化学进展

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赖月, 王超, 张洁, 周顺桂, 刘昌庚, 叶捷

DOI: 10.7536/PC230707

录用日期: 2024-04-15

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摘要

污泥是污水处理过程中不可避免的副产物。由于其含水率高、体积大且含有大量有毒有害物质,因此需要进行减量化和无害化处理。然而,污泥拥有带负电官能团电离形成的胞外聚合物（EPS）,能够维持稳定的水合胶体结构阻止水的释放,是造成污泥脱水困难的关键因素。近十年,基于硫酸根自由基的高级氧化技术（SR-AOPs）因其对EPS破解效率高、反应迅速且环境友好等优点受到大量关注,硫酸根自由基也因此成为强化污泥脱水的新利器。本文详细梳理了硫酸根自由基的发展时间线和活化机制,系统评价了国内外SR-AOPs改善污泥脱水性能、去除污泥中微量污染物和重金属的研究现状。基于现阶段SR-AOPs在污泥调理方面存在的科学问题,从机理研究、成本效益、试验规模等角度展望了未来的发展研究方向,以期为我国污水处理厂的污泥调理提供坚实理论参考。

静电纺丝在制备高性能锂离子电池负极材料中的应用

马思畅, 李东阳, 徐睿

DOI: 10.7536/PC230709

录用日期: 2024-04-15

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摘要

大规模储能设备的快速发展对锂离子电池的能量密度提出了更高要求,负极材料作为锂离子电池的重要组成部分,对电池的性能提升起着关键作用。但目前商用电池负极以导电性能良好的石墨类材料为主,其普遍存在能量密度低、倍率性能差等缺点。而新一代硅碳负极虽然可以提升负极比容量,却仍存在多种问题,包括体积膨胀、倍率性能差、循环寿命短等。因此,开发新型负极材料以实现具有更高能量密度、更长循环寿命和更优异倍率特性的锂离子电池十分重要。高电压静电纺丝作为一种制备柔性纳米纤维的常用方法,用其制备柔性负极材料有望提高电池的能量密度并解决其它相关问题,具有极大的发展前景。因此,本文综述了静电纺丝在制备关键锂离子电池负极材料的设计策略和研究进展,包括碳基、钛基、硅基、锡基以及其它金属化合物,并对未来电纺负极材料的发展方向作出了展望。

金属-有机框架材料在储能领域的应用研究

申翰林, 戴民, 李卓, 田宇楠, 李天微, 胡宪伟

DOI: 10.7536/PC230823

录用日期: 2024-04-15

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摘要

由于大比表面积、多孔隙性、结构可调、易于改性、复合容易等特性使得金属-有机框架材料及其衍生物被研究者广泛应用于电极材料、隔膜、电催化剂等储能领域材料,但是MOFs材料在实际投入应用中仍存在许多问题。本文综述了MOFs及其衍生材料在碱金属离子电池、金属-硫属电池、水系锌离子电池、超级电容器等储能器件中应用的最新进展,对于二次电池中常出现的枝晶生长、穿梭效应等问题提出设计解决思路。此外也总结了MOFs衍生碳材料异质结构、金属化合物结构改性的设计思路。最后对MOFs材料前驱体本征调控、衍生材料改性策略进行总结与展望。

基于木质纤维素的生物基材料研究进展

徐斌, 刘建国, 张兴华, 陈伦刚, 张琦, 马隆龙

DOI: 10.7536/PC230903

录用日期: 2024-04-15

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摘要

随着化石能源的不断消耗和生态环境的不断破坏,开发环境友好型的可再生电化学储能装置与生物医疗材料显得尤为迫切。木质纤维素类生物质作为重要的可再生资源,具有成本低、易于获得、环境友好、孔隙结构丰富等优势,其作为一种可再生、可生物降解、具有生物相容性的优秀改性材料基质,具有广泛的应用前景。本文对制备用于高性能储能装置与生物医疗领域的生物质衍生材料的最新研究进展进行了总结与展望,同时指出面临的问题与挑战。

石墨烯在析氢电催化剂中的应用

张一鸣, 郭建平, 张家乐, 郑奥文, 王艳艳, 田广科

DOI: 10.7536/PC230905

录用日期: 2024-04-15

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摘要

氢能源是新能源技术发展的重要方向。工业化规模电解水制氢需要采用低成本析氢催化剂材料降低其过电势。石墨烯因其具有超大的比表面积、优异的导电性、良好的稳定性、可调的电子结构以及结构和表面态易于修饰等优点,在析氢电催化剂材料中展现出了广阔的应用前景。本文详细分析了石墨烯应用于析氢电催化中的作用机制。依据作用机制的不同,对石墨烯析氢电催化剂材料进行了分类,并对其最新研究进展进行了综述。最后对石墨烯析氢电催化材料的发展方向进行了展望。

本征阻燃聚氨酯泡沫的制备及应用研究进展

符志成, 冯露萍, 罗伟, 汪婷, 邓瑾妮, 安文丽, 陈明军

DOI: 10.7536/PC230907

录用日期: 2024-04-15

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摘要

聚氨酯泡沫是20世纪以来最为重要且用量最大的合成聚合物之一,因其密度低、比强度高、隔热性能突出等优势,在航空航天吸音降噪、铁路固化道床、建筑隔热保温等领域得到广泛运用。然而,高度易燃性严重威胁人民生命财产安全,制约其进一步发展。虽通过添加型阻燃剂引入或表面阻燃涂覆处理可以简便高效地提升聚氨酯泡沫的阻燃性能,但这两种阻燃方式不可避免地引发阻燃剂迁移与析出,导致阻燃性能失效,并对其内在性能造成不可忽视的损害。相较之下,以共聚合的方式将反应型阻燃剂分子引入聚合物链段以赋予聚氨酯泡沫本征阻燃性能,可有效解决阻燃剂迁移析出等问题,对基材自身的性能影响也较小,更被工业界所青睐,在未来工程领域具有更广阔的应用前景。本文将从单体分子阻燃改性设计角度出发,综述近十年制备本征阻燃聚氨酯泡沫的各种方法,包括多元醇改性、异氰酸酯改性、助剂改性以及其它改性等,剖析目前仍需克服的挑战,并对未来的应用发展方向进行展望。

MOFs基光电化学传感界面及其应用

周存银, 黄娟, 王琼, 唐浩, 胡云楚, 王文磊

DOI: 10.7536/PC230913

录用日期: 2024-04-15

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摘要

光电化学传感分析是近年来迅速发展的一种新型分析技术,光电化学传感界面中的光电活性材料是光电化学传感检测的关键。金属有机框架（MOFs）及其衍生物可能是分散光电活性物质构建光电化学传感界面的理想载体。因MOFs材料中有机配体的“天线效应”,金属簇可看作被活化的分立的半导体量子点,使其具有与半导体类似的光电特性。对MOFs材料进行碳基化合物、有机聚合物、贵金属纳米粒子、无机氧化物、量子点修饰,构建MOFs基光电化学传感界面,可以提高MOFs的导电性,促进光生电子-空穴的分离,从而提高光电转换效率。利用MOFs基光电化学传感界面对光电化学传感产生信号放大的作用,可实现对目标物的超灵敏检测。基于此,本文对MOFs基材料光电活性机理、合成方法及光电活性界面构建策略进行了详细的介绍,全面综述了近年来MOFs基材料在小分子化合物、免疫分析、酶活性及环境分析等光电化学传感检测中的应用,并对其发展前景进行了展望。

MXene基复合材料的制备及其在光电催化合成氨中的应用

孙涛, 孙添添, 鲁铭, 孙威, 刘春波

DOI: 10.7536/PC230914

录用日期: 2024-04-15

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摘要

近年来,生态污染和能源稀缺问题影响着人类的生活,绿色、低碳的光、电催化技术引起了人们的广泛关注。基于半导体的光、电催化技术在合成氨应用上极具前景,而由于单一半导体存在载流子分离效率低、容易复合等缺点,因此寻找能够提升固氮催化剂性能的助催化剂成为关键。二维过渡金属碳化物/氮化物/碳氮化物MXene,在光、电催化合成氨领域具有广阔的应用前景。MXene具有良好的亲水性、大的比表面积、优异的导电性和丰富的高效催化N₂还原的活性位点,是光、电催化固氮材料的理想选择。本文主要综述了MXene及复合材料的制备及其在光电催化合成氨领域的进展。首先,简要总结了MXene的结构特点和MXene及其复合物的制备策略。其次,重点介绍了MXene基复合催化剂在光、电催化合成氨方面的性能研究。最后对MXene基复合材料的发展方向进行探讨与展望。

乙炔选择性加氢：从热催化到电、光和光热催化

庞百胜, 邢盈盈, 高瑞鸿, 方要华, 张海军, 黄亮

DOI: 10.7536/PC231104

录用日期: 2024-04-15

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摘要

乙烯是现代石化工业中最重要的原料之一。通过石油烃类蒸汽裂解制备乙烯的同时会生成体积分数约为0.3%~3%的乙炔。这些微量乙炔会使乙烯聚合反应的催化剂中毒。乙炔选择性催化加氢被认为是脱除乙炔杂质的最有效方法之一。本文综述了乙炔选择性加氢近年来的研究进展,介绍了乙炔加氢的反应机理,归纳总结了催化剂活性组分、助剂以及载体等对乙炔选择性加氢性能的影响。从电催化、光催化和光热催化的角度论述了如何进一步提高乙炔选择性加氢性能的发展趋势。最后对乙炔选择性加氢的后续研究提出一些建议。

糖尿病呼出气体检测与分析研究进展

吴昊坪, 李磊, 曾睿, 祝雨晨, 赵斌, 冯飞

DOI: 10.7536/PC231110

录用日期: 2024-04-15

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摘要

近年来,呼出气检测在糖尿病领域的研究引起了广泛关注。通过使用中英文学术搜索引擎的检索分析,综合了114篇相关文献,探讨了糖尿病与呼出气体检测之间的关联。糖尿病作为一种代谢性疾病,利用现代检测分析方法,如气相色谱、质谱、光谱和传感器检测等,实现了对糖尿病患者呼出气体的检测和监测。本综述概述了糖尿病患者呼出气体中一些挥发性有机化合物的成分及其来源,并评估了以机器学习为基础的算法在支持糖尿病及其并发症风险预测模型方面的应用。此外,对国内外糖尿病呼出气检测的发展与应用进行了探讨,并对其局限性和未来潜在应用进行了评价。

单晶高镍三元正极材料的合成及改性

吴涵锋, 邓久帅, 刘晋利, 吴英强, 王莉, 何向明

DOI: 10.7536/PC231112

录用日期: 2024-04-15

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摘要

随着便携式电子产品、电动汽车领域的快速发展,高能量密度锂离子电池的需求度正在日益增加。镍含量在0.6（含）以上的的高镍三元材料体系（例如LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂,LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂和LiNi_0.9Co_0.05Mn_0.05O₂）在截止电压为4.3 V（vs. Li⁺/Li）的条件下,可逆比容量超过200 mAh g^-1,是高比容量正极的重要发展方向。然而,多晶三元材料的机械强度和压实密度较低,且颗粒中的一次晶粒间存在各向异性,导致在充放电过程中会在多晶颗粒内产生晶间裂纹,电解液会沿晶间裂纹向颗粒内部渗透,从而加剧电极-电解液副反应、恶化电池的循环性能和安全性能。采用无晶界的单晶结构设计可以减少晶间裂纹的形成,抑制界面副反应,提高循环稳定性。本文将对单晶高镍三元材料的优势与存在问题进行综述,并对其合成方法和改性策略进行分析,最后,对单晶高镍三元材料的应用前景与面临的挑战进行评述与展望。

生物质基平台化合物催化转化制备戊二醇

邓佳慧, 刘毅, 张良清, 邱佳容, 陈剑锋, 曾宪海

DOI: 10.7536/PC231118

录用日期: 2024-04-15

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摘要

戊二醇（1,2-戊二醇、1,4-戊二醇及1,5-戊二醇等）是全球广泛使用的重要医药化工原料,不仅可以用作杀菌剂丙环唑的中间体和化妆品配方的生产,还是生产表面活性剂、聚酯纤维和医药等产品的关键成分。近年来,随着国内外市场的发展,开发生产戊二醇的需求不断增加,工业上通常采用不可再生的化石原料制备戊二醇,对环境污染严重,因此以可再生的生物质基为原料催化转化制备戊二醇是一种绿色生产工艺,更具有良好的应用前景和研究价值。本文系统总结了近年国内外生物质基平台化合物（木糖、糠醛、糠醇、四氢糠醇、γ-戊内酯和乙酰丙酸）为原料催化加氢制备戊二醇的研究现状,对制备戊二醇的催化剂进行了分析总结,从不同催化体系（贵金属和非贵金属）、反应机理、反应路径、反应条件及催化剂的稳定性等方面进行详细阐述,并且在此基础上从绿色环保和经济等多角度出发对完善生物质基制备戊二醇的生产工艺进行了展望,为进一步开发新型、高效、绿色和稳定的催化剂体系提供理论指导和有益借鉴。

基于微流控芯片的体外血管网络模型的研究进展

王芳田, 赵亮, 郭广生, 汪夏燕

DOI: 10.7536/PC240121

录用日期: 2024-04-15

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摘要

血管是人体维持器官特定功能和调节体内稳态的重要生理系统。随着组织工程技术和微流控技术的不断发展,基于微流控芯片技术的体外微血管系统已经成为生物医学工程领域重要的在体外重构血管模型的手段,为基础研究和转化医学研究提供了新的工具。微流控技术弥补了传统体外血管模型存在的缺陷,具有巨大的应用潜力。本综述中,我们总结和讨论了微流控体外血管模型的主要构建方法以及各种方法的异同点,为建立更加可靠的体外血管系统模型提供参考。我们也探讨了在这些体外微血管模型的构建过程中,微流控技术所起到的决定性作用和其独特的优势。

用于电催化硝酸盐还原铜基催化剂的研究进展

林长征, 朱金薇, 李潍嘉, 陈浩, 冯江涛, 延卫

DOI: 10.7536/PC240123

录用日期: 2024-04-15

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摘要

近年来,电催化硝酸盐还原（Electrochemical nitrate reduction reaction,ENitRR）在常温常压合成氨中受到广泛关注,与传统的Haber-Bosch合成氨工艺相比,ENitRR的能耗更低,反应条件更温和。ENitRR电催化剂的合理设计和优化对于硝酸盐脱氧和加氢至关重要。铜基催化材料凭借其特殊结构、低成本和优异的催化性能,通过各种形态和电子结构的调节策略,近年来被发展成为极具前景的电催化剂。为了进一步探索这一领域的新可能性,本文以铜基电催化剂的合理调控为典型实例,总结了各种有效提高ENitRR产氨率和转化效率的设计策略。在介绍ENitRR反应机理的基础上,综合总结了改变Cu基电催化剂的结构和性能的6种策略,即形貌调制、合金工程、晶面调控、单原子结构、铜化合物和其他材料复合的构建,并讨论了催化剂调制与相应ENitRR性能之间的关系。最后,提出了基于铜基电催化剂的ENitRR面临的挑战和未来应该关注的研究方向,以期为从事水体硝酸盐电化学处理的研究人员提供一定的参考和启发。

药物及个人护理用品（PPCPs）的生态毒理研究

高川子, 廖浩麟, 王毅博, 郑一, 郑春苗, 裘文慧

DOI: 10.7536/PC240127

录用日期: 2024-04-15

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摘要

药物及个人护理用品（PPCPs）是近年来被高度关注的一大类新兴污染物。PPCPs的大量生产和快速消费需求,使其广泛进入并普遍存在各大环境介质中,由于迁移转化和生物蓄积作用,PPCPs进入生态环境,对生物体和人体造成不同程度的负面影响,给生态环境和人体健康带来严重威胁。本文总结了目前PPCPs在环境中的暴露来源、途径及特征,归总了PPCPs在环境中的降解方法及途径,综述了PPCPs的主要生物毒性效应,概述了PPCPs在人体的内暴露情况及其对人体健康的影响,最后对PPCPs生态毒理方向的研究方向进行了展望。

细胞内单链DNA及高通量分析技术研究进展

李锐奇, 赖玮毅, 汪海林

DOI: 10.7536/PC240304

录用日期: 2024-04-15

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摘要

在DNA复制、转录、双链断裂损伤修复等生命过程中,双链DNA会暂时解旋形成单链DNA（single strand DNA, ssDNA）。ssDNA可能影响基因组的稳定性,也可能参与构成非B型结构DNA,反过来调节和影响某些关键细胞和有机体过程。本综述简要介绍了单链DNA形成的原因、参与构成的结构及在细胞中可能产生的功能,并总结了部分单链DNA高通量分析技术,为后续单链DNA研究提供方法启示,促进单链DNA分析技术和方法的进一步发展。

纳米纤维复合水凝胶研究进展

马雨晴, 李政, 郑国保, 张松楠, 巩继贤, 乔长晟

DOI: 10.7536/PC240305

录用日期: 2024-04-15

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摘要

水凝胶因其优异柔软性、湿润性、响应性和生物相容性等特性已成为跨学科研究最广泛的材料之一。但水凝胶的力学性能较差,无法满足作为一些特殊材料的使用。纳米纤维因其高长径比、纤维形貌均匀和易功能化等特点,被用来制备具有纳米尺寸、多孔结构和可调机械性能的纳米纤维复合水凝胶。纳米纤维复合水凝胶具有合适的机械性能、延展性、粘附性和可以模拟细胞外基质（Extracellular matrix, ECM）的微观结构及细胞的微环境等特点,使其在多领域广泛应用。本文从纳米纤维复合水凝胶的分类、制备方法及其在多功能伤口敷料、组织工程、传感器、吸滤材料等领域的开发及应用进行总结,并对其未来的发展进行了展望。

共价有机框架在光催化有机反应中的研究进展

王静怡, 许昕, 郑仕佳, 魏丕峰, 安万凯

DOI: 10.7536/PC230824

录用日期: 2024-04-15

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摘要

共价有机框架（Covalent Organic Frameworks, COFs）由于其优异的光催化活性成为多孔材料领域的研究热点。与其它多相光催化剂相比,COFs具有规整且可控的结构、大的比表面积、均匀的孔道、良好的稳定性、可回收利用性、合适的能带结构、可调节的吸光范围和易于功能化等优点,使其具有更高的研究潜力和工业化应用价值。近年来COFs在光催化领域的应用突飞猛进,尤其是在光催化有机反应方向取得了巨大进展,极大地促进了COFs的发展。本综述简单介绍一些光功能化COFs的合成策略,如：自下而上（bottom-up）的策略、后修饰方法和复合法,然后总结了COFs光催化反应机理分为能量转移和电子转移两种途径,而后重点总结和讨论COFs作为光催化剂在光催化选择性氧化反应、还原反应、偶联反应、环化反应、聚合反应和不对称有机合成等反应中的最新研究进展,最后对COFs在光催化有机反应中的应用进行总结和展望。

“环境催化城市”：概念提出和研究展望

马金珠, 楚碧武, 马庆鑫, 何广智, 刘倩, 王书肖, 贺克斌, 赵进才, 贺泓

DOI: 10.7536/PC24021

录用日期: 2024-03-19

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摘要

大气污染是城市环境质量改善面临的重大挑战。城市化过程既是造成城市大气高度复合污染的重要原因,也为城市自净化大气污染物提供了可人为强化的条件。“环境催化城市”是指将城市中的建筑物内外、硬化地面等表面涂覆催化材料,在自然界的光、热等条件下实现环境中低浓度气态污染物自发催化净化的城市。构建“环境催化城市”对低碳控制大气复合污染,持续改善室内外环境空气质量,规划建设“自净城市”意义重大。本文提出了“环境催化城市”概念,并对如何完善和发展“环境催化城市”理论和实践进行了展望。

纳米材料表面化学作用之电子结构原理

相国磊

DOI: 10.7536/PC240105

录用日期: 2024-03-18

预出版日期: 2024-03-18

摘要

在电子结构层面揭示纳米材料表面化学作用的物理与化学机制、共性规律与普适原理是纳米材料相关领域基础研究的最基本科学目标,然而由于缺乏成熟的研究策略和系统性认知框架,相关概念与理论体系长期不完善,导致纳米化学领域的理论认识远远落后于实验探索。本文基于作者近年研究成果,介绍基于表面价轨道竞争重构机制的纳米材料表面化学作用电子结构层面概念与理论框架。基于表面吸附电子态与纳米材料能带态间的相互作用与相互影响模型,对纳米材料表面化学领域的一些代表性共性科学问题作出自洽回答：(1) 阐明了纳米材料表面活性与稳定性的对立统一关系源于波函数归一化原理;(2) 揭示出尺寸减小增强纳米材料表面化学活性的物理根源有两种机制,一是削弱对表面价原子轨道的束缚强度,二是放大缺陷等其他结构参数的影响效果;(3) 纳米尺度协同化学吸附(NCC)模型揭示出配体覆盖度调控纳米材料能带电子态及物理与化学性质的电子结构层面机制与共性规律;(4) 阐明了纳米材料尺寸(r)、比表面积(S/V)、表面配体及覆盖度(θ)在纳米表面化学作用中的作用与机制。

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摘要

光催化甲烷直接转化制甲醇提高甲烷转化率和甲醇选择性的研究进展

韩春秋, 曹玥晗, 黄川, 吕伟峰, 周莹

DOI: 10.7536/PC231020

录用日期: 2024-03-13

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摘要

光催化甲烷(CH₄)直接转化制甲醇(CH₃OH)为化学储能和高值化学品的合成提供了一种有效途径。然而,由于CH₄分子活化困难,且CH₃OH较CH₄更活泼,更容易发生过氧化反应,导致CH₄的转化率较低,CH₃OH的选择性也较低。因此,选择性光催化CH₄直接转化制CH₃OH仍面临巨大挑战。本文综述了近年来在光催化CH₄直接转化制CH₃OH研究中提高CH₄转化率和CH₃OH选择性的研究思路,以及相应的催化剂设计策略。在提高CH₄转化率方面,主要的研究思路是通过改善活性氧自由基活化或催化活化路径有效活化CH₄。在提高CH₃OH选择性方面,主要的思路为抑制CH₃OH的过氧化或实现CH₃OH再生。为了提高CH₄的转化率和CH₃OH的选择性,催化设计策略主要为负载助催化剂,调控催化材料的尺寸和构造氧空位等。最后,本综述对光催化CH₄直接转化制CH₃OH的未来研究方向提出了展望。

聚合物-微生物杂合体的构建及催化应用

邹雨泰, 王文硕, 刘健

DOI: 10.7536/PC231113

录用日期: 2024-03-13

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摘要

设计开发材料-微生物杂合体系,利用太阳能等可再生能源进行绿色生物合成,有望为人类社会提供解决全球能源短缺和环境危机的可行方案。将人工材料优异的物理化学特性与微生物的生物合成功能进行耦合,构建杂合体系的研究在近年来受到了广泛关注。聚合物材料因为其功能多样、可设计性强、生物兼容性好等特点而被广泛应用于构建材料-微生物杂合体,在生物能源领域展现出广阔的应用前景。本文从聚合物材料的功能特点出发,系统总结了不同类型的聚合物-微生物杂合体,并论述了聚合物材料通过增强光能利用、加速电子传递、稳定生物活性等机制对杂合体催化性能的强化。最后,本文对聚合物-微生物杂合体系面临的挑战和未来发展前景进行了展望。

低对称性二维过渡金属硫族化合物的化学气相沉积法制备

陈芸, 张辉, 罗政, 毛卫国, 潘俊安, 王珊珊

DOI: 10.7536/PC230810

录用日期: 2024-03-13

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摘要

低对称性二维材料是一类晶格对称操作少,纵向仅有原子级厚度的新型纳米材料。在二维过渡金属硫族化合物(Transition Metal Dichalcogenides,TMDs)体系中,1T'-MoTe₂、1T'-WTe₂、1T'-ReS₂和1T'-ReSe₂是典型低对称性成员。独特的晶格对称性为它们带来了丰富的各向异性理化性质,因而在微纳光子学、触觉传感器、各向异性逻辑器件等领域具有特殊应用前景。低对称性二维TMDs材料的基础研究和应用开发依赖于对这类材料的高质量、大尺寸、稳定制备,因此,本文以这4类材料为典型,首先按金属前驱体进行分类,综述了近年来有关低对称性二维TMDs材料的化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)制备方法。其次,针对制备过程中1T'-MoTe₂容易发生相转变,1T'-ReS₂、1T'-ReSe₂与基底间相互作用力弱等特点,介绍了1T'-MoTe₂制备过程中的相调控机制,以及1T'-ReS₂、1T'-ReSe₂制备过程中的基底工程研究。最后,本文对低对称性二维TMDs材料未来的挑战与机遇进行了展望。

Cu基催化剂选择性催化氨燃烧应用研究

张倩, 陶润泽, 黄宇, 谭厚章, 崔保崇

DOI: 10.7536/PC230816

录用日期: 2024-03-13

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摘要

氨气具有高热值、清洁无碳可再生、储运成本低等特点,被认为是能够替代传统化石燃料的新型能源载体之一。目前氨燃烧面临NO_x排放高、点火困难及燃烧速度慢的问题,选择性催化氨燃烧能够降低起燃温度、增强燃烧稳定性、提升燃料转化率和降低NO_x排放,是一种高效且有潜力的技术。Cu基催化剂成本低、具有良好的低温氨催化燃烧性能及较高的N₂选择性,本文介绍了选择性催化氨燃烧的反应装置;NH-HNO,N₂H₄和i-SCR三种反应机理及其研究方法;重点阐述了近年来Cu基负载型催化剂在氨催化氧化应用中的研究进展,从制备方法、载体种类与载体-金属相互作用、活性组分（包括单一组分Cu基催化剂及多组分Cu基催化剂）等方面对催化性能的影响进行了详细综述;最后总结并对氨催化燃烧存在的问题和未来发展方向进行了展望。

稀土选矿药剂研究现状及展望

谢美英, 杨帆, 薛丽燕, 王凯先, 江正明, 李亚祝

DOI: 10.7536/PC230821

录用日期: 2024-03-13

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摘要

稀土拥有一系列优异的物理化学性质,在众多领域均有重要应用,是中国、美国、日本、澳大利亚等众多大国公认的关键矿产资源。然而稀土矿物种类繁多、品位低,常与性质相似的脉石矿物紧密共生,其选矿富集很大程度依赖于稀土选矿药剂的发展。本文以稀土资源高效选矿富集为导向,总结了矿物型稀土矿浮选药剂,含捕收剂、抑制剂、活化剂、起泡剂的研发现状及其浮选作用机理,概述了离子型稀土矿化学选矿试剂,含浸出剂、沉淀剂的研究现状及其浸矿机理,并重点总结和评价了当前稀土浮选捕收剂现状,最后指出了未来稀土选矿药剂的研究方向。本综述将为从事稀土选矿和分离富集技术研究或相关药剂研发的企业和工作人员提供一定参考。

催化材料的空间限域效应及其低温脱硝应用

张巍, 伍乔, 付业昊, 梁垚城, 阮敏, 尹艳山, 成珊

DOI: 10.7536/PC231005

录用日期: 2024-03-13

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摘要

多孔材料的空间限域效应可以改变表面电子分布和电子传输性能,实现微纳孔域中的局部反应,有效防止外部环境对限域空间内活性物质产生影响,并抑制活性中心的团聚,是强化催化剂脱硝性能的有效途径。本文聚焦于不同催化材料表面能、周期性边界条件和电子能级的变化,探讨了空间限域效应的形成机制;阐述了限域效应对反应过程中活性物种分散性、氧化还原能力和分子吸附强度的影响以及限域效应中尺寸效应、封装效应和分子筛效应的调控策略;并总结了限域催化剂在脱硝过程中对NH₃吸附性能、反应选择性、抗毒性以及脱硝活性的强化作用,最后对限域型脱硝催化剂的发展前景作出了展望。

光催化固氮催化剂性能提升策略分析

郭丽君, 杨红, 邵圣娟, 刘音圻, 刘建新

DOI: 10.7536/PC231202

录用日期: 2024-03-13

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摘要

光催化固氮以太阳能作驱动力,常温常压下利用N₂和H₂O直接产生NH₃,工艺零碳排放,是极具前景的人工固氮方式之一,近年来受到研究者们的广泛关注。受限于N₂难活化、光生载流子利用率低及太阳光利用率低等因素制约,产氨效率依然不高,因此提升产氨效率是光催化固氮领域的研究重点。从N₂吸附活化、载流子分离与迁移、表面反应三个重要过程出发,通过对催化剂进行合理改性,在温和条件下促进N₂的活化和转化,并高效产生NH₃是极具前景的。因此本文主要从光催化剂改性方面进行研究,从N₂分子吸附和活化能力、光生电子的转移能力和光利用等性能提升方面对产氨效率的影响进行概述,对近几年在此方面的研究进行分析,最后对光催化固氮催化剂的改性策略进行总结。

MOFs衍生金属硫化物及其复合材料在光催化领域的应用

陈仕健, 潘雨萱, 钱俊峰, 程丽华, 王慧

DOI: 10.7536/PC230806

录用日期: 2024-03-13

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摘要

随着社会经济的快速发展,能源需求不断增加,太阳能成为具有发展潜力的清洁能源,长久有效使用太阳能成为迫切需要解决的问题。MOFs衍生金属硫化物由于具有母体MOFs优异的原始结构特征、更窄的带隙、促进电荷载流子分离的多孔结构等优点,在光催化领域受到越来越多的关注。尽管该领域目前处于起步阶段,但目前所报道的研究结果表明MOFs衍生硫化物光催化剂具有很高的实际应用潜力。本文主要综述了近5年国内外MOFs衍生金属硫化物及其复合材料的制备方法及其在光催化领域应用的最新研究进展,并对此类光催化剂未来的发展与挑战进行了展望,为新型高效复合光催化材料的合成及应用提供了新思路。

附着生物汞甲基化及其对水环境甲基汞归趋的影响

陈哲, 向玉萍, 阴永光, 刘艳伟, 陈路锋, 梁勇, 王定勇, 蔡勇

DOI: 10.7536/PC231014

录用日期: 2024-03-13

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摘要

汞是一种重要的全球性污染物。水环境是汞重要的汇,也是汞甲基化和生物累积最重要的场所。作为最重要的初级生产者之一,附着生物广泛存在于湖泊、湿地、溪流等水环境中。相较于底泥和水柱,附着生物具有增强的汞甲基化潜势,是水环境中甲基汞的重要来源以及汞进入食物链的关键途经。附着生物具有多层次的微生物结构及功能复杂性,不同物种之间的相互作用使其内部具有明显的氧化还原梯度,形成有利于汞甲基化的缺氧微环境。一方面,附着生物中的藻类和细菌可从周围水体中富集无机汞,为汞甲基化提供充足的底物。另一方面,附着生物中富含多种藻类、细菌等的代谢分泌物,其官能团（如巯基）可调控无机汞的赋存形态并增强其生物有效性。另外,不同微生物之间的代谢物共享可增强汞甲基化细菌的丰度和代谢活性,从而促进甲基汞的生成。附着生物中汞甲基化机制及生物累积的研究可为深入理解水环境中甲基汞的来源及归趋,准确评估汞污染与环境风险提供科学依据与数据支持。

钠离子电池层状氧化物正极材料耐高电压性能研究

丁丽香.李旭柯., 刘雪枫.刘镒民, 雷文, 张海军

DOI: 10.7536/PC231023

录用日期: 2024-03-13

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摘要

钠离子电池具有资源和成本的优势而在大规模储能和低速电动车领域展现出极大的应用前景。其中,层状氧化物正极材料由于其理论容量高,且易于合成等受到了广泛研究。然而,层状氧化物正极材料在循环过程中,尤其是高电压情况下容易出现结构不稳定、表面退化等现象,造成电池性能衰退,阻碍了其商业应用。基于此,本文综述了层状氧化物正极材料在高电压下的结构转变、表面退化以及氧损失等机制,分析和探讨了提高层状氧化物正极材料耐高电压性能的策略,期望为具有耐高电压性能的钠离子电池层状氧化物正极材料的设计开发提供参考;最后总结了钠离子电池层状氧化物正极材料在改性方面存在的不足及未来的研究方向。

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