治疗, 荧光成像

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