伴随现代工业的迅速发展,大量含汞化合物通过多种途径进入水环境。二价汞离子(Hg²⁺)是水体中汞的主要存在形态,开发先进的水体Hg²⁺去除技术对于降低健康风险和保障生态安全至关重要。作为有效的水处理技术之一,吸附法去除水中的Hg²⁺已得到了人们的关注,而寻找性能优异的吸附材料是取得突破的关键。近年来,共价有机框架(Covalent organic frameworks,COFs)凭借其高比表面积、有序的多孔结构和表面易功能化等优势,已被广泛应用于环境修复领域。本文主要综述了COFs在吸附去除水中Hg²⁺方面的最新进展,探讨COFs的结构设计、功能化合成、水中Hg²⁺吸附行为、反应机理、环境影响因素以及拓展至规模化应用的潜力,并展望该领域未来发展的新机遇。

C—H键的活化是有机合成中最重要的科学问题之一。以环境友好的双氧水或者氧气为氧化剂的苯羟基化制备苯酚的反应,不仅涉及苯环的$\text C_{\text s \text p^{2}}— \text H $活化这一基础问题,还涉及双氧水或氧气的活化,以及双氧水的分解、苯酚的深度氧化等副反应,几十年来一直是有机合成领域的一大挑战。更重要的是,在大力倡导绿色化工的背景之下,该反应愈加受到工业界的青睐,期望它能够取代异丙苯法成为苯酚生产的绿色新工艺。本文以苯羟基化制备苯酚的催化反应机理为线索,综述近年来金属基催化剂以及处于起步阶段的非金属催化剂的最新研究进展,着重从自由基机理和非自由基机理两个方面详细归纳分析催化剂的组成结构与其反应的活性和选择性之间的构效关系,并就该领域未来的发展动向及需要关注的问题给出了展望和建议,期望有助于深化对催化机理的认识,并为进一步研发更高活性和稳定性的苯羟基化催化剂提供有益借鉴。

长久有效地利用太阳能,是可持续发展永恒的主题。石墨炔是碳同素异形体的一颗新星,仅由sp和sp²杂化的碳原子组成,具有巨大的共轭网络和延展的二维多孔结构。独特的拓扑结构使石墨炔显示出与众不同的半导体和光学特性,表现出优异的电荷迁移率和本征带隙。因此,在太阳能的转换和利用方面具有广阔的应用前景。然而,作为一个新出现的碳同素异形体家族,石墨炔类碳材料用作光催化剂的真正潜能有待进一步探索。本文简要介绍了几种石墨炔的合成、形貌及表征方法,系统阐述了近年来石墨炔基光催化剂在污水处理、裂解水、CO₂还原以及光电催化等领域的应用及机理研究。提出了目前研究中存在的一些问题,并对未来的发展及研究方向进行了展望。

油品加氢脱硫(HDS)和电解水析氢(HER)是解决目前石油引起的能源环境问题的有效途径,开发高效且低成本的非贵金属催化材料是实现工业化的关键步骤。由于硫化态过渡金属具有高价态、独特的晶体结构和热稳定性,目前已证明MoS₂和WS₂是同时实现HDS和HER的理想材料。多酸作为一种由多种过渡金属和氧原子组成的结构明确的无机纳米簇,是制备过渡金属硫化态材料的合适前体。近年来,多酸制备硫化态催化剂成为绿色化学的研究热点。本文综述了基于多酸的硫化态催化剂在HDS和HER领域的研究进展,介绍了两类过程的工作原理和相互关联,总结并讨论了基于多酸的硫化态催化剂的催化机理、结构优势和存在问题,并对其应用前景进行了展望。

氢甲酰化串联反应是在氢甲酰化反应的基础上,与一个或多个不同类型的反应“一锅法”实现醛类化合物的后续定向转化,得到新的有机分子的合成方法。该反应的产物在日化工业、农业、医药中间体的生产中具有十分重要的用途。本文首先简述了近年来烯烃氢甲酰化串联反应制备高附加值化学品的重要性,随后重点介绍了几种常见的烯烃氢甲酰化串联反应:“异构化-氢甲酰化”串联反应、“氢甲酰化-缩醛化”串联反应、“氢甲酰化-氢化”串联反应和“氢甲酰化-(还原)胺化”串联反应等,以及其在设计新型(多功能)催化剂体系和高效合成目标产物方面的研究进展,最后总结了烯烃氢甲酰化串联反应存在的问题以及对未来发展趋势进行了展望。

烯亚砜作为一类重要的反应中间体在有机合成领域发挥着重要应用。常见的烯亚砜制备方法包括:硫羰基化合物氧化、亚磺酰衍生物β-消除反应、改进的Peterson反应、重氮甲基亚砜的杂原子-Wolff重排反应等。作为活性中间体的烯亚砜可以被亲核试剂进攻硫原子中心或者碳原子中心,分别得到亚砜化合物或者新的烯亚砜物种;而其自身亦可以作为亲核试剂,以氧原子作为亲核位点与其他亲电试剂反应。烯亚砜和酰基或者烯基烯亚砜可以分别作为亲双烯体或双烯体发生正常和逆电子需求的Diels-Alder反应。烯亚砜既可以作为亲偶极子,也可以作为偶极子发生偶极环加成反应。此外,烯亚砜自身还可以发生二聚、脱硫等反应。希望本文总结的内容能够对该研究领域感兴趣的化学工作者有所帮助,并促进烯亚砜化学的进一步发展。

有机电致发光器件(organic light emitting diodes, OLEDs)在固态照明和平板显示等领域显现出巨大的商业应用前景,近年来受到人们的广泛关注。由于芳基硅基团的易修饰性和多功能性,可以通过连接结构不同的功能单元构建性能优异的主体材料,以此来实现高效的有机电致发光器件,因此近年来芳基硅基团在合成高性能电致发光主体材料方面获得了广泛的研究和关注。本文从材料的设计分类出发,综述了芳基硅主体材料的研究现状,对其分子结构特征、热力学性质、光物理性能、电化学性质及电致发光器件性能等做了详细的归纳总结,讨论了芳基硅主体材料在有机电致发光器件方面存在的不足,并展望了其应用前景和发展方向。

分子印迹聚合物(MIPs)是模拟抗原-抗体识别机制,人工构筑的对目标物具有专一识别性的材料,构建具有优异水相识别能力的MIPs是分子印迹领域长期面临的挑战。近年来水相识别MIPs以其优异的抗基质干扰和水中识别能力,引起了分析化学家、材料学家和环境学家的广泛关注。本文综述了近年来水相识别MIPs在样品预处理中的应用研究。首先,简要介绍了MIPs的构筑原理、优势及面临水相识别困难的挑战。其次,介绍了样品前处理技术及其重要性。再次,结合各类新兴材料和MIPs制备技术,从样品前处理技术的角度(包括固相萃取、分散固相萃取、磁固相萃取、固相微萃取、管尖固相萃取和搅拌棒吸附萃取)全面总结了水相识别MIPs在含水样品分析中的应用,并结合材料性能和分析参数讨论了各类方法的分析优势。最后,分别从水相识别MIPs构建和预处理两方面提出了该领域面临的挑战和未来的发展趋势。

谷胱甘肽作为细胞中最丰富的非蛋白巯基化合物,对维持人体正常生理活动有着重要作用。因此,能够高效灵敏检测谷胱甘肽意义重大。荧光探针法具有操作方便、特异性优良和灵敏度高等优点,成为目前检测生物样品中谷胱甘肽的主要手段。荧光探针法的成功应用还得益于谷胱甘肽的特殊结构特征,如巯基的亲核性、还原性、对金属离子高亲合力以及氨基的协同反应能力。本文针对近五年来特异性检测谷胱甘肽的荧光探针进行总结,将其分为有机荧光探针和无机荧光探针两大类,并结合香豆素、BODIPY、罗丹明、花菁、苯并噻唑、萘酰亚胺、金属有机骨架、半导体量子点、碳点、金属纳米颗粒、二氧化锰纳米片、石墨烯量子点等有机/无机荧光探针的结构特征,综述了迈克尔加成反应、亲核取代、还原反应以及硫醇诱导的2,4-二硝基苯磺酰基的断裂反应与络合反应等传感机理。同时,对探针的设计策略、谷胱甘肽的响应模式及其在实际中的应用进行了阐述和分析,以期为新型谷胱甘肽荧光探针的构建提供新的思路。

生物医用材料旨在通过调控材料和细胞之间的相互作用来实现组织的再生和修复。黏附过程直接决定了细胞是否能够充分发挥生物学性能,因此通过对材料表面的物理和化学改性来调控细胞黏附,对于生物材料具有至关重要的意义,也是非常活跃的研究热点。材料表面物理改性通常通过对包括表面粗糙度、形貌、模量和多孔结构等物理性质的调控,为细胞构建适合黏附的材料表面。而化学改性则借助于表面电荷及亲疏水性调控、促黏分子修饰等化学手段来提高材料表面与细胞间的相互作用力,进而促进细胞黏附。近年来,材料表面调控细胞黏附的研究取得了许多新的突破性进展。例如在传统的促黏分子表面修饰之外,人们逐步发现对促黏分子序构的精准调控也可以有效地提高材料表面的促黏性能。而刺激响应性表面则可以根据外界信号的刺激,使得材料表面在促黏和抗黏之间实现智能的转换。本文从物理改性、化学修饰、刺激响应性表面构建等角度出发,全面总结和讨论了材料表面性质对细胞黏附的调控作用,梳理了材料表面的设计思路,多种材料表面的修饰改性方法等最新进展,并展望了未来材料表面对细胞黏附的调控思路。

皮肤是人体最大的器官,能够感知和应对复杂的环境刺激。以石墨烯作为核心部件制备的柔性传感器具有很强的刺激感知能力,可以模拟人体皮肤的柔韧性和拉伸性,是目前最具商业化潜力的可穿戴传感技术。本文首先介绍了传感器的压阻式、电容式、压电式、晶体管式等不同工作机制和评价其性能的如灵敏度、检测范围、响应速度等参数,总结了石墨烯的优点和制备方法。结合本课题组在石墨烯复合聚苯胺、银纳米粒子、碳纳米管和量子点等构建多功能石墨烯基柔性传感器的研究基础,从检测对象的种类出发,重点阐述了石墨烯基柔性传感器在检测压力、应变、温度、湿度、化学分子、生物分子和气体等单一目标物的性能以及石墨烯基多功能柔性传感器的应用。最后,对石墨烯基柔性传感器的未来发展方向做了展望。

金属-有机框架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是由金属离子与有机配体通过配位键连接而成的高度有序多孔网络框架。MOFs具有比表面积大、孔径可调、结构多样等特性,在材料、环境以及生物医药等领域的应用具有潜在的优势。但是,MOFs存在易水解、稳定性较低、导电性差以及不易加工等缺点,与其他材料复合是改善其性能的有效途径之一。石墨烯具有突出的化学稳定性、良好的导电性、光学特性和力学特性等性能。石墨烯与MOFs的复合可有效提高和改善MOFs光电性能、稳定性以及可回收利用性。本综述介绍了原位生长法、界面生长法和共混成型法等石墨烯/MOFs复合材料的制备方法。进一步论述了其在气体分离与存储、水体净化、化学传感器和催化剂领域的应用。最后,对石墨烯/MOFs复合材料制备技术的开发及其潜在应用进行了总结和展望。

非均相芬顿反应由于固体芬顿催化剂与H₂O₂反应生成高活性羟基自由基,在去除难降解有机物方面得到了广泛的关注。与均相芬顿相比,其具有pH响应范围广、催化剂稳定性和可重复使用性好以及产泥量少等优点。然而,非均相芬顿反应仍存在一些缺陷,如金属离子析出、H₂O₂有效利用率低和Fe(Ⅱ)生成速率慢等,阻碍了非均相芬顿在实际废水处理中的应用。为解决这些问题研究者做了大量的工作,本文综述了非均相芬顿反应机制,总结了加速Fe(Ⅱ)生成和促进H₂O₂分解的策略,以期为开展非均相芬顿催化剂的研究提供技术支持。

零价铝(Zero-Valent Aluminum, ZVAl)因具有极低的氧化还原电位,使其成为良好的电子供体,是环境工程污染物降解领域中极具潜势的零价金属。然而,由于ZVAl的强还原活性,其表面易形成致密的氧化薄膜、破膜后易再次钝化和电子的利用率低等缺点,制约了其与污染物的反应。研究表明,碳材料在修饰ZVAl时,不仅可以引发电偶和晶间腐蚀、强化传质过程、加速电子转移,提高ZVAl的反应效率;还能赋予材料优异的机械强度,克服ZVAl自身的弊端,阻滞氧气和腐蚀介质的侵蚀,维持材料的长效性;此外,碳材料的亲疏水性质、带电荷和表面官能团的可调性提高了材料对污染物的特异性吸附,高催化活性使底物实现定向转化,提高了ZVAl体系的电子利用效率。鉴于此,本文系统总结了活性炭、石墨、碳纳米管和石墨烯等碳材料在不同修饰方法下对ZVAl的作用机制、产生的功能效用,探讨了修饰参数(碳材料的种类和比例、过程控制剂的种类、热处理的温度和时间、ZVAl的几何形态等)对复合材料的影响规律,并就精确控制参数、深入研究机理,实现功能化复合材料的定向制备以拓宽其应用价值进行了展望。以期通过不同学科相关领域的深入了解,促进铝碳复合材料在环境污染治理领域的进一步发展。

应用零价铁(ZVI)去除水中(类)金属(含氧)离子是近年来研究的热点。在ZVI除污染过程中,同步提升ZVI除污的反应活性与电子效率对该技术进一步推广应用至关重要。本文综述了近十年(2011-2021年)ZVI的提升技术,主要涉及硫化、外加弱磁场、投加Fe²⁺、投加氧化剂以及其他新型技术。从不同体系广谱研究以及单一体系具体研究的角度,系统分析了这些技术对ZVI去除含氧水体中(类)金属(含氧)离子的反应活性、去除容量、电子效率的提升表现及作用机制。最后,对ZVI技术未来的研究方向作出了展望,以期促进ZVI技术的进一步完善与发展。本文有望为增强零价铁去除污染物的实际效能提供新的探索方向并完备相关理论基础。

MXenes是一类结构新颖的无机层状纳米材料,它是由几个原子层厚度的过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物构成,目前被广泛应用于能源、光学、催化和吸附等领域。由于其具有高亲水性、比表面积大、表面带负电和高离子交换力等特性,被作为一种优异的吸附剂材料。MXenes材料会通过静电吸引、配位螯合等相互作用去除环境中的重金属离子与放射性元素,有望成为吸附重金属离子与放射性元素的理想载体。本文介绍了MXene材料的结构与制备方法,其去除重金属离子(如铬(Cr)、汞(Hg)、铅(Pb)、镍(Ni))与放射性元素(如铀(U)、铯(Cs)、铕(Eu)、钡(Ba)、锶(Sr))的研究进展,并对其相关的吸附行为与相互作用机理进行了重点阐述。此外,还对MXene材料在该领域所面对的挑战和未来发展进行了展望。