离子液体具有独特的物化性质如热稳定性好、不挥发、不易燃和良好的生物兼容性,近年来作为传统有机溶剂的替代物在有机合成、电化学、催化和萃取分离等领域得到了广泛应用。本文简要综述了以离子液体为媒介的萃取体系在蛋白质分离富集和分析中的相关研究和应用进展,包括辅助萃取体系、直接萃取体系、双水相萃取体系、微乳萃取体系、结晶体系和基于离子液体的固相萃取体系等。

蛋白质的动态特性和结构活性对于蛋白质功能的调控具有根本意义。传统的结构确定方法(包括X射线和电子显微镜单颗粒分析技术等)往往需要成千上万不同蛋白质分子的平均信号,因此难以确定蛋白质分子的动态结构。而电子显微断层成像技术是一种对独个生物个体结构从不同的观测角度照相、并计算来恢复该个体的三维结构密度图的方法。传统的冷冻电子断层成像重构方法采用整个大尺寸电镜图像进行重构计算,通常用来研究细菌、细胞切片等大尺寸生物个体在较低分辨率下的结构;由于分辨率的限制,不足以获得小尺寸的蛋白质分子的结构细节。最近,任罡研究小组提出一种独个生物颗粒的电子显微断层成像方法(individual-particle electron tomography,IPET)。 该方法通过减小图像尺寸(直至所选区域只包含单个蛋白质分子)的策略,运用提出的FETR(focused electron tomography reconstruction)算法来提高独个大分子重构的分辨率。 此方法不需要初始模型和大量分子的平均信号,同时能够容忍一定的测角误差。 本文综述了IPET/FETR方法在确定独个分子结构过程中的具体步骤以及如何应用该方法来研究蛋白动态特性和结构变化特征。 期望通过该综述和国内同行交流,分享最新的前沿研究,为赶超世界科技前沿的建设添砖加瓦。

基于介孔二氧化硅的控制释放体系具有良好的生物相容性、细胞靶向性、精准响应性控制释放和到达目标位点前有效阻止药物释放等功能特性。近年来,基于介孔二氧化硅的可控释放体系已成为众多科研工作者研究的热点。本文讨论了基于介孔二氧化硅纳米颗粒可控释放体系的特点,同时以不同的响应特性为主线,系统分析和总结了各种响应性介孔二氧化硅控释体系的开关及其控制释放机制,包括氧化还原控释系统、光控释系统、pH控释系统及生物分子相关控释系统等一系列基于介孔二氧化硅的控释系统,并对该领域未来的发展方向作了展望。

准轮烷/轮烷是超分子化学领域内的一类重要成员,其结构可在外界刺激下发生改变,这一特点使其在分子机器制备方面取得了广泛的应用。近年来,由于其结构的特殊性,在药物载体领域也开始引起人们的关注。本文对近十年来准轮烷/轮烷在药物载体领域内的发展情况进行了综述,重点概述准轮烷修饰的硅纳米粒子和主体-轮烷这两类药物载体的发展历程以及各自的优缺点,最后展望了准轮烷/轮烷在药物载体领域的发展方向。

石墨烯是由底面和边界组成的,这种独特的结构赋予石墨烯很多特殊的性质,如边界上的异相电子转移速率、电容量、局域态密度和结构缺陷、功能性基团等均高于石墨烯的底面,这些固有特征对石墨烯的电化学性能有极大的促进作用,是边界效应的具体体现。本文在阐述石墨烯电化学性能边界效应的基础上,对具有不同形貌特征的石墨烯,如石墨烯纳米片、纳米毯、片晶、纳米墙、纳米纤维、纳米带、量子点等在电化学生物传感领域的具体应用进行了综述和展望。

聚苯乙烯树脂具有优良的物理化学性能,其与过渡金属的络合物在硅氢加成和催化加氢反应中得到了广泛应用,表现出良好的催化活性、反应选择性和重复使用性能,具有均相催化剂和其他固载型催化剂不具备的优势。利用含配位基团的化合物对聚苯乙烯改性后,可显著提高对金属的配位能力以及催化剂的稳定性,也往往表现出更好的催化性能。鉴于近年来聚苯乙烯固载的过渡金属催化剂在硅氢加成和催化加氢反应中的研究较为引人注目,本文对该类催化剂的制备方法、催化性能及相关机理进行了总结和分析。首先介绍了经胺、膦、巯基、不饱和烃等改性的聚苯乙烯固载的过渡金属催化剂在硅氢加成反应中的应用,其次介绍了聚苯乙烯固载的铂、钯、铑、钌、纳米金、铬、双金属胶体等在催化加氢反应中的应用,重点介绍了聚苯乙烯树脂与金属钯、铑的固载型催化剂,最后对该类催化剂的发展方向进行了分析和展望。

石墨烯材料以其独特的超薄片层结构、超高比表面积、良好的导电性等重要特性,而被认为在制备高性能燃料电池催化剂方面具有重要的潜在应用价值。最近的一些研究工作表明,通过选择合适的制备方法和前驱体制备的改性石墨烯,对于氧还原反应具有一定的活性,可用作燃料电池阴极催化剂。目前有关石墨烯应用于燃料电池阴极催化剂的研究工作主要集中在两个方面:一是通过表面改性后直接作为燃料电池非贵金属阴极催化剂;二是将改性石墨烯作阴极催化剂载体而制备活性组分高度分散的高性能催化剂。尽管有关改性石墨烯的氧还原活性中心的结构尚不明确,然而由于这类材料在酸性及碱性环境下对氧还原的良好的催化性能,对改性石墨烯的研究已成为探索燃料电池非铂催化剂的新途径。随着这类材料的催化性能的不断提高和对表面-活性关系认识的不断深入,改性石墨烯材料在燃料电池方面将具有广阔的应用前景。

二硫化钼(MoS₂)是典型的层状过渡金属硫化物,因其在加氢催化、润滑、光电领域的广泛应用而备受关注。纳/微米材料由于特殊的微观结构而表现出很多优异的性质,因此具有特定形貌和结构的MoS₂纳/微米材料的合成及性能研究对层状无机化合物的发展有重要意义。针对近年不断涌现的有关纳/微米MoS₂及其在相关领域应用的报道,本文综述了MoS₂的化学制备方法,主要介绍了基于热分解法、硫化法、水热/溶剂热法、液相沉淀法及新颖的物理化学联合技术等制备具有不同形貌和性能的纳/微米级MoS₂及其复合材料,讨论了反应条件对产物形貌和性能的影响,评述了各种方法的特点。此外,简要介绍了非负载型和负载型MoS₂催化剂在油品加氢脱硫方面的应用,并展望了其发展方向和应用前景。

多阶有序多孔炭材料综合了多种多孔炭材料的结构优点,在催化、吸附、储能、电化学等方面具有潜在的重要应用。多阶有序多孔炭材料的合成方法很多,到目前为止,模板法是控制孔结构和调节尺寸的最有效方法。在模板法中,软模板法因为其工艺简单、省时、成本低、环境污染小等优势,近些年来广泛被人们采用。用软模板法合成的多阶有序多孔炭包括:大孔-介孔炭,介孔-微孔炭,介孔-介孔炭,大孔-介孔-微孔炭等。本文对多阶有序多孔炭的软模板法合成与结构控制进行了综述。总结了软模板法在实现上述材料孔结构控制中的影响因素。

手性相转移催化是不对称催化领域的重要分支之一,扮演着越来越重要的角色。本论文综述了几类新型手性季鏻盐催化剂的设计合成,及其在催化不对称Henry反应、不对称氢磷酰化反应、不对称烷基化反应、不对称Michael加成反应、不对称Mannich反应、不对称aldol反应、不对称质子化反应及不对称胺化反应中的催化活性和对映选择性,重点介绍了不同催化剂和反应底物之间立体效应和电子效应的影响,并对手性季鏻盐催化剂的发展进行了展望。

聚合物太阳能电池由于具有结构简单、成本低、重量轻和可制成柔性器件等突出优点,近几年受到了越来越多的关注。但是,与传统的无机硅系太阳能电池相比,较低的能量转换效率一直是制约其发展的瓶颈。近年来大量的研究显示,噻咯结构单元被引入给-受体(D-A)型共轭聚合物光伏材料中,能有效地改善相应聚合物的结晶性能,并调节其能级结构(HOMO/LUMO),从而显著改善聚合物的光伏性能。本文综述了含有噻咯环的低能隙共轭聚合物给体光伏材料的研究进展,重点介绍了含有二噻吩并噻咯单元的窄带隙D-A共轭聚合物的最新研究,并进一步提出了给体材料的研究方向以及有待解决的问题。

离子液体聚合物是一类高分子链上至少含有一个离子中心,重复单元与常见离子液体结构类似,具有特殊性能的高分子,应用于诸多领域。本文综述了离子液体聚合物在离子导体、吸附及分离、稳定剂以及催化剂等方面应用的最新研究进展,重点介绍了离子液体聚合物作为离子导体在锂离子电池和染料敏化太阳电池中应用的研究现状,最后展望了离子液体聚合物的发展前景。

前药(prodrug)是一类经过生物体内转化后才具有药理作用的化合物。与传统纳米药物输送系统相比具有载药率确定、稳定性高、爆释现象小等优点。但是,前药本身也面临着可控性,特异性释药不足而引起效果不佳等问题。因此,能够靶向病灶部位并能够针对病灶部位进行特异性释药的刺激敏感型前药受到广泛研究。本文以国内外学者及本课题组的研究成果为基础,以肿瘤部位特殊的生理环境为背景,综述了近年来pH敏感、温敏、氧化还原敏感、酶敏感等生物刺激响应型抗肿瘤聚合物前药的研究进展。

温度敏感性材料由于其理化性质对温度变化高度敏感,同时相变温度又易于调控,因而成为条件响应型药物控释载体中的研究热点。多种类型的温敏性药物载体,包括脂质体、聚合物囊泡、聚合物胶束,经过多年的研究和优化,其稳定性得到进一步的提高,而相变温度也实现了在较宽范围内的随意调整,可同时适用于病理性的高热和局部人工热疗等多种方式的温敏靶向性释药。并且,由于局部热疗可以有效控制温敏载体的药物释放,同时,热疗还能有效增强化疗药物的细胞毒性,因此温敏药物载体在肿瘤化疗和热化疗领域具有独特的应用潜力。本综述简要回顾了温敏性载体在药物载体领域的研究现状。在此基础上,从对肿瘤热化疗原理、发展现状、疗效影响因素的角度,进一步综述了温敏性药物载体在肿瘤热化疗领域的研究进展,特别关注了复合型温敏载体,因为这类载体结合了具有光热/磁热效应的纳米颗粒而兼具自升温能力,因而在靶向性热化疗中独具优势。最后,本文结合热化疗的影响因素,对温敏性载体在肿瘤热化疗领域的发展方向进行了展望。

金纳米团簇(gold nanoclusters,Au NCs)是一种新型的荧光纳米材料,由几个到几百个原子组成,尺寸接近于电子的费米波长。由于量子尺寸效应,金纳米团簇显示出独特的光学特性。荧光金纳米团簇具有尺寸小、水溶性好、光物理性质好、比表面积大、表面易于修饰以及荧光性质随尺寸可调等优点,是近年来的研究热点。通过改变配体或者生物支架合成的各种荧光金纳米团簇,在传感检测、纳米标记、医学成像和光电子学等领域具有潜在的应用前景。作为新型荧光探针,荧光金纳米团簇已成功用于对阳离子、阴离子及重要的生物活性物质如过氧化氢、葡萄糖、谷胱甘肽、三磷酸腺苷、氨基酸等小分子化合物的检测。本文结合当前的研究现状,介绍了金纳米团簇在小分子化合物荧光检测中的应用,并简要评述了金纳米团簇研究中所面临的挑战及应用前景。

随着多金属氧簇化学的发展,迫切需要将多金属氧簇的液相反应过程和固相结构有机结合起来,以便更好地指导功能导向性多金属氧簇的设计与合成。传统的分析方法对一些特殊结构的多金属氧簇以及溶液自组装机理的研究具有局限性。随着软电离技术的发展,尤其是电喷雾电离(ESI)和基质辅助激光解吸电离(MALDI)的发明,质谱(MS)技术越来越多应用在简单无机化合物、配合物及金属有机化合物的研究中。多金属氧簇属无机高分子,是一类结构较特殊的无机配合物,多阴离子自身常带多个负电荷。钼、钨等具有较多同位素,可方便通过理论模拟与实际测量同位素分布的对比确定簇离子的准确组成。本文综述了质谱技术在多金属氧簇化学中的应用,如ESI-MS分析多阴离子在溶液中存在形式、监测反应过程、推断自组装机理,并对其在多金属氧簇化学中的应用前景进行了展望。

同步辐射红外显微光谱作为一种新兴的分析技术,一方面利用了红外光谱可以同时表征有机和/或无机、结晶和/或无定形样品的特点,另一方面充分发挥了同步辐射高亮度和高空间分辨率的特性,因此在对小样品或小样品区域的表征上具有传统红外光谱无法比拟的优势。经过20多年的发展,同步辐射红外显微光谱技术已被广泛地应用于多种分析化学领域并取得了丰硕的研究成果。本文总结了最近几年同步辐射红外显微光谱学和成像技术在文化遗产和考古学、地球和空间科学以及化学和高分子科学中的研究和应用进展。

甲壳素及壳聚糖作为生物大分子材料难溶于诸多溶剂,从而限制了其应用和修饰改性。因此,研究与开发良好的溶剂体系具有重要意义。本文首先对甲壳素及壳聚糖在各种离子液体中的溶解性能和溶解机理进行了详细综述,其次概述了甲壳素与壳聚糖在离子液体介质中进行修饰的化学反应研究(如:水解作用、酰基化反应和接枝共聚反应等),最后提出离子液体作为一类可回收循环使用的良好溶解介质将会对甲壳素及壳聚糖的实际应用和修饰改性提供更好的媒介,并拓宽甲壳素及壳聚糖的研究与应用领域。

木质素是自然界中最丰富的可再生芳香族聚合物,可制备生物燃料和高附加值化学品。在以石油为基础的现代能源与化工行业中,木质素作为替代原料展现出良好的应用前景。要实现木质素的利用,必须首先充分了解木质素的组成与结构特征。然而,由于木质素来源的多样化和结构的复杂性给了解木质素的组成结构带来巨大的困难。本文以揭示木质素的化学组成为出发点,分析比较了应用于木质素结构研究的分离提取、转化以及分析测试等方法与技术,重点阐述了木质素结构研究最新进展,包括木质素的组成单体及其连接方式、生物合成过程、模型化合物的反应和木质化理论体系等,概述了木质素及其衍生物在聚合物材料、树脂、炭纤维、活性炭和高附加值化学品制备等领域的应用,展望了木质素的结构研究与应用的发展方向并提出了需要解决的相关难点问题。

本文综述了甲烷转化制合成气镍催化剂积炭的研究进展,论述了积炭热力学和动力学、积炭类型、积炭机理和影响积炭的因素,详细分析了催化剂的镍粒子尺寸、镍-载体相互作用、载体碱性强度、载体氧化-还原性质和添加助剂对镍催化剂的积炭速率和积炭量的影响,并总结了重整反应工艺参数和反应器形式对镍催化剂积炭的影响。最后指出, 采用现代表征手段阐明镍催化剂的积炭机理、种类和数量, 明确积炭的规律, 可为设计开发抗积炭性能强的镍催化剂提供理论依据; 可通过增强金属与载体的相互作用、减小镍粒子的尺寸(镍粒子尺寸小于20 nm)和选择适宜的载体来制备抗积炭性能强的催化剂; 可通过采用流化床反应器且优化工艺参数来减少重整过程积炭量; 可通过寻求行之有效的积炭催化剂再生方法来解决镍催化剂积炭问题。