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2015年7月第27卷第7期

化学进展. 2015, 27(7): 0-0.

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. 2015年7月第27卷第7期[J]. 化学进展, 2015, 27(7): 0-0.

综述与评论

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金纳米棒的制备、生长机理及纯化

鲁闻生, 王海飞, 张建平, 江龙

化学进展. 2015, 27(7): 785-793. https://doi.org/10.7536/PC150111

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鲁闻生, 王海飞, 张建平, 江龙. 金纳米棒的制备、生长机理及纯化[J]. 化学进展, 2015, 27(7): 785-793.

Lu Wensheng, Wang Haifei, Zhang Jianping, Jiang Long. Gold Nanorods: Synthesis, Growth Mechanism and Purification[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(7): 785-793.

金纳米棒由于其独特物理性质而在众多的各向异性金纳米颗粒中赢得了关注。目前,金纳米棒在纳米电子学、光学、生物医药等研究领域均具有良好的应用前景。对金纳米棒合成的有效调控直接决定着其形状、尺寸和长径比,而这些又进一步影响着金纳米棒的物理性质。本文梳理了金纳米棒制备方法的发展脉络,以模板法、电化学方法、种子生长法以及近年来出现的无种子生长法为主线,系统综述了金纳米棒制备过程实验参数调控对产物结构、物理性质的影响,详细阐述了关于单晶以及孪晶金纳米棒的生长机理,并介绍了提高产物纯度的分离纯化手段。
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近红外荧光染料的结构、性质及生物荧光成像应用

王晓驰, 常刚, 曹瑞军, 孟令杰

化学进展. 2015, 27(7): 794-805. https://doi.org/10.7536/PC141043

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王晓驰, 常刚, 曹瑞军, 孟令杰. 近红外荧光染料的结构、性质及生物荧光成像应用[J]. 化学进展, 2015, 27(7): 794-805.

Wang Xiaochi, Chang Gang, Cao Ruijun, Meng Lingjie. Structure and Properties of Near-Infrared Fluorescent Dyes and the Bioimaging Application[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(7): 794-805.

近红外荧光生物成像技术由于具有深的组织穿透性、低背景荧光干扰、最小生物样本光损伤等特点引起人们越来越多的关注。开发高荧光效率、低毒性的近红外荧光染料是近红外荧光成像技术发展的关键所在。本文综述了五类主要的有机近红外荧光染料(菁类、BODIPY类、罗丹明类、方酸类、卟啉类)的研究进展,重点分析其结构与光学性质等构效关系,为近红外荧光染料的设计和制备提供指导。另外,总结了有机近红外荧光材料功能化修饰的主要方法以改善生物相容性、靶向性能等,最后对近红外荧光染料存在的主要问题以及未来的热点方向进行了分析和展望。
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氮配位过渡金属配合物在硅氢加成反应中的应用研究

陈峰, 白赢, 厉嘉云, 肖文军, 彭家建

化学进展. 2015, 27(7): 806-817. https://doi.org/10.7536/PC150149

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陈峰, 白赢, 厉嘉云, 肖文军, 彭家建. 氮配位过渡金属配合物在硅氢加成反应中的应用研究[J]. 化学进展, 2015, 27(7): 806-817.

Chen Feng, Bai Ying, Li Jiayun*, Xiao Wenjun, Peng Jiajian*. The Application on Nitrogen-Coordinating Transition Metal Complexes on Hydrosilylation[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(7): 806-817.

氮配位过渡金属配合物在近十几年来得到迅速的发展。通过设计不同的含氮配体与不同过渡金属进行配位形成的氮配位过渡金属配合物,在硅氢加成反应中有很大应用研究价值。本文综述了氮配位铑、铁、铼、钴、锌等过渡金属配合物在酮或者烯烃的硅氢加成反应中的新进展。二 NFDA1 唑啉及二氢吡咯等含氮配体的优化设计必将大大促进含氮铁、铼、钴配合物在酮或者亚胺的硅氢加成反应中的应用。
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正渗透脱盐过程的核心——正渗透膜

唐媛媛, 徐佳, 陈幸, 高从堦

化学进展. 2015, 27(7): 818-830. https://doi.org/10.7536/PC150152

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唐媛媛, 徐佳, 陈幸, 高从堦. 正渗透脱盐过程的核心——正渗透膜[J]. 化学进展, 2015, 27(7): 818-830.

Tang Yuanyuan, Xu Jia, Chen Xing, Gao Congjie. Core of Forward Osmosis for Desalination——Forward Osmosis Membrane[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(7): 818-830.

淡水资源已成为战略性资源,未来和平与可持续发展将与净水及淡水的获得息息相关。正渗透技术是目前国际上最前沿、最具潜力的水净化和脱盐技术,因其能耗极低而成为该领域的研究热点。正渗透膜作为正渗透关键技术之一,已经引发了新一轮的研究热潮。本文以正渗透膜的分离性能为核心概述了正渗透膜的发展历程,按正渗透膜制备方法进行分类,分别介绍了近几年来相转化正渗透膜、薄层复合正渗透膜和化学改性正渗透膜中的主要和新兴膜材料、结构特点及研究进展等,最后探讨和展望了正渗透膜今后的研发方向。
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表面引发原子转移自由基聚合法合成无机/有机核壳复合纳米粒子

陈思远, 董旭, 查刘生

化学进展. 2015, 27(7): 831-840. https://doi.org/10.7536/PC150137

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陈思远, 董旭, 查刘生. 表面引发原子转移自由基聚合法合成无机/有机核壳复合纳米粒子[J]. 化学进展, 2015, 27(7): 831-840.

Chen Siyuan, Dong Xu, Zha Liusheng. Inorganic/Organic Core-Shell Composite Nanoparticles by Surface-Initiated Atom Transfer Radical Polymerization[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(7): 831-840.

原子转移自由基聚合(ATRP)是目前为止最具工业化应用前景的活性/可控自由基聚合方法之一,其最大特点是可以得到分子量分布窄、链结构规整的聚合物,而且可聚合的单体种类多,反应条件温和并易控制。表面引发ATRP(SI-ATRP)特别适合于无机材料表面接枝聚合物或无机/有机复合材料的制备,近年来引起了国内外研究者的高度关注。本文首先对SI-ATRP的反应过程与特点做了阐述,然后重点述评了用SI-ATRP法合成以非金属氧化物纳米粒子、金属氧化物纳米粒子、金属纳米粒子或其他无机纳米粒子为核的无机/有机复合纳米粒子的研究进展,最后对未来用SI-ATRP法合成无机/有机复合纳米粒子的发展方向和研究前景进行展望。
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超分子化学中的多点统计作用:设计与应用

陈峰, 万德成

化学进展. 2015, 27(7): 841-847. https://doi.org/10.7536/PC150120

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陈峰, 万德成. 超分子化学中的多点统计作用:设计与应用[J]. 化学进展, 2015, 27(7): 841-847.

Chen Feng, Wan Decheng. Multisite Statistical Interactions in Supramolecular Chemistry: Design and Application[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(7): 841-847.

在超分子主客体作用力中,多点统计作用和多价作用及多配体作用有根本差别,前者对主体的空间形态、尺寸和电子环境没有严格要求,实现起来比较容易。多点统计作用是一种动态几率作用,合理设计主体的电子环境,可以显著增强主客体作用强度;而通过拓扑(几何)环境的设计可以削弱其他分子的统计竞争作用,同样可以显著增强主客体作用,作用常数提高近十万倍。利用多点统计作用可以实现对水中微量和痕量污染物的高效捕捉,包括尺寸较小的重金属离子、染料和那些高度亲油的致癌芳烃;也可用于多肽的分离提取,最低能达到飞摩尔级以下的痕量提取;调控统计作用几率还可以以热力学方式调控客体释放速率。本文就超分子体系中的多点统计作用的应用及特点进行了总结。
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金纳米粒子和聚合物复合体系分子设计与组装过程的计算机模拟

李延春, 李洋

化学进展. 2015, 27(7): 848-852. https://doi.org/10.7536/PC150169

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李延春, 李洋. 金纳米粒子和聚合物复合体系分子设计与组装过程的计算机模拟[J]. 化学进展, 2015, 27(7): 848-852.

Li Yanchun, Li Yang. Computer Simulation Study on the Molecular Design and the Self-Assembly Process of Au-Nanoparticle and Polymer Composite System[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(7): 848-852.

金纳米粒子除了拥有纳米粒子的体积效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等优异性能之外,还有一些特殊性能,如良好的稳定性、抗菌抑菌功能、表面吸收带效应、荧光效应等。量子化学计算方法提供了从分子水平上探究金团簇的催化和反应活性的影响因素,如金团簇的尺寸、形状、电子状态、活性位点的类型和结构等。分子动力学可以更好地模拟纳米粒子与配体和溶剂的相互作用方式,同时给出热力学和动力学行为。耗散粒子动力学等介观模拟方法则被应用到金纳米粒子和聚合物复合体系自组装过程的研究,并可以给出调控自组装结构的有效方案。以高分子与纳米粒子复合物为研究对象,明晰影响复合物结构和性质的主导因素,探索复合物调控机制,提出决定复合物功能的主控因素,进一步理解高分子与纳米粒子复合物的本质,可以为实验上制备、优化新型高分子与纳米粒子复合物材料提供可靠的理论帮助。
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二茂铁基环氧衍生物

王建军, 丁恒春, 倪沛红, 戴礼兴, 高强

化学进展. 2015, 27(7): 853-860. https://doi.org/10.7536/PC141234

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王建军, 丁恒春, 倪沛红, 戴礼兴, 高强. 二茂铁基环氧衍生物[J]. 化学进展, 2015, 27(7): 853-860.

Wang Jianjun, Ding Hengchun, Ni Peihong, Dai Lixing, Gao Qiang. Ferrocene-Based Epoxy Derivatives[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(7): 853-860.

二茂铁基环氧的分子结构中同时含有环氧和二茂铁,是一类兼具化学活性和多功能性的特殊材料。这类材料具有单体结构多样性和聚合物的多功能性,近年来对其制备方法和应用的研究受到广泛关注。研究者们已利用二茂铁醛、酮、烯、氯醇、双醇、乙酰氯等为中间体,制备出二十多种小分子化合物。采用二茂铁接枝环氧聚合物或含烯单体自由基聚合,分别得到多种结构的聚合物。本文在综述二茂铁基环氧制备方法的基础上,进一步讨论了这类材料的结构稳定性。研究发现,当二茂铁处于环氧的邻位时,极易形成卡宾结构,使得环氧开环并重排成醛。通过列举典型研究实例,阐明其在功能材料、传感介质、燃速催化、催化剂配体以及药物合成等方面的应用,并就其在材料表界面的发展趋势进行了展望。
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纳米晶纤维素手性向列型液晶相结构的形成、调控及应用

代林林, 李伟, 曹军, 李坚, 刘守新

化学进展. 2015, 27(7): 861-869. https://doi.org/10.7536/PC141239

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代林林, 李伟, 曹军, 李坚, 刘守新. 纳米晶纤维素手性向列型液晶相结构的形成、调控及应用[J]. 化学进展, 2015, 27(7): 861-869.

Dai Linlin, Li Wei, Cao Jun, Li Jian, Liu Shouxin. Formation, Tuning and Application of Chiral Nematic Liquid Crystal Phase Based on Nanocrystalline Cellulose[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(7): 861-869.

手性材料作为一种新型功能材料,尤其是其特殊的光学性能以及在传感器、对映体分离领域的潜在应用,已经引起众多科学研究者的广泛关注。纳米晶纤维素(NCC)基手性材料以其丰富的来源、简单的合成工艺、独特的光学性质以及良好的稳定性等成为当前手性材料研究的热点。本文综述了NCC及其手性向列型液晶相的形成机制,重点介绍了NCC手性结构的调控方法,包括NCC性质、环境条件以及添加剂对其手性结构的影响。最后,总结了近几年NCC手性结构在光电材料和模板剂方面的应用研究进展。
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基于微流控芯片的CD4+T淋巴细胞计数检测

雷相阳, 邱宪波, 葛胜祥, 夏宁邵, 陈兴, 崔大付

化学进展. 2015, 27(7): 870-881. https://doi.org/10.7536/PC141237

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雷相阳, 邱宪波, 葛胜祥, 夏宁邵, 陈兴, 崔大付. 基于微流控芯片的CD4+T淋巴细胞计数检测[J]. 化学进展, 2015, 27(7): 870-881.

Lei Xiangyang, Qiu Xianbo, Ge Shengxiang, Xia Ningshao, Chen Xing, Cui Dafu. CD4 +T Lymphocyte Counting Technologies Based on Microfluidic Chip[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(7): 870-881.

CD4 +T淋巴细胞是人体免疫缺陷病毒(HIV)的主要感染细胞,慢性HIV感染者逐渐耗尽CD4 +T淋巴细胞,使免疫系统变弱,导致获得性免疫缺陷综合症(AIDS),因此,CD4 +T淋巴细胞的数量对HIV/AIDS的诊断和治疗至关重要。全球范围内HIV/AIDS正处于快速增长期,现有的CD4 +T淋巴细胞计数检测方法由于仪器昂贵、操作复杂、检测成本高,不利于疾病诊疗的普及与推广。为实现低成本、方便、快捷的临床检测,基于微流控芯片的CD4 +T淋巴细胞计数检测方法与技术的研究正日益受到人们的重视。本文在回顾传统CD4 +T淋巴细胞检测方法的基础上,综述、归纳了基于微流控芯片的CD4 +T淋巴细胞计数方法,在全面分析其技术特点的基础上,进一步评述了其综合性能、适用范围、及典型优缺点。最后,本文针对基于微流控芯片的CD4 +T淋巴细胞计数检测技术的发展趋势及商业化应用前景进行了讨论和展望。
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基于微流控技术的循环肿瘤细胞分选研究

黄笛, 项楠, 唐文来, 张鑫杰, 倪中华

化学进展. 2015, 27(7): 882-912. https://doi.org/10.7536/PC150121

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黄笛, 项楠, 唐文来, 张鑫杰, 倪中华. 基于微流控技术的循环肿瘤细胞分选研究[J]. 化学进展, 2015, 27(7): 882-912.

Huang Di, Xiang Nan, Tang Wenlai, Zhang Xinjie, Ni Zhonghua. Microfluidics-Based Circulating Tumor Cells Separation[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(7): 882-912.

循环肿瘤细胞(CTCs)出现于癌症患者的外周血中,是一种重要的游离态组织样本,对于癌症的早期诊断和预后评估具有非常重要的临床诊断价值。由于血液中CTCs含量极少,对其进行分选富集是CTCs检测和分析的一个重要预处理步骤。传统的宏观方法虽然也能实现细胞分离,但存在耗时长、样品需求量大、目标细胞损失严重及硬件设备依赖性高等不足。近年来兴起的微流控技术可在微米尺度范围内集成物理、化学及生物手段,易于实现整体器件的微型化和低成本便携式发展,为稀有CTCs的高灵敏度、高效分选提供重要的潜在技术手段。本文综述了微流控技术实现CTCs分选的最新研究进展,详细阐述了各种被动、主动分选方法的原理及成功应用实例,分析各方法的优缺点,提出一种新型的多级分选芯片结构,并最后探讨了微流控CTCs分选芯片在临床应用中面临的挑战及未来的发展趋势。
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四元化合物半导体Cu₂ZnSnS₄:结构、制备、应用及前景

赵响, 赵宗彦

化学进展. 2015, 27(7): 913-934. https://doi.org/10.7536/PC141033

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赵响, 赵宗彦. 四元化合物半导体Cu₂ZnSnS₄:结构、制备、应用及前景[J]. 化学进展, 2015, 27(7): 913-934.

Zhao Xiang, Zhao Zongyan. Quaternary Compound Semiconductor Cu₂ ZnSnS₄: Structure, Preparation, Applications, and Perspective[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(7): 913-934.

四元化合物半导体铜锌锡硫(Cu₂ ZnSnS₄,CZTS)由于其四种组成元素在地壳中丰度非常高且安全无毒,因而成本低廉。CZTS作为直接带隙半导体材料,其吸收光谱与太阳辐射光谱匹配性好、光吸收系数高,具有结构与性质可调可控、光电性能优异等优势,是发展绿色、低成本、高效率和稳定薄膜太阳电池的理想核心材料。近年来,国内外研究者对CZTS的结构与性质、制备工艺、应用尤其是通过结构、成分的调控提高其光电转换效率等方面进行了广泛的研究和探讨。本文对CZTS的结构演变、制备工艺、光电性质与应用等进行综述,重点分析了晶体结构、缺陷、表面与界面、合金化等因素对其光伏性能的影响。同时,对CZTS作为新型能量转换材料在光催化和热电等领域的应用进行了探讨。最后对CZTS目前存在的挑战和今后的研究重点进行总结并展望了将来可能的突破方向。
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石墨烯基氧还原催化剂在金属空气电池中的应用

苗鹤, 薛业建, 周旭峰, 刘兆平

化学进展. 2015, 27(7): 935-944. https://doi.org/10.7536/PC141215

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苗鹤, 薛业建, 周旭峰, 刘兆平. 石墨烯基氧还原催化剂在金属空气电池中的应用[J]. 化学进展, 2015, 27(7): 935-944.

Miao He, Xue Yejian, Zhou Xufeng, Liu Zhaoping. Graphene-Based Oxygen Reduction Reaction Catalysts for Metal Air Batteries[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(7): 935-944.

随着金属空气电池技术的不断发展,氧还原催化剂成为限制其动力化的最主要瓶颈之一。近几年来,石墨烯基氧还原催化剂(GORRC)由于优异的氧还原催化活性而备受关注。本文结合石墨烯基氧还原催化剂的研究现状,将其分为三类:石墨烯作氧还原催化剂载体,氮掺杂石墨烯作为氧还原催化剂,以及氮掺杂石墨烯与其他催化剂形成的复合催化体系,并对这三种石墨烯基氧还原催化剂进行了详细的综述。石墨烯作为一种优良的催化剂载体,能够显著降低活性物质负载量,提高氧还原催化剂的催化活性和长期稳定性。氮掺杂石墨烯显示了优良的氧还原催化性能。氮掺杂石墨烯与其他催化剂复合后,由于两者之间的相互作用,可得到性能更为优异的氧还原催化剂。最后,本文还对石墨烯基氧还原催化剂及其在金属空气电池中的研究前景和发展方向进行了展望,指出了将来的研究重点。
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磁性金属-有机骨架材料的合成及其应用

王瑞莹, 张超艳, 王淑萍, 周友亚

化学进展. 2015, 27(7): 945-952. https://doi.org/10.7536/PC150110

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王瑞莹, 张超艳, 王淑萍, 周友亚. 磁性金属-有机骨架材料的合成及其应用[J]. 化学进展, 2015, 27(7): 945-952.

Wang Ruiying, Zhang Chaoyan, Wang Shuping, Zhou Youya. Synthesis and Application of Magnetic Metal-Organic Frameworks[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(7): 945-952.

磁性金属-有机骨架(magnetic metal-organic frameworks,MMOFs)材料是近年来兴起的新型纳米功能材料,它由MOFs材料和磁性材料组合而成,具有高选择性、良好分散性和可多次重复利用等优点,在环境、医学和生物学研究领域应用广泛。本文介绍了MMOFs材料的四种合成方法,包括嵌入法、叠层法、封装法和混合法,其中嵌入法是指将磁性颗粒材料镶嵌在MOFs表面,叠层法是将MOFs层覆盖和叠加生长在官能化磁性颗粒材料表面,封装法是MOFs材料围绕磁性颗粒在其周围生长并将其包埋起来,混合法是将MOFs和磁性颗粒物通过物理或化学作用发生聚合合成。MOFs与磁性颗粒材料结合形成的MMOFs,既保留了MOFs材料的结构与性能,又增添了颗粒材料的磁性,从而大大拓展了MOFs的应用范围。鉴于MMOFs可携带特定的物质释放于指定位置,容易从复杂基质中分离,并可通过外部磁性进行定位与收集等优势与特点,其在生物医药、环境样品预处理和催化等领域得到了广泛的应用。
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含AQP仿生膜在水处理中的应用

于致源, 丁万德, 王志宁

化学进展. 2015, 27(7): 953-962. https://doi.org/10.7536/PC141227

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于致源, 丁万德, 王志宁. 含AQP仿生膜在水处理中的应用[J]. 化学进展, 2015, 27(7): 953-962.

Yu Zhiyuan, Ding Wande, Wang Zhining. Preparation and Application of Aquaporin Containing Biomimetic Membranes for Water Treatment and Desalination[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(7): 953-962.

水通道蛋白(aquaporin, AQP)是一种对水分子具有高选择性和渗透性的跨膜蛋白。近几年来,含AQP的仿生膜有望克服传统膜材料通量与截留率之间的上限平衡问题,因此,它在海水淡化和水处理领域的应用吸引了越来越多研究者的关注。本文对含AQP仿生渗透膜的制备方法及性能进行了综述,分别介绍了含AQP双层膜结构仿生膜和封装含AQP囊泡的仿生膜这两大类膜结构所对应的不同制备方法。同时,对含AQP仿生膜中膜结构的组成方式、装载AQP蛋白的囊泡材料、制膜过程中的操作条件等因素对膜结构和性能的影响进行了探究讨论。综合文中所述不同膜的膜性能,得出现阶段含AQP仿生膜还存在着膜面积小、膜机械强度不够高、AQP装载量较低及易受外界因素影响的缺陷,并提出在克服膜缺陷的同时寻找其他仿生水通道及离子通道的思路,使未来仿生膜获得更宽阔的发展道路。
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对流层大气NO₃与N₂O₅的实地测量

王海潮, 陈军, 陆克定

化学进展. 2015, 27(7): 963-976. https://doi.org/10.7536/PC141230

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王海潮, 陈军, 陆克定. 对流层大气NO₃与N₂O₅的实地测量[J]. 化学进展, 2015, 27(7): 963-976.

Wang Haichao, Chen Jun, Lu Keding. Measurement of NO₃ and N₂O₅ in the Troposphere[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(7): 963-976.

大气硝基(NO₃)自由基和五氧化二氮(N₂O₅)是对流层大气化学反应的核心物种,对于理解大气氧化性、二次有机气溶胶生成、活性卤素化学和全球硫素循环等对流层大气化学研究的关键问题具有重要意义。大气NO₃自由基和N₂O反应活性高、大气寿命短、浓度低,其定量分析非常具有挑战性。本文总结了大气NO₃自由基与N₂O₅的实地测量方法,并对差分光学吸收光谱(DOAS)、腔衰荡光谱(CRDS)、腔增强光谱(CEAS)、激光诱导荧光光谱(LIF)、电子顺磁共振谱(MIESR)和化学离子化质谱(CIMS)等六类技术方法的准确度、精确度、时间分辨率、测量干扰、标定方法和系统稳定性等方面进行了系统比较。综合分析认为吸收光谱法是对流层NO₃自由基与N₂O₅测量技术的发展方向,其中近期发展起来的腔技术(CRDS和CEAS)显示出较好的应用潜力。但是我国实际大气环境中普遍存在高浓度的颗粒物污染,如何在高颗粒物条件下实现NO₃自由基与N₂O₅的精密准确测量具有挑战性。本文进一步归纳了NO₃自由基与N₂O₅在城市、森林、自由大气和海洋海岸等典型大气环境条件下的浓度水平和主要科学发现,探讨了一些亟待解决的问题和可能的重点研究方向。

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