传统的傅-克酰基化反应以酰氯或酸酐作为酰化剂、路易斯酸作为催化剂。大量路易斯酸催化剂及反应产生的氯化氢都需要后处理,并且酰氯对湿度敏感,储存及使用过程中易发生危险。而以三氟乙酸酐作为活化剂、直接以羧酸作为酰化剂的酰化反应不需要事先将羧酸制成酰氯、酸酐或酰胺,且活化剂三氟乙酸酐及副产物三氟乙酸都能很容易地通过蒸馏回收,因此,这类酰化反应能有效解决传统的傅-克酰基化反应所存在的问题。本文综述了近20年来以三氟乙酸酐作为活化剂、直接以羧酸作为酰化剂的酰化反应方法的发展,以及其在功能有机分子、药物分子和天然产物合成中的应用。

“配位空间”(Coordination Space)是无机-有机杂化体系中的构筑基元通过配位键连接形成的具有特定结构和功能的空间。这一概念为基于配位键的框架体系的定向构筑与结构-性能调控提供了新的视角。作为典型的无机-有机杂化材料,金属-有机框架(Metal-Organic Framework,MOF)及金属有机笼(Metal-Organic Cage,MOC)等近年来受到广泛关注。这类材料的构筑与性能调控的核心可以认为是对其配位空间的结构设计与性能调控。具有刺激响应性的MOF可展现动态的配位空间,使其在吸附分离、传感、药物投递等方面具有重要的应用前景。本文将以动态金属有机框架的相关研究为基础简述动态配位空间研究的近期进展,包括其动态行为产生的结构基础、诱发因素及相关性能,归纳结构-性能的关系,为相关研究提供参考。

二苯丙氨酸二肽是导致阿尔兹海默症的β-淀粉样蛋白的关键识别序列。因其结构简单、组装性能优异,日益成为分子组装领域构筑功能材料的“明星”基元。目前,围绕二苯丙氨酸二肽及其衍生物的可控组装, 人们已经开展了大量的研究工作, 包括分子设计、结构调控和功能应用等。本课题组利用分子组装技术,通过调节分子间相互作用,实现了二苯丙氨酸二肽组装体的可控制备,并探索了它们的光学性质以及潜在应用。本文归纳分析了二苯丙氨酸二肽组装体的光功能化方法,详细介绍了这些短肽基光功能材料在光波导、光学成像、光动力治疗、光学制造和光催化等领域的应用,并初步提出了今后可能的发展方向。

氢气的燃烧热值高(285.8 kJ/mol),且燃烧时只生成水不生成任何污染物,被认为是理想的能源载体。模拟自然界光合作用系统活性中心的结构和功能,利用光催化分解水制取氢气是将太阳能转换为化学能的重要方式,也是人工光合成的重要内容。本文对近年来国内外人工光合成制氢领域取得的重要进展进行了总结,并对人工光合成制氢的发展趋势和前景进行了展望。

受到自然界中高效生物马达的启发,研究人员提出了人工微纳米马达的概念,即人工微纳米动力装置。目前,通过结合化学与其他交叉学科的先进技术,研究人员已制备出具有不同结构、驱动方式以及控制方式的人工微纳米马达。这些微纳米马达在传感、环境治理、生物医用等方面展现出广阔的应用前景。其中,药物递送是生物医用领域的重要方向。在这一方面,利用微纳米马达可以实现药物的有效递送,给癌症等疾病的治疗带来新的可能。本文将针对用于药物递送的微纳米马达的驱动机理、基本结构、运动控制这几个方面进行综述,首先介绍了马达的运动机理,其驱动机理可分为自场驱动和外场驱动;其次,分别介绍了可用于药物递送的微纳米马达的结构,主要包括聚合物囊泡、空心管、纳米线等;为了实现精准有效的药物递送,微纳米马达的可控运动非常重要,本文将具体阐述微纳米马达的开-关控制、方向控制和速度控制。最后,分析了药物递送微纳米马达的研究现状,并对本领域的未来方向进行了展望。

长链脂肪族二元酸一般是指含有10个或以上碳原子的饱和直链二元酸,其两端带有羧基官能团,可用于合成香料、特种尼龙工程塑料、热熔胶、涂料、增塑剂、高级润滑油等众多化工产品;由于其链段中含有长烷烃链段,具有优于短链二元酸的性质,使得相应的合成材料具有优越的性能,因此广泛应用于化工、轻工、国防、汽车工业、工程材料等领域;同时,还可用于开发新的聚合物产品。长链脂肪族二元酸在自然界中不单独存在,目前工业上主要通过化学合成法和生物发酵法生产。本文主要对长链脂肪族二元酸的合成方法进行综述,包括传统有机合成、生物技术转化、烯烃复分解、异构化-氢氧羰基化及聚乙烯端基功能化等,并简要概述长链脂肪族二元酸在缩聚反应(聚酯和聚酰胺)中的应用。最后,对合成方法待解决的问题进行了总结,并对未来发展方向进行了展望。

肽自组装体由于具有结构稳定、易调控、生物相容性好、可生物降解等优点,在构筑新型材料及生物医药领域表现出了巨大潜力。本文介绍了肽自组装的概念、机理和应用,详细归纳了刺激响应型肽自组装的研究进展;按照刺激源的不同将刺激响应型肽自组装分为pH响应型肽自组装、温度响应型肽自组装、溶剂响应型肽自组装、光响应型肽自组装、超声波响应型肽自组装以及离子响应型肽自组装;列举了肽自组装在药物控释、脊髓损伤修复、仿酶催化、生物模板等领域的应用。最后,基于目前肽自组装存在的一些问题(如影响肽自组装结构的外界因素不易精准把控、自组装的研究与生命科学领域的交叉程度低等)对肽自组装的发展做了展望。

有机硅材料作为一类具有独特优异性能的新材料,已成为化学和材料领域的重点研究方向之一。本文综述了近年来国内外有机硅合成的新方法,主要包括炔基-叠氮环加成反应、巯基-双键反应和胺-烯迈克尔加成反应等,重点介绍各种合成方法的优势及在制备新型功能化的有机硅化合物、有机硅聚合物及有机硅弹性体等中的应用,并对未来有机硅合成方法的发展方向进行了展望。

具有聚集诱导发光性质化合物的发展不仅很大程度上解决了传统有机分子发色团在高浓度、固态或者薄膜等形式的聚集状态下荧光猝灭的问题,而且扩展了有机发色团在荧光探针、传感器以及细胞成像等方面的应用。其中,四苯乙烯及其衍生物作为具有聚集诱导发光性质的典型化合物已被广泛应用在材料化学、生物化学等相关研究领域。受此启发,超分子化学家也将这类具有聚集诱导发光性质的四苯乙烯及其衍生物作为研究对象引入到超分子化学的领域,特别是利用大环主体与四苯乙烯客体通过主客体相互作用有效地限制了荧光客体分子的分子内转动或运动,增强了这类超分子体系的发光强度,并为其在刺激响应性传感器、智能探针等方面提供了新思路。本文总结了近年来涉及四苯乙烯衍生物与大环主体通过主客体相互作用形成聚集诱导发光超分子体系的发展,并按照大环主体进行分类简要介绍其应用。

水是人类赖以生存的基础,其重要性不言而喻。但是,当前水环境日益恶化,水污染日益加重,尤其是石油泄漏和有机污染物肆意排放给环境和生态系统造成了不可挽回的损害。因此,高效油水分离已成为亟待解决的问题。当前主要通过物理吸附、化学分散以及生物降解等方法进行油污清理;化学分散和生物降解法易对海洋环境造成二次污染,而物理吸附具有易于回收及无污染等优点。本文综述了近年来物理过滤和物理吸附油水分离材料的研究现状及尚待解决的难点,同时也展望了该领域未来研究的热点及发展方向。

超亲水-超疏油油水分离膜是一种过水隔油的特殊分离膜,在处理海洋溢油污染、环境含油废水时具有保持分离膜不被油污染的优势,有十分重要的实际意义。为了掌握近年来超亲水超疏油分离膜的发展动态,本文首先以液体静压力与毛细作用力为基础阐述亲水疏油膜的油水分离机理;然后分类概括超亲水-超疏油金属基底网膜、刺激响应油水分离膜、无基底聚合物膜材料的制备及各项性能的研究新进展;最后总结目前在该领域仍存在的问题并进行展望。

石油资源的短缺以及减轻石油基聚合物所产生的环境负担的必要性,推动了生物可降解材料的开发和生产。近几十年来天然聚合物由于无毒性、可生物降解性和生物相容性正在某些领域取代目前的合成聚合物。淀粉由于其可再生性、可生物降解性、低成本和易获得性已经被广泛研究用于制造可生物降解的复合材料,应用于农业、食品、医药和包装行业。但淀粉的多羟基结构赋予其很强的亲水性,这种湿度敏感性限制了它们的机械性能并影响到其应用。本文主要从提高热塑性淀粉耐水性的物理与化学作用机理的角度出发,总结和归纳了近年来国内外以提高热塑性淀粉材料的耐水性能和降低其对环境湿度敏感性为目的的研究工作,介绍了影响耐水性能的相关因素以及改善方法,并指出今后研究工作的发展方向。

双酚A(Bisphenol A, BPA)为苯酚系衍生物,作为生产聚碳酸酯塑料和环氧树脂的中间体被广泛应用于多种产品制造中,为全球产量最大的工业品之一。BPA的大量应用使普通人群暴露BPA的几率显著增加。BPA结构与雌激素相似,为一典型雌激素样内分泌干扰物,可以对机体产生多种毒性效应。高剂量BPA主要通过拮抗雌激素受体而发挥其内分泌干扰效应;环境相关低剂量BPA由于不能与雌激素竞争结合雌激素受体,主要通过膜受体介导的信号通路以非基因组方式诱导细胞生物学功能改变。但是,具体何种膜受体介导BPA的低剂量效应以及相关分子机制目前还不清楚。基于此,我们课题组近年来在这些方面做了一系列工作。我们发现,膜G蛋白偶联受体30和整合素αvβ3及其介导的信号传导通路分别介导了环境相关低剂量BPA对雄性生殖细胞的增殖诱导和甲状腺素基因转录的干扰。对环境相关低剂量BPA作用机制的深入理解不仅有助于更客观真实评价和预测环境暴露BPA对人体健康的可能潜在影响以及采取有针对性的预防和干预措施。同时,也将为评价其他类似结构雌激素样环境内分泌干扰物的健康效应提供理论基础及技术支持。本文将结合我们近年来的研究工作,综述目前环境低剂量BPA暴露对人体健康影响的分子机制研究进展、存在的问题以及将来研究的一些思考。

本文综述了大气半/中等挥发性有机物S/IVOCs的测量技术、来源、大气行为及对有机气溶胶生成的贡献。S/IVOCs测量技术的进步主要依托于质谱技术的发展,分为离线和在线测量质谱测量技术。离线测量物种鉴别能力好,但预处理复杂、时间分辨率低;在线测量技术可以获得高时间分辨率的组分及气粒分配信息,对揭示化学反应机理具有重要作用。S/IVOCs的来源包括一次和二次源。目前对一次源排放的研究主要针对机动车和生物质燃烧。研究结果表明,汽油车、柴油车和生物质燃烧排放S/IVOCs分别为POA的2.9~8.5倍、4.5~20.4倍和0.83~5.57倍。汽油车排放的S/IVOCs氧化可贡献总SOA的34%~76%,柴油车则高达90%,生物质燃烧占80%。基于外场观测数据的模型模拟表明S/IVOCs对实际大气中SOA的贡献可达40%~85%,是不可或缺的SOA前体物。未来研究中,开发新的测量技术、定量分析源排放和环境大气中S/IVOCs浓度及其对SOA贡献是研究的关键,将外场观测、实验室模拟与模型模拟相结合,能够为S/IVOCs生成SOA机制探讨提供思路。

硅由于其超高的理论比容量有望取代石墨成为下一代锂离子电池负极材料,但是硅在充放电过程中巨大的体积膨胀(~300%)会导致材料粉化从集流体上脱落,同时不断形成固相电解质层,造成不可逆容量损失,而材料纳米化和碳复合是解决这些问题的有效手段。本文介绍了硅在循环过程中容量衰减机理,并综述了硅纳米粒子与碳材料复合的最新进展,主要包括包覆型、核壳型以及嵌入型硅碳负极材料,并对核壳型与嵌入型做了重点探究,最后对硅纳米粒子/碳复合材料存在的问题进行分析并展望其研究前景。

由于以钠基固体电解质为核心的新型钠电池体系具有低成本和高安全性,在能源领域应用潜力巨大。高离子电导率和稳定性是钠基固体电解质应用于新型钠电池体系的前提。近年来,人们通过对制备方法改进和掺杂改性等方面的研究显著提高了钠基固体电解质的离子电导率和稳定性。此外,新型钠电池体系亟需解决固体电解质与电极间的界面接触性差和界面稳定性差等问题。本文首先总结了β″-Al₂O₃、NASICON型、硫化物类和聚合物类钠基固体电解质的研究进展,然后介绍了钠基固体电解质在以钠-硫电池,有机/水混合系钠-空气电池和全固态钠离子电池为代表的新型钠电池体系中的应用情况,并对界面问题和采取的解决策略进行系统论述。基于固体电解质的新型钠电池体系在能源上的大规模应用还需要电池材料、界面和电池设计等多方面的研究同时突破。