化学通报杂志

化学通报杂志2023年第7期

• 非接触式原子力显微镜在分子几何结构解析中的应用进展

  金珍,张慧,马泓冰,张海明,迟力峰

  具有化学键分辨的非接触式原子力显微（nc-AFM）表征展现出了优异的分子结构解析能力，是近十年来显微表征领域里的代表性进展，成为表面分子相关研究的重要工具。本文首先介绍了化学键分辨的非接触式原子力显微镜的核心部件: qPlus传感器，以及实现化学键分辨所必须的针尖修饰技术。围绕该表征方法在分子几何结构成像上的功能，重点介绍了nc-AFM在天然产物结构确定以及表面在位反应研究上的最新进展。

• 非均相离子液体催化CO2环加成反应研究进展

  滑淑清,孙京,周明东

  二氧化碳（CO2）是一种来源丰富的C1资源，在温和条件下实现CO2的资源化利用是当前研究的热点之一。CO2环加成反应制备环状碳酸酯是CO2资源化利用的重要途径之一。环状碳酸酯是电池电解液的优良介质，可承受较恶劣的光、热及化学变化；同时也是聚氨酯、聚碳酸酯等精细化工中间体，广泛应用于医药、化工、纺织、印染等领域。非均相离子液体催化剂具有化学和热稳定性好、合成过程简单和可重复使用等优势。本文重点总结了近年来非均相离子液体催化剂在CO2和环氧化物环加成反应中的应用，并对非均相离子液体催化CO2环加成反应的发展进行展望。

• 非贵金属析氢电催化剂的结构调控研究进展

  张博轩,崔金星,李智芳,杨长龙

  能源危机和环境污染日益严重，寻找可持续且清洁的新能源成为趋势，而氢能被视为最理想的选择。贵金属基催化剂虽活性优异但成本高、稳定性差，因此开发可代替如铱（Ir）和钌（Ru）等贵金属催化剂的非贵金属催化剂是研究热点，而掌握析氢反应（Hydrogen Evolution Reaction，HER）机理是合成新型高效电催化剂的关键。本文综述了近年来非贵金属基HER催化剂的研究进展，围绕Fe、Co、Ni和Mn等非贵金属对电催化构建策略和提高催化活性进行了讨论，其中包括组分调控和缺陷工程等方面。此外，还展望了HER催化剂的应用前景。

• 不同掺杂元素对无钴高镍正极材料的影响

  李宝强,张飞龙,周心安,李世友

  随着动力电动汽车的需求不断增加,发展低成本、高能量密度的锂离子电池正极材料成为关键。无钴高镍正极材料因其能量密度高、倍率性能好而受到了极大的关注。对于无钴高镍正极材料在循环过程中热稳定性差、容量衰减等问题,研究者们虽通过不同的掺杂元素改善了材料的电化学性能,但对不同掺杂元素的作用机理研究尚浅。本文综述了近年来无钴高镍正极材料掺杂改性方面的研究进展,重点总结了不同掺杂元素对改善材料电化学性能的作用机理。综合分析表明,向无钴高镍正极材料引入掺杂元素,尽管掺杂元素在材料中的主要作用机理不尽相同,但均都提高材料电化学性能,从而改善了无钴高镍材料固有的问题。最后,对无钴高镍正极材料改善策略的发展方向进行了展望,提出了多重改善策略协同应用的可行性方案。

• 共价有机框架材料在吸附领域的研究进展

  杨杰瑞,孟爽,杨云慧

  共价有机框架材料(Covalent Organic Frameworks,COFs)是由有机结构单元通过共价键连接的具有期性结构的多孔化合物。共价有机框架材料具有永久的孔隙、高的比表面积、可调的孔径、易于功能化和高的水热稳定性等优点,广泛应用于许多领域。本文总结了COFs目前主要的合成方法,介绍了COFs在吸附领域的应用和发展。最后,文章指出未来的研究重点是发展更多有机反应和键连方式,合成具有高度稳定性和结晶度、成本低廉的功能性材料。

• 基于生物炭的高级氧化技术去除水中化学品类新污染物研究进展

  朱广举,朱志良

  化学品类新污染物种类繁多，对自然生态环境和人类健康存在严重风险，是新污染物治理的主要对象。由于常规水处理工艺对新污染物的去除能力有限，如何发展绿色、经济、高效和安全稳定的净水技术成为新污染物管控的重要课题。生物炭因其丰富的表面结构与性质，具有优异的吸附和催化能力。近年来，众多科研工作者开展了基于生物炭的高级氧化技术(AOPs)去除新污染物的效能和机制研究。本文聚焦主要的化学品类新污染物，分析了生物炭结构与去除新污染物功能间的关系，综述了近年来生物炭在光催化氧化、类芬顿氧化和过硫酸盐催化氧化中的应用，并探讨了水环境条件(如pH值、阴离子和有机物等)对反应体系的影响，最后对未来相关研究中值得关注和深入探索的问题进行了总结与展望。

• 生物炭负载纳米零价铁的制备及其在环境修复中的研究进展[1]

  祁宝川,徐志亮,易校石,徐虎,冯丹

  纳米零价铁（nZVI）作为一种高效还原性修复材料被广泛应用于多种污染物的去除，但易团聚、易被氧化失活的缺陷使其应用受到局限。近年来，研究者们通过将nZVI负载在多孔生物炭（BC）上来改善其本身缺陷，以期提高其应用潜力。本文综述了近年来nZVI/BC的制备方法及优缺点，总结分析了nZVI/BC对水体、土壤和沉积物中多种有机和无机污染物的去除效果和机理。同时综述了不同老化方法对nZVI/BC稳定性和反应活性的影响。在此基础上，在改进nZVI/BC制备技术、应用范围的拓展、潜在的生态和健康风险、探索老化过程和老化机制等方面进行了展望，旨在为nZVI/BC的理论研究和工程实践提供借鉴和参考。

• 土壤胶体迁移行为及其介导污染物迁移模拟与研究进展

  刘胜,梁媛,王思雨

  本文综述了土壤多孔介质中胶体迁移的释放与沉积机制、影响胶体迁移的多种因素以及土壤中胶体与各种污染物的协同迁移作用，总结了模拟胶体迁移的数学模型以及计算机软件的应用。研究表明，胶体在土壤中的迁移主要受应变、附着、薄膜应变等迁移机制的影响，多孔介质的性质、流体的性质以及胶体自身的性质也会影响胶体的迁移。此外，胶体能有效吸附地下水多孔介质中的有机或无机污染物，并对其在地下环境中的迁移产生显著影响。目前已有许多学者通过数学模型来模拟胶体在土壤中的迁移过程，而计算机技术的进步也将促进更加先进的软件模型应用到胶体迁移的模拟中。

• 锰基氧化物与冷等离子体协同催化氧化VOCs研究进展

  张 宇,张佳慧,刘诗鑫,赵 震

  挥发性有机化合物(VOCs)对环境的严重污染和对人体的危害引起了人们的重视。冷等离子体与催化剂耦合形成的协同效应可显著提高VOCs低温转化速率，减少二次污染和降低能耗，具有较好的应用前景。协同催化效果主要取决于催化剂物化性能，可通过调控催化剂的组成、粒径和结构改善协同催化活性。锰基氧化物因其具有较高的储氧能力、稳定的晶体结构、较好的氧气活化性能和良好的抗中毒能力等优点而被广泛应用于冷等离子体协同催化净化VOCs的应用研究。通过金属离子掺杂调控锰基氧化物的离子价态、氧迁移率和氧气吸附量，是改善催化剂与等离子体协同催化性能主要方法。本文总结了近年来锰基氧化物与冷等离子体协同催化氧化VOCs的研究进展，主要包括氧化锰晶型、分散度和掺杂金属离子对协同催化氧化VOCs的活性影响趋势及反应机理。分析冷等离子体与锰基氧化物催化剂协同氧化VOCs中存在的问题并对其发展前景进行了展望。

• 喜树碱及其衍生物的聚乙二醇化学修饰药物研究进展

  焦喜悦,雷建都,朱礼玉,朱华泰,张志成,何静

  目的：喜树碱及其衍生物药物是一类重要的抗肿瘤药物，但其存在水溶性差、生物利用度低、毒副作用大等问题，喜树碱及其衍生物的聚乙二醇化学修饰具有十分诱人的前景，但目前国内研究较少，本文综述近年来喜树碱及其衍生物药物的聚乙二醇化学修饰研究进展。方法：以喜树碱（Camptothecin, CPT）、伊立替康（Irinotecan, CPT-11）、7-乙基-10-羟基喜树碱（7-ethyl-10-hydroxycamptothecin, SN38）、聚乙二醇（Polyethylene glycol, PEG）、聚乙二醇化喜树碱（PEG-CPT）等为关键词，查阅近几年国内外相关研究文献。结果与结论：综述了喜树碱及其衍生物的聚乙二醇化学修饰药物的研究进展与临床研究报道，为发掘结构明确、组成稳定的新型化学修饰药物提供理论基础和技术支撑。

• 氰基衍生化制备胺的研究进展

  邱昊,林延欣,单斌,崔兆杰,王新波

  胺是有机分子中最常见且重要的结构之一,广泛存在于天然产物分子、药物、染料、塑料等的分子结构中,开发合成胺的有效方法在化学工业中具有很高的需求但仍充满挑战。在诸多已知有机胺的合成方法中,以氰基为前体还原衍生化制备胺被认为是一条原子经济且绿色可行的方案。然而,氰基中存在稳定的碳氮三重键,还原过程涉及较多中间体,而部分中间体活性比氰基更高,因此反应受还原剂、催化剂、反应条件的影响很大,由氰基选择性制备目标胺结构仍充满挑战。本文从氰基的基本电子结构与反应活性出发,综述了近年来以氰基为原料的官能团胺基化反应,对部分重要反应的催化剂和反应机理做了简要讨论,为设计氰基制胺催化剂和应用工艺提供了新的视角。

• 仿海豚皮减阻研究进展

  张晨远,张智嘉,丛巍巍,魏浩,张松松

  减阻材料可广泛应用于国防、工业、生产生活，具有极大的应用价值。而仿生减阻作为减阻研究新的分枝，受到广泛关注。由Gray计算海豚游动阻力与肌肉力量不匹配而产生的“Gray悖论”开启了对海豚减阻机理的探索。本文介绍了基于海豚表皮的几种减阻机理，并介绍由其发展出的相应减阻材料的设计与测试，最后对仿海豚皮减阻研究的未来发展进行展望。

• 高分子水凝胶在医学领域的研究进展

  张倩,安可心,尚宏周,孙晓然

  高分子水凝胶是具有三维网络结构的一种新型材料，吸水溶胀后质地柔软，与生物体组织相似，生物相容性和生物可降解性良好，具有一定的力学性能，因此在医学领域具有重要的应用。本文对高分子水凝胶在医学领域的研究热点进行了归纳总结，并重点阐述了高分子水凝胶在药物输送、组织工程支架、伤口敷料和生物传感器等医学领域应用的最新研究进展，并对其未来发展趋势进行了展望。

• 利用XPS 氩离子刻蚀表征锂离子电池Si/C负极材料中含硅的活性物质

  陈静允,梁朋,马琳鸽,韩志华,蒋复国,李永龙

  以石墨、沥青和纳米硅粉为原料制备了锂离子电池Si/C负极材料，使用SEM/ BSE 、Raman、XRD、XPS及XPS氩离子刻蚀等方法对其硅活性物质进行了具体分析。结果表明，XRD和Raman仅判断出负极材料中含有活性物质单质Si；常规XPS结果发现近一半的Si已被氧化为惰性物质SiO2；而使用XPS氩离子刻蚀方法发现负极材料中Si存在5种化学态，包括活性物质单质Si、Si2O、SiO、Si2O3，及惰性物质SiO2；定量结果表明，复合材料的硅活性物质高于96.56%，且主要结构是低价态硅氧化物，而非单质Si。XPS氩离子刻蚀的分析方法为锂离子电池负极材料中硅活性物质的研究提供了新思路。

• 铁氮掺杂对石墨烯担载铂催化剂氧还原反应活性的影响

  李茂辉,杨智,胡长刚,潘廷仙,同鑫,田娟

  高氧还原活性担载铂催化剂的研发是加快质子交换膜燃料电池商业化进程的主要手段之一。以石墨烯为碳源,1,10-菲啰啉为氮源,FeCl3为铁源,用浸渍法制备铁氮掺杂石墨烯(Fe/N-G)载体,并通过乙二醇还原法获得PtFe/N-G催化剂,探究铁氮原子的引入对石墨烯担载铂催化剂氧还原反应催化活性的影响。采用X射线衍射、比表面积和孔径分布测试、X射线光电子能谱等表征手段对载体及催化剂结构进行表征,使用电化学方法对载体和催化剂的氧还原反应活性进行测试。结果表明,PtFe/N-G催化剂的氧还原反应起始电位及半波电位分别为0.96 V、0.83 V,优于相同Pt担载量的商业20%Pt/C催化剂。铁氮掺杂后,石墨烯载体具有较大的孔径更有利于氧还原反应过程中生成物与反应物的传递,PtFe/N-G催化剂中存在吡啶氮和Fe-N型氮与铂纳米颗粒的协同催化,以及铂纳米颗粒与铁氮掺杂石墨烯载体间的相互作用,是PtFe/N-G催化剂具有优异的氧还原催化活性的可能原因。

• 滴定分析的终点误差随待测物浓度及反应平衡常数单调变化之商榷

  岳宣峰,张茹梅,马佳睿,谢遵园,章书怡,肖雨晴,王怡华,张延妮

  为了获得滴定分析的终点误差随待测物浓度、反应平衡常数这两个因素变化的准确规律，推导了有别于林邦终点误差公式的终点误差计算式，根据该式可以判断每个因素对计算结果的影响，结合在配位滴定分析和酸碱滴定分析的具体应用，结果发现：这两个因素其大小的变化不会一定导致终点误差绝对值的单调变化。

• 从零维硅量子点到二维硅烯:纳米硅单质的发现历程

  伍雨菲,袁振东[]

  20世纪90年代，多孔硅发光现象的发现，掀起了硅的低维材料的研究热潮。从零维硅量子点，到一维硅纳米线、硅纳米管，再到二维硅烯，不同形态的纳米硅逐步被发现。这些发现从理论预测到实验合成，从宏观尺度到界观尺度，丰富发展了对于硅的原有认识。随着理论研究的深入和技术手段的进步，纳米硅的种类、性质、合成方法等在不断地更新完善。纳米硅作为重要的半导体纳米材料，其发现历程中所蕴涵的新理论、新方法，对纳米材料的研究具有启示作用。