本文扼要叙述了汪猷先生的学术渊源、他一生的主要科学活动与成就、在这些科学活动与成就中所表现出来的学术思想以及他的学术思想在中科院上海有机所的传承与发扬。

纤维素是自然界储藏量最大,可再生且可生物降解的生物高分子。晶态纳米纤维素是天然纤维素复合材料的结构支撑体,其多级孔道结构,手性液晶排列和活性羟基官能团赋予它优异的模板效应。本篇综述回顾了功能性无机-晶态纳米纤维素复合材料的研究进展。概述组装方法,侧重讨论静电纺丝法,细菌纤维素和纤维素气凝胶模板矿化法,凝胶-溶胶法,溶液浇铸法和静电层贴法的组装特点。扼要介绍了晶态纳米纤维素的形貌和晶体结构,提取方法,排列方式,化学修饰和溶剂等。天然复合材料的生物功能与其多级结构和多元组分的协同效应息息相关,文章以木质纤维素的刚性和海参表皮的化学感应性为例,浅谈晶态纳米纤维素微束的螺旋结构和纤维素复合体的多级结构在仿生组装功能性纤维素复合材料中的应用。最后,作者对晶态纳米纤维素在设计组装功能性复合材料领域的未来方向提出了一些设想,藉此综述抛砖引玉。

多蝶烯及其衍生物是一类具有独特三维刚性结构的芳香族化合物,它们由三个以上的独立苯环连接在 双环辛三烯片段上而形成,多蝶烯的概念是对三蝶烯概念的扩展。近年来,由于其特殊的刚性、芳香性以及三维骨架结构,该类化合物引起了人们越来越多的关注,并在超分子化学、材料化学、分子机器等许多领域得到了越来越广泛的应用。本文首先概述多蝶烯、多蝶烯醌及其衍生物的合成,然后重点介绍多蝶烯衍生物在共轭聚合物材料、有机多孔与低介电常数材料、化学传感、单层自组装结构、分子机器以及基于新型合成主体超分子化学等方面的应用研究进展。

了解半导体纳晶能级结构特征和电子特性是其在光电子器件中应用的基础,电化学循环伏安技术提供了一种获取上述关键信息的有效途径。本文系统介绍了利用循环伏安技术探测纳晶能级结构与电子性质的原理、方法以及局限;在此基础上,着重从纳晶能级结构与电子性质的影响因素及规律、纳晶电荷输运性质、纳晶电化学反应机理等方面,综述了该方向近年来取得的研究进展;最后指出了目前研究中存在的问题,并预测了今后的发展方向。

与铁催化剂相比较,钌基氨合成催化剂具有低温、低压、高活性的特点。对于不同的载体、制备方法和制备条件对催化剂性能影响较大。本文从载体的前处理、活性组分钌和助剂的加入方式等方面简要阐述了钌基氨合成催化剂制备方法的研究进展,介绍了熔融法、升华法、离子交换法、超声法、沉淀法、溶胶-凝胶法、浸渍法、微波辅助法等钌基氨合成催化剂制备方法,指出了一些制备方法的不足之处,并展望了钌基氨合成催化剂制备方法的研究方向。

太阳能甲烷重整反应可实现太阳能的高温蓄存和天然气资源的优化利用而备受关注,催化活性吸收体是进行太阳能吸收利用和甲烷催化重整的关键而成为太阳能甲烷重整反应研究的热点。本文在简述催化活性吸收体构成的基础上,结合重整反应器/接收器的发展,具体介绍了以多孔氧化铝和碳化硅陶瓷、泡沫金属及管状阵列陶瓷(“porcupine”)为基体的催化活性吸收体及其在太阳能甲烷重整反应中的应用,进而根据国内外的研究基础,分析探讨了今后的研究重点和发展方向。

低温燃料电池具有比能量高、工作温度低、环境友好等优点,是一种颇具发展前景的便携式电源。但由于传统的Pt/C催化剂制造成本高,且电化学稳定性较低,影响了燃料电池的商业化进程。而金属氧化物在燃料电池工作环境下具有较高的电化学稳定性,同时与催化剂金属之间存在强烈的相互作用,能够改变氧气或燃料在催化剂金属表面上的吸附性质,从而改善催化剂的活性。本文针对低温燃料电池成本高和寿命短的两大问题,论述了金属氧化物助催化剂在提高催化剂活性和稳定性方面的应用,重点介绍了铌、锰、钛、钨和锡等几种金属元素的氧化物在低温燃料电池催化剂研究中进展,并对目前金属氧化物在低温燃料电池催化剂研究中存在的主要问题和发展前景进行了探讨和展望。

碳水化合物脂肪酸酯(CFAE)作为一类非离子型生物表面活性剂,被广泛用于食品、医药及化妆品工业,一些CFAE还具有抗菌、抗肿瘤等特殊生物活性。非水介质中酶促区域选择性合成CFAE反应的瓶颈在于高极性碳水化合物与酰基供体不易相溶,并具有多个可酰化羟基。传统有机溶剂虽能提高极性底物在体系中溶解度,但常使酶活下降。新型绿色介质离子液体用于CFAE的酶法合成过程具有诸多优点,不仅生物催化剂能维持较好的活性与稳定性,且良好的底物溶解性可改善反应区域选择性及转化速率,反应体系还可重复利用。本文介绍了离子液体中影响酶促区域选择性合成CFAE反应的主要因素,包括酶、底物在离子液体中的溶解性能及底物自身性质等,详述了离子液体中酶促制备CFAE的研究进展,也指出了酶促合成CFAE存在的问题与发展前景。

离子液体是一类“可设计溶剂”,具有极低的蒸气压,几乎不挥发以及选择性溶解能力,近年来在气体分离领域得到了广泛的关注。本文综述了CO₂和SO₂等酸性气体、低碳链烷烃、烯烃和炔烃等有机气体,以及H₂、O₂、CO、N₂、Ar、Xe等其他气体在离子液体中的溶解性能,归纳了气体在离子液体中的溶解机理和溶解规律,分析了离子液体结构与溶解度、分离性质的定性关系,其中具有胺基、胍基等碱性基团的功能化离子液体对CO₂、SO₂等酸性气体具有良好的溶解性,含有不饱和基团的离子液体通过π-π相互作用可以改善烯烃在离子液体中的溶解度,炔烃则易溶于氢键碱性较强的离子液体;并介绍了离子液体/气体二元体系分子模拟、溶解度关联模型以及离子液体固定化用于气体分离等工作的研究进展,探讨了离子液体气体分离研究存在的问题和未来发展方向。

CO₂是导致温室效应的最主要成分,因此碳捕集技术的研究受到学术界和产业界的高度重视。离子液体具有不挥发、不燃烧、热稳定性好、溶解能力强、结构和性质可调节并可循环使用等特性,在CO₂的吸收/分离领域展现了广阔的应用前景。本文系统地综述了近年来常规离子液体、功能化离子液体、支撑离子液体膜、聚合离子液体以及离子液体与分子溶剂的混合物在捕集CO₂方面的研究进展;讨论了离子液体的阳离子结构、阴离子类型、烷基链长度、阴/阳离子的氟化程度和功能化、离子液体的负载作用和聚合效应以及体系的温度和压力对CO₂选择性捕集性能的影响;分析了可能的捕集机理以及各种捕集方法的优点和缺点;提出了目前需要进一步研究的若干重要问题,并对其发展前景进行了展望。

半导体纳米晶是近年来发展起来的一类新型功能材料,因其独特的量子限域效应和光电性质,在太阳电池、发光二极管、光电探测器、生物标记、非线性光学等领域中具有潜在的应用。与目前研究比较多的Ⅱ-Ⅵ和Ⅳ-Ⅵ族纳米晶相比,Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族半导体纳米晶,不含镉和铅等重金属元素,具有毒性小、带隙窄、光吸收系数大、Stokes位移大、自吸收小以及发光波长在近红外区等特点,有望成为新一代低成本太阳电池和低毒荧光量子点生物标记材料, 还可用于发光二极管和光电探测等领域。因此,Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族半导体纳米晶的合成、性质及应用研究成为近期纳米晶研究领域的热点之一。本文将综述Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族半导体纳米晶的研究进展,着重介绍其制备方法、光学性质及其在生物标记、太阳电池等领域的应用。

多功能磁性纳米粒由于其独特的性质而受到广泛的关注。磁性纳米粒可以与荧光探针、生物靶向分子或抗肿瘤药物等相结合实现磁性纳米粒的多功能化,因此在多模式成像、癌症的靶向诊断与治疗中有较好的应用前景。本文介绍了磁性纳米粒的合成以及多功能磁性纳米粒的构建方法,重点介绍了核壳型、哑铃型和组合杂化型三种不同类型多功能磁性纳米粒的合成方法。多功能磁性纳米粒通常具有粒径小、超顺磁性以及荧光等独特性质,在此基础上对纳米粒表面进行稳定化和靶向性修饰后即可在多模式成像、特异性靶向药物输送、基因转染等生物医学领域得到应用。最后指出了当前研究中需要解决的问题。

纳米复合材料因具有独特的物理、化学性能而成为纳米领域研究的热点。镍纳米材料作为一种重要的过渡金属纳米材料,在磁学、电化学、催化等领域具有广泛的应用。将它与其他金属、氧化物等材料复合,一方面使其固有性质得到明显改善,另一方面利用其他组成和镍基材料的协同作用,可得到具有新特性的异质材料,因此研究镍基纳米复合材料的合成具有重要的科学意义。由于纳米材料的结构不同,其复合位置和复合方式均存在不同,本文按照复合材料的结构特征,分别从核壳型、负载型、多节段纳米线3种类型对镍纳米复合材料的研究进展进行评述,在介绍这些材料的合成方法、结构特点的基础上,综述各种方法、各类结构的优缺点及应用前景,为类似复合材料的合成提供借鉴。

级次纳米结构材料因其新颖的结构,独特的化学、物理性质,以及形貌和尺寸对这些性质极大地影响,使得它在光、电、磁等方面的性质更加丰富, 为实现由下到上构建纳米器件提供了坚实的基础。由此级次纳米结构材料引起化学家和材料学家的极大兴趣, 成为纳米材料化学领域中引人注目的研究方向之一。本文综述了近年来国内外级次纳米结构材料的最新研究进展,重点介绍了介孔材料、具有级次结构的空心球、气凝胶和其他典型的级次纳米结构,归纳了级次纳米结构制备中的各种液相合成方法及其特点,讨论了级次纳米结构的合成机制及各种影响因素,并在此基础上对级次纳米结构材料在一些领域的应用前景进行了展望。

天然单萜柠檬烯资源丰富,价格便宜,在日用化工和医药行业已得到重要的应用。近几十年来,以柠檬烯为起始原料的新产品的研究与开发一直受到关注。大量文献报道了微生物能够对柠檬烯进行生物转化,得到系列在化妆品、食品、医药、有机合成等领域有重要应用价值的含氧衍生物。本文系统地综述了柠檬烯的微生物转化菌株和所得到转化产物的结构,分析了微生物对柠檬烯的主要转化途径以及影响微生物转化效率的主要因素。柠檬烯经微生物转化所得到的产物具有区域和立体选择性,并且难以通过人工合成方法得到。对生物转化过程进行系统优化,将有可能实现有用化合物的工业化生产。此外,在转化过程中诱导的高活性酶,尤其是单加氧酶和羟化酶的研究与应用也展现了诱人的前景。

开发新型细胞微环境刺激响应性智能药物控释系统是目前材料学、药理学与临床医学研究的共同热点之一,其目的在于寻求合适的药物载体,提高药物的安全性、有效性及降低药物毒副作用。本文综述了介孔硅功能复合纳米材料在生物医药领域的应用研究进展;通过对其进行特定的化学修饰、生物修饰、物理修饰,不仅能特异性细胞识别靶向,还能针对病变细胞实现药物定点、定时、定量的“生物爆破”释放;这在药物可控释放、靶向癌症治疗、靶向基因递送等领域展示了其广阔的应用前景。同时,本文还系统地分析和总结了各种智能响应性介孔硅纳米储存器的制备方法和响应机制,包括“无机纳米塞-介孔硅”纳米智能控释系统、“有机大分子控制器-介孔硅”智能功能复合型控释系统、“分子开关控制器-介孔硅”自响应性纳米控释系统等,这为设计新型响应性介孔硅纳米储存器系统提供了借鉴与思路。

吡咯-咪唑聚酰胺是一类人工合成的能够在B-DNA小沟特异性识别碱基序列的有机小分子,并且能通过细胞膜进入细胞,调控基因的表达。它主要由五元杂环化合物N-甲基吡咯(Py)、N-甲基咪唑(Im)、N-甲基-3-羟基吡咯(Hp)芳香氨基酸及脂肪链氨基酸组成。在这种小分子对生物大分子识别事件中, 脂肪链^作为构建聚酰胺及其结合物的一部分, 在聚酰胺特异性识别DNA、延长DNA识别序列、连接分子荧光标记、对DNA指定位点的烷基化及基因调控等方面都起着非常重要的作用。本文阐述了脂肪链在上述诸方面应用的研究进展,并简要地分析了存在的问题和应用前景。

聚 N -异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)在水中是具有温度响应性的智能高分子材料,可用于细胞培养和自动脱附。本文从材料的制备方法出发,介绍了电子束照射接枝、等离子体处理接枝、表面活性自由基聚合、水凝胶等方法制备的材料对细胞培养及脱附的影响;阐述了细胞的脱附机理;讨论了加快细胞脱附的方法,包括共聚改性PNIPAm、PNIPAm接枝多孔膜、聚乙二醇(PEG)共聚PNIPAm接枝多孔膜、聚偏氟乙烯(PVDF)膜辅助细胞转移。从PNIPAm温敏性材料表面智能分离得到的细胞片因结构完整并保留了细胞外基质成分,在组织修复中得到了应用。

聚合物胶束由于具有优良的组织渗透性、增容效果好、结构多样性和热稳定性等特点,成为国内外研究的热点之一。本文综述了近几年发展起来的一些具有特殊结构和特殊性能的双亲性嵌段聚合物胶束的研究进展,详细阐述了RAFT聚合法合成聚合物胶束的机理和优势,表明了RAFT聚合法可直接在水溶液中方便快捷地制备出温度和pH双响应性聚合物胶束。然而,当聚合物胶束的浓度低于其临界胶束浓度时,胶束的稀释效应大大影响了其实际应用,为提高聚合物胶束的稳定性,文章归纳总结了一系列有关壳交联聚合物胶束的制备方法及研究进展。最后,文章展望了聚合物胶束在药物可控释放、靶向、生物成像、催化剂负载及其他领域的应用前景。

自振荡高分子是基于Belousov-Zhabotinsky自振荡反应(BZ反应)设计的一类新型智能高分子,其物理、化学性质可以在相对封闭且无外界刺激的BZ反应溶液中发生自主、可逆和循环的变化。本文从概念、设计原理、设计方法及潜在应用4个方面系统介绍了自振荡高分子,其中重点结合自振荡高分子的化学结构设计与物理结构设计介绍了这一领域的研究进展:详细归纳了目前已成功制备的具有不同化学结构或物理结构的自振荡高分子或凝胶,阐述了不同的设计方法的优点、存在的问题及可能的解决办法,最后介绍了自振荡高分子在自动运输智能表面、凝胶机器人、自主转动马达等方面的设计实例,并分析了该领域面临的问题及今后发展趋势。

热电极技术是使用电流直接或间接加热微电极,通过控制施加电流的时间和大小来调节电极表面的温度。电极加热时可以只提高电极表面温度,而溶液的整体温度并不改变。由于温度对电化学反应速率、物质的扩散和对流均有影响,使用热电极技术可以减少背景噪音、提高检测的灵敏度与重现性。因此,热电极技术因其简单的加热设备、更高的检测灵敏度和更低的电极污染效应,在电化学分析领域引起了普遍关注。本文介绍了热电极技术的发展概况、工作原理、电极设计思路、电极温度的测量与控制、电极种类以及在电化学检测系统、电致化学发光检测系统、流动注射安培检测系统、毛细管电泳/芯片-电化学/电致化学发光检测系统中的相关应用。最后展望了该技术的发展趋势。

识别环境样品中主要贡献污染物有助于确定环境风险的来源,是环境治理的前提。单一的化学分析和生物学检测方法常常遗漏主要贡献污染物的信息。效应引导的污染物识别(effected-directed analysis, EDA)是以生物检测引导组分分离、化学分析与污染物鉴定的实用方法,是环境风险评价以及环境样品中主要贡献污染物筛查与识别的有力手段。该方法已成功用于环境中遗传毒物、内分泌干扰物和芳香烃受体效应污染物等污染物的鉴定,为特定污染地区贡献污染物及其来源的确定提供了宝贵的基础数据。本文综述了EDA中所应用的样品提取、分离策略、生物效应检测以及贡献化合物的识别方法,总结了近年来以EDA为手段在环境中识别的效应污染物并对目前EDA应用所存在的问题与未来的发展趋势进行了分析。