化学通报杂志

化学通报杂志2024年第5期

• 生物质气化技术的研究进展

  王政,冯太,王涛

  生物质能是一种可再生能源,它来源于生物体(如植物、动物、微生物等)通过光合作用将太阳能转化为化学能,并以有机物的形式储存。生物质能可以在适当的条件下被转化为热能、电能、生物燃料等,是一种重要的替代传统化石能源的可持续能源。生物质气化作为生物质的开发路径之一,是利用生物质生产合成气的有效方式。本文综述了生物质气化技术的研究,包括传统气化技术、共气化技术、化学链气化技术以及超临界气化技术等。介绍了每个气化技术的实验研究,阐述了各个气化技术的特点;详细介绍了化学链气化中载氧体与共气化中掺杂剂的使用。本文旨在探索使生物质气化效率达到最优的方案,并列举了目前存在的局限性,为进一步发展生物质气化技术以及生物质气化研究提供有益参考。

• 微塑料去除技术研究现状及进展

  刘琳,陈剑炜,赵立新,张爽,王亚红,刘哲威,蒋明虎

  微塑料作为一种新型的污染物,由于其粒径小、化学性质稳定不易降解,对水体环境、水生动植物以及人体健康造成了严重威胁,目前尚未形成针对微塑料的标准去除或分离方法。本文通过对国内外与微塑料去除相关的最新技术综述,从物理分离、化学去除、生物去除以及近年新兴的去除技术四个方面进行了系统的分析,同时对各技术适合的工况及优缺点进行了较全面的阐述。传统的物理分离、化学去除和生物去除技术对粒径较大的微塑料具有较好的去除效果,然而对于粒径小于20μm的微塑料无法完全去除；针对改进的传统技术及新兴技术虽然能有效去除微塑料,然而具有较高的成本及研究空白,仍需进一步深入研究和可行性论证。通过本文综述,有助于研究人员了解各类微塑料分离方法的优缺点,在实际处理不同类型微塑料时,为选择合适的去除方法提供借鉴。

• 固相微萃取纤维的制备及其在污染物残留检测中的应用研究进展

  张瑞灿,赵迎,霍萌月,谢书宇,陈冬梅

  作为一种简便高效的样品前处理技术，固相微萃取（Solid phase microextraction，SPME）在食品、环境水样和生物体液等复杂基质中残留污染物检测中得到广泛应用。为进一步提高净化效率和降低使用成本等，大量文献报道了涂层纤维的制备条件和吸附剂的选择。本文综述了SPME涂层纤维的制备方法、材料及应用。描述了不同材料对于不同分析物的吸附原理，特别讨论了难挥发与热不稳定性分析物的SPME分析步骤，总结了SPME存在的问题及今后发展趋势，为后续SPME技术的开发提供理论依据。

• 表面增强拉曼光谱在细菌耐药性评价方面的研究进展

  黄梓萱,李芷瑶,朱怡亭,张桐,文有青,王海霞

  细菌耐药性问题引发全球关注。表面增强拉曼光谱技术(SERS)凭借灵敏度高、检测速度快等优势在评价细菌耐药性应用方面备受关注。本文首先总结了与细菌耐药性评价相关的SERS基底及检测方法,然后对SERS光谱技术在耐药菌和敏感菌鉴定、细菌生物膜成膜性分析与评价及抗菌药物敏感性筛查方面的应用进行总结,最后对SERS技术在细菌检测方面的一些瓶颈问题展开了讨论。希望本文能为SERS技术在细菌耐药性评价方面的应用提供方法指导和思路借鉴。

• 三(五氟苯基)硼烷掺杂有机/高分子半导体的研究进展

  冀程亮,吴俊凯,谢海滢,赵苏杭,赵志国,马兰超

  有机/高分子共轭聚合物的结构设计是制备高性能有机半导体的有效策略,但该过程存在着设计合成周期长、制备步骤复杂和产率偏低等问题。为了克服这些问题,近年来人们越来越关注对有机/高分子半导体的掺杂。然而,传统电荷转移掺杂剂(如卤族单质I2、金属氧化物Fe3O4、小分子F4TCNQ等)存在掺杂效率低,溶解度差和掺杂条件苛刻等问题。相比之下,三(五氟苯基)硼烷具有溶解度高、掺杂效率高、广泛适应性等优点。本文结合相关文献综述了三(五氟苯基)硼烷掺杂有机半导体的物理机制,并探讨了掺杂有机半导体的性质。此外,本文还总结了三(五氟苯基)硼烷掺杂在不同光电功能器件中的应用并明确了今后的研究方向。

• 2,4-噻唑烷二酮的合成方法、路线与机理研究进展

  王培,张天行,竺宁

  2,4-噻唑烷二酮是一种重要的医药中间体,已经被广泛应用于抗高血糖、抗癌、抗菌、抗病毒等方面,具有广阔的市场前景。首先,本综述通过逆合成法对2,4-噻唑烷二酮五元环的构建方式进行系统分析,按照硫源的引入方式将合成方案分为硫脲法、硫氰酸盐法、羰基硫法和罗丹宁法四类,并对2,4-噻唑烷二酮合成过程中的取代、环化、水解反应机制进行探讨。其次,探究了不同合成方法的反应机理,阐明不同反应原料的反应速率、原子经济性,并针对各自的优缺点进行了评价。最后,本综述根据逆合成分析结果提出两种潜在的合成策略,为开发绿色高效、环境友好、适合工业化生产的2,4-噻唑烷二酮及其类似结构药物的合成方法提供理论基础和研究思路。

• 新型紫外线吸收剂研究进展

  黄姗珊,赵岩,李进京

  随着臭氧层的不断被破坏,使得人类暴露于更高水平的紫外线辐射中。紫外线吸收剂能吸收特定波长的紫外线,可应用于多个领域防护紫外线的破坏。为解决紫外线吸收剂难溶于水、与其他高分子材料相容性差、反应活性差等问题,研究人员对紫外线吸收剂做了很多改进和修饰,本文概述了近五年来新型三嗪类、苯并三唑类、二苯甲酮类紫外线吸收剂的新结构和应用。

• 低压供热涂层材料制备及热性能研究

  周如东,刘仲阳,李文凯,陆文明,沈雪峰,丁邦勇,潘云飞,程寒,唐波

  低压供热技术具有安全系数高和节能降耗等优势,因而成为石化稠油长输管线、风力发电叶片冬季防覆冰和室内供暖等领域的研究热点之一。本文制备了一系列低压供热涂层材料,研究不同碳功能填料对涂层发热速率、发热功率及最高发热温度的影响规律,并揭示石墨烯和碳纤维对提升涂层材料热性能的协同作用。其中石墨烯纳米片的还原程度对材料热性能具有重要影响,降低其表面官能团密度对提升涂层供热特性具有促进作用,但是官能团密度过低会导致石墨烯纳米片的聚团现象,引起涂层发热不均匀。加入适量碳纤维可以提高石墨烯的均匀分散性,提升发热速率。优化石墨烯纳米片和碳纤维的比例后,采用24V电压驱动时,涂层材料的发热速率达到7.1℃s-1,功率密度为800Wm-2,最高发热温度为124℃。

• 巯基硅球石墨烯复合材料的合成与重金属离子吸附

  秦君,张潇,李小梅,李悦,张瑜,刘志雄,覃文亮,白云峰,冯锋

  采用一锅法和水热法分别合成了单分散巯基修饰氧化硅球（MFS）及其石墨烯超轻复合材料（MFSGA）。利用X射线衍射、扫描电镜等方法对MFS和MFSGA的材料结构和形貌进行表征。MFSGA表现出良好的结构强度，MFS在复合材料中均匀分散。考察了材料粒径、修饰剂种类等因素对MFS的形貌和表面结构的影响。采用X射线荧光法测试了MFS和MFSGA对Hg2+等重金属离子的吸附特性，二者对Hg2+的饱和吸附量分别为260.19和158.06 mg?g?1。MFS易于合成且应用经济性良好，MFSGA的结构稳定性良好、易于回收与重复利用，具有较大的应用潜力。

• 纳米四氧化三钴催化剂的制备及其电催化性能

  杜瑞成,王小玉,李燕

  四氧化三钴（Co3O4）作为一种重要的电极催化材料，具有催化活性高，价格低廉等特点，可有效解决过度依赖储量少，成本高的Pt系贵金属催化剂等问题。实验采用化学沉淀法结合热分解法，以Co(NO3)2·6H2O为钴源,沉淀剂为NH4HCO3，聚乙二醇（PEG）为表面活性剂，在45℃条件下反应，分别选择室温和水热环境陈化处理，洗涤干燥后，350 ℃的马弗炉里煅烧3 h，通过调控陈化场所和时间可制备出块状、球状及杆状的Co3O4,其中球状的最小粒径达8.54 nm，然后把制备出均相高纯度的Co3O4作为直接甲醇燃料电池阴极催化剂来测试电催化活性，结果显示Co3O4具有良好的电催化性能，在1 mol/L的KOH的氧化还原峰的电位1.34 V,比商用Pt/C(20 wt%)的高0.05 V。在氧气饱和的1 mol/L的KOH电介质溶液中加入20000 ppm的无水甲醇，250s后两种材料的电流密度衰减为0.0051 mA/cm2与0.0136 mA/cm2，半波电位分别为1.025 V和1.113 V，虽然Co3O4的催化活性不及Pt/C(20 wt%)材料，但对甲醇的耐受性及稳定性要优于商用Pt/C(20 wt%)材料。

• 通过掺杂柔性二胺单体增强聚酰亚胺性能:分子动力学模拟

  刘恒,刘屹东,陈伟鹏,崔婷婷,闵永刚

  聚酰亚胺(PI)被视为一类以其卓越性能而闻名的高性能聚合物材料。传统聚酰亚胺的一个关键问题是其熔体的加工性能较差。在本研究中,设计了一种新的聚酰亚胺单体Am-Di,其特点是由氮原子连接的苯环组成的柔性结构。通过详尽的研究,我们对Am-Di掺杂到聚酰亚胺中对其玻璃化转变温度、均方位移、力学性能和相对介电常数等性质的影响进行了深入探讨。结果表明,在聚酰亚胺体系中,掺杂新型二胺可以加速聚酰亚胺分子链的运动,从而降低聚酰亚胺体系的玻璃化转变温度。在Am-Di掺杂量为20%的情况下,PI-20%表现出最高的弹性模量(4.505Gpa),比纯PI高1.2倍。此外,随着掺杂比例的增加,聚酰亚胺的相对介电常数降低。这些发现表明,Am-Di的掺杂对聚酰亚胺材料的性能具有积极影响,特别是在增强机械性能和调控电气性能方面,为进一步改进聚酰亚胺材料的设计和应用提供了有价值的见解。

• 含酰腙吲哚片段的蓝刺头碱衍生物的设计、合成及抗烟草花叶病毒活性

  王翀,吴心阳,杨奇隆,杨岩,崔培培

  为了发现高活性的抗病毒化合物，以蓝刺头碱为先导，运用骨架跃迁策略，设计合成了15个含有酰腙吲哚片段的蓝刺头碱衍生物，并通过1H NMR、13C NMR和HRMS确证了其结构，研究了其对烟草花叶病毒（TMV）的钝化、治疗和保护活性。研究结果表明，部分化合物具有较高的抗TMV活性。其中，化合物4n（43.5%，40.1%，38.7%）抗TMV的钝化、治疗和保护活性高于病毒唑（38.6%，36.5%，37.2%）和先导化合物L2（40.5%，34.7%，38.3%）。化合物4d（40.8%）、4f（42.0%）对TMV的钝化活性优于病毒唑（38.6%）和先导化合物L2（40.5%）。化合物4I（38.4%）对TMV的钝化活性与病毒唑（38.6%）相当。化合物4f（36.4%）对TMV的保护活性与病毒唑（37.2%）相当。化合物4n有望成为一种潜在的抗病毒农药。

• 还原氧化石墨烯/金纳米修饰电极在新冠病毒检测中的应用

  李亚婷,刘仲明,杨欢,张海燕

  研究使用电化学沉积法在丝网印刷碳电极表面制备了还原氧化石墨烯和金纳米颗粒,构建了一种用于新冠病毒检测的石墨烯电化学传感器。通过扫描电子显微镜(SEM)和相应的电化学方法对纳米复合材料在电极表面的成功修饰进行了表征分析。并采用差分脉冲伏安法对传感器的性能进行检测,实验构建的电化学传感器具有良好的灵敏度,该传感器检线性范围为10-10-10-6mol/L,具有良好的重复性和特异性。

• 牛奶中外泌体的分离与鉴定科研创新实验教学设计

  袁子程,黄学林,李乐仁,陆晓光,陈彦博,刘成金,陶海燕,谢敏

  外泌体是一类细胞外囊泡，广泛存在于血液，尿液，乳汁中，可用作疾病诊断标志物，药物载体等，是目前化学相关领域的研究热点。然而，现有化学专业本科教学尚未开设相关实验内容，极大限制了本科生综合素质的提升以及对科研前沿的认识和了解，不利于本科生的培养和未来发展。为缓解上述教学现状，我们以牛奶为原料，设计开发出“牛奶中外泌体的分离与鉴定”这一科研创新实验，包含：盐析及等电点法分离蛋白质、聚合物沉淀法提取外泌体、BCA法测定蛋白质含量、纳米金颗粒的合成、目测比色法特异性检测外泌体等五部分内容。本实验立足《化学类专业化学实验教学建议内容》和《化学类专业教学质量国家标准》，结合本科阶段教学内容，涉及无机化学、分析化学、生物化学、物理化学、材料化学等多个二级学科，在巩固学生基础实验技能，提升科学素养的同时，进一步培养学生科研探索及解决复杂问题的思维和能力。本实验模块化强，既可组合在一起作为科研创新实验，亦可拆分作为相应二级学科教学实验，十分契合不同层次的实验教学要求。

• 一流的科学家，绝佳的合作者 ——2023年诺贝尔生理学或医学奖得主德鲁·魏斯曼

  陈彪,朱玥玮,王春秀,黄晓雪,陈羽,芮杨梦琳,吴又进

  德鲁.魏斯曼与卡塔林.卡里科因“发现了核苷碱基修饰,从而能够开发出针对COVID-19的有效mRNA疫苗”共同分享了2023年诺贝尔生理学或医学奖。回顾魏斯曼的科研历程,他早早树立了身为免疫学家的社会责任,致力于通过疫苗开发解决人类的健康难题,后与卡里科以契合的精神达成互补的合作,突破了mRNA应用的关键难题,为mRNA药物、COVID-19 mRNA疫苗的开发奠定了基础。魏斯曼的成功引发了我们关于树立坚定科研精神、建立良好科研合作的思考。同时,本次诺贝尔生理学或医学奖的结果,让我们认识到社会的迫切需求对技术进步与推广的重要作用,也引发我们对如何更好地支持科研人员从事基础研究、如何引导企业与相关部门从本次全球人类健康安全事件中探索对新药开发进行资助、监管的思考。