化学通报杂志

化学通报杂志2022年第8期

• 海水淡化用碳基电极材料及电容去离子技术研究进展

  吴浩,庞义炜,成怀刚,钱阿妞

  电容去离子技术(Capacitive Deionization,CDI)可以通过断电或电极反接方式使盐离子脱附,达到电极再生的目的,实现电极的可循环利用,其在海水淡化处理技术中具有独特的优势,逐渐成为一种缓和淡水资源紧缺和水污染的极具前景的技术手段。近年来,CDI处理技术正在向电极高效、无二次污染方向转变,未来将进一步聚焦碳基电极材料功能化(碳材料,钛碳化物MXenes,掺杂改性石墨烯材料)、装置和工艺设计优化等重要方向。为深入研究CDI海水淡化技术机理,进一步探索CDI方法在实际应用中的潜力,分别对CDI的脱盐机理、电极材料、装置和工艺设计对电吸附效率和性能的研究进展进行了总结,回顾CDI脱盐效果与电极材料、CDI电池装置设计等因素之间的密切关系,并对CDI技术在海水淡化中的研究发展提出展望。

• 碳载铂基催化剂乙二醇燃料电池研究进展

  薛鑫彤,赵洪波,田军,乔秀丽,迟彩霞

  对清洁能源替代品的迫切需求推动了人们对燃料电池以及电极催化剂的研究。近年来以改性碳基材料为载体的铂和铂合金催化剂，由于其在大多数燃料电池中性能优异而受到广泛关注。与甲醇和乙醇相比，乙二醇 (Ethylene glycol, EG)很容易从生物质和可再生能源中生产，并且具有优异的反应性能及更高的安全性，是一种很有吸引力的燃料。本文综述了近年来酸性和碱性直接乙二醇燃料电池(Direct ethylene glycol fuel cells, DEGFC)的研究进展，包括DEGFC的结构、铂与不同铂合金在EG中电氧化机理、碳负载铂和铂基EG氧化电催化剂应用特点以及其组装成单电池的性能等等。最后指出了DEGFC发展中需要解决的问题并对未来前景进行了展望。

• 基于纳米材料的电化学免疫传感器在传染性病原体POCT中的应用

  王思远,张悦,张国军,沈昕

  传染性病原体POCT对于及时有效控制传染病尤为关键。相比于传统检测方法，基于电化学免疫传感器的传染性病原体检测具有快速、灵敏、准确、易于小型化和集成化等优势，尤其适用于传染病POCT。新兴的纳米材料因其独特的理化性质可用于修饰传感器界面或作为生物分子的固载基质以及信号标记物等，有助于构建出高选择性和高灵敏度的电化学免疫传感器。在本文中，我们着重阐述了不同结构的纳米材料修饰的电化学免疫传感器在传染性病原体POCT检测中的应用，进一步介绍了基于纳米材料的电化学免疫传感器与不同检测技术联用在传染性病原体POCT中的应用，并对其发展前景做出了展望。

• 常压干燥法制备气凝胶的研究进展

  王斌,王丽娜,魁尚文,黎白钰

  气凝胶是一类轻质、低密度的三维纳米多孔固态材料，因其独特的高孔隙率、高比表面积和低导热系数等特性，使其在吸附、催化、保温隔热和隔音等诸多领域具有广泛的用途，目前其相关研究在材料科学领域受到了广泛的关注。气凝胶的制备主要包括溶胶-凝胶过程和湿凝胶干燥两个步骤，湿凝胶的干燥是制备气凝胶过程中至关重要而又较为困难的一步。传统的气凝胶通过超临界干燥制备，工艺复杂、成本高，而且由于干燥过程在高温高压条件下进行，有一定的危险性并且不适宜大规模生产，因此如何通过常压干燥获得高比表面积、高孔隙率、低密度的性能优异的气凝胶是其研究的重要方向之一。本文简要介绍了湿凝胶的制备以及凝胶干燥理论，详细介绍了近年来常压干燥方法气凝胶制备的研究进展，并对其未来发展前景做出了展望。

• 船舶水下减阻抗污涂层的研究综述

  杨永嘉,杨兆祥,贺泳霖

  船舶由于在航行时受到各种阻力,消耗了大量能量,增加了航行成本。船舶水下阻力的来源可以大致分为船体阻力和生物质附加阻力。本文基于对阻力和生物质黏附形成过程的分析,介绍了水下减阻领域的进展突破,总结了具有减阻、抗污性质的涂层研究情况,从超疏水、超亲水减阻材料和自抛光防污涂料、低表面能抗黏附材料、防污剂等方面,对其中相关的科学问题和解决方法进行了综述。

• 喜树碱功能化修饰及抗肿瘤活性研究进展

  王小淑,许丽丽,侯星,朱守记

  喜树碱是一种重要的天然产物,具有很强的抗肿瘤活性。然而,喜树碱存在水溶性差、在生理条件下易水解而转为无活性的喜树碱羧酸盐等缺陷,限制了其通过静脉注射的临床应用。而对喜树碱的喹啉环、α-羟基内酯环进行功能化修饰可克服上述缺陷。本文就喜树碱结构的功能化修饰及其抗肿瘤活性进行了综述,以期为其他研究人员更快地开发出具有高效、低毒的新型喜树碱类抗癌药物提供参考。

• 机器学习设计单步逆向合成反应的研究进展

  陈颖莹,荣丹琪,李元晶,赵鸿萍

  在逆向合成分析的过程中，对特定的目标分子设计单步逆向合成反应是探寻最优有机合成路线的关键环节。随着机器学习（Machine Learning）研究的兴起，很多研究者开始尝试利用机器学习方法设计单步逆向合成反应。相关研究主要集中在两方面：1）研究化合物分子输入方法；2）基于特定的分子输入，研究各类单步逆向合成反应预测模型的构建方法。文章首先综述了分子输入的三种主流方法；然后分别分析了基于这三种分子输入方法构建的单步逆向合成反应预测模型的研究实例；之后，文章总结了当前机器学习方法设计单步逆向合成反应研究中存在的问题，并给出了解决问题的思路；最后，对机器学习设计单步逆向合成反应的前景做出展望。

• NaClO原位清洗对膜生物反应器生物膜污染影响研究进展

  胡婧婷,张春波,周诗宇,李 沛,张海丰,刘美君,孙乐阳

  膜生物反应器(MBR)的膜污染问题严重制约了该工艺进一步快速的商业化推广,全面认识NaClO原位氧化清洗对MBR生物膜污染的影响,对于开发新型膜清洗技术及MBR工程优化具有重要意义。本文针对目前NaClO原位氧化清洗的不足,从微生物胞外关键组分空间分布角度,综述了NaClO原位清洗对生物膜污染及生物絮凝的影响,并探讨了生物絮体重构机制及强化生物絮凝的相关措施。最后,本文从减缓膜污染的角度,对该领域未来的研究方向进行了论述。

• 氧化石墨烯-石墨烯纳米复合物传感器检测 对乙酰氨基酚和对氨基苯酚

  王林玉,何志芳,席改卿

  本文通过简单超声法制备了氧化石墨烯-石墨烯(GO-Gr)碳复合材料,通过扫描电镜和电化学方法进行表征。将其修饰在玻碳电极表面,成功构建了用于对乙酰氨基苯酚(APAP)和对氨基苯酚(PAP)检测的电化学传感器。采用差分脉冲伏安法(DPV)测定APAP和PAP,线性检测范围为0.1～70μmol/L和0.3～60μmol/L,检出限为0.02 和0.1μmol/ L。同时,构建的传感器还表现出良好的稳定性和抗干扰能力,可用于实际样品的检测。

• 基于发夹结构DNA铜纳米簇的链霉素快速检测

  杨丽霞,易姿,黄小贝,汪胜

  建立了基于铜纳米簇（copper nanoclusters，CuNCs）的免标记荧光生物传感器快速检测链霉素的方法。利用链霉素核酸适配体和双链茎设计并合成了发夹结构DNA（hairpin DNA，hpDNA）模板，富含AT的双链茎部分可以合成CuNCs。在CuNCs荧光传感体系中加入链霉素后，链霉素与核酸适配体结合，使hpDNA双链茎打开，CuNCs荧光强度明显下降。在最优条件下，该方法检测链霉素的线性范围为0.1~20 mg/L，线性回归方程为y=240.17-10.31x，线性回归系数r2为0.9954，检出限为4.36 μg/L。该方法对牛奶样品的加标回收率为98.6%~104.8%。方法无需复杂的DNA序列设计、荧光标记，实验操作简单易行，适用于链霉素的快速检测。

• 丙烯醇反马氏水合制备1,3-丙二醇

  贾瑞龙,秦晓瑶,华其灼灼,刘雷

  1,3-丙二醇具有很高的经济价值，是合成纤维聚对苯二甲酸丙二酯的重要原料。基于甘油甲酸介入法获得的丙烯醇作为平台分子，通过丙烯醇与TiCl4-NaBH4反应，首次实现常温常压下1,3-丙二醇的制备, 为1,3-丙二醇的合成提供了一条新的路径。在最优条件下，1,3-丙二醇的产率68.73%，推测反应机理为：TiCl4和NaBH4发生反应，生成中间体 “BH3”，进而实现了丙烯醇反马氏水合制备1,3-丙二醇。

• 微波辅助酸催化水相一锅高效合成吖啶酸

  许根瑞,李伟强,吴沁,黄超

  本文建立一种以去离子水为溶剂，在微波辅助酸催化下一锅串联高效合成吖啶酸的新方法，该反应条件温和、操作简单、绿色高效。在优化反应条件下我们考察了多种取代基团对反应的影响，结果显示该方法具有良好的适应性，以83% ~ 97%收率得到12个吖啶酸化合物。所有化合物结构均经过1H NMR、13C NMR、HRMS、熔点等表征确认。

• 3-氨基吲唑、炔醛和NIS串联环化反应合成碘化嘧啶并[1,2-b]-吲唑

  刘想,卢昊,杨润茏

  本文开发了一种在无需外加添加剂的条件下合成碘代嘧啶并[1,2-b]-吲唑类化合物的方法。经研究发现,3-氨基吲唑、炔醛和碘代丁二酰亚胺在二氯甲烷中室温条件下发生直接串联环化反应,以中等至良好的产率得到碘代嘧啶并[1,2-b]-吲唑类化合物。该反应有较好的底物适应性,并具有绿色环境友好和操作简便等优点。

• 可见光催化氮杂环丙烯与马来酰亚胺的[3+2]环加成反应

  蔺菲菲,刘闯,王贺,李蕾

  本文报道了在可见光照射下,以10-甲基-9-均三甲苯基吖啶高氯酸盐为光催化剂,室温条件下实现了氮杂环丙烯与马来酰亚胺[3+2]环加成反应,以55-99%的产率合成了二氢吡咯[3,4-c]吡咯-1,3(2H,3aH)二酮类化合物。此外,向反应体系中加入DDQ,可一锅法得到芳构化的吡咯[3,4-c]吡咯-1,3(2H,5H)二酮。该方法具有操作简单、反应条件温、官能团耐受性好等特点。

• 基于二苯基咪唑的氟离子荧光探针的合成及性能

  刘玉村,周芊池,李偲婷

  本文设计制备了一种二苯基咪唑衍生化的荧光探针1,利用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱研究探针对阴离子的选择性。在探针的乙腈溶液中引入F-后,606 nm处的荧光强度发生明显的猝灭,并且可通过裸眼识别F-。探针对F-的识别表现出高灵敏性以及较好的抗干扰能力,检测限可低至9.43×10-8 mol L-1。此外,制备的1+F-体系对湿度较敏感,在水分影响下该体系的颜色和荧光强度能够实现可逆恢复。

• 氩元素概念的形成和发展与化学思想的演进

  张赛,袁振东

  19世纪末英国化学家瑞利和拉姆塞发现了氩元素，引发了“惰性气体”的发现，开辟了周期表中的零族元素；20世纪20年代氩元素同位素的发现使人们对氩元素的概念有了新认识；21世纪初，氩化合物的发现使人们对氩的“惰性”有了全新的认识，改称氩为稀有气体元素。总之，氩元素概念的形成和发展对于元素周期律的完善和发展，以及人们对原子结构和化学键理论的认识都起到了极为重要的桥梁作用。

• 从理论模型到探究应用：二维材料锡烯的发展史

  曹福臣,贺天平

  2011年,中科院物理研究所的姚裕贵教授从理论上对二维锡进行了研究,首次预测了二维锡是一种拓扑绝缘体。至2013年,二维锡的理论研究已较为成熟,美国斯坦福大学的张首晟教授基于锡的拉丁文stannum和二维烯材料2D-Xene后缀组合正式提出了锡烯(Stanene)的概念。2015年,上海交通大学的贾金锋教授等人利用分子束外延技术在Bi2Te3(111)衬底上首次成功地生长出了二维锡烯。随后,锡烯在不同衬底上相继生成,其制备方法取得了一定的进展。人们也在制备探究中逐渐发现,锡烯具有优异的物化性质,在众多领域内有良好的应用前景。锡烯的发展史重新诠释了二维材料的发展机制,为新型二维材料的预测、制备与应用提供了新的视角和思路。

• 土壤胶体化学家虞宏正的学术思想与科学贡献

  李晓霞,白欣

  虞宏正是我国著名的胶体化学与物理化学家、教育家。他扎根西北,融汇世界思想,形成了颇具价值的学术思想,至今仍是当代科学研究的精髓与主导思想。他毕生致力于胶体化学、热力学研究,建立了新的分支学科,开创了土壤科学研究所,培育了几代化学科学家,为中国化学学科和农业科学的发展做出了重要的贡献。