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  • 综述
    王亚韡, 张秋瑞, 于南洋, 王媛, 韦斯, 方明亮, 田思诺, 史亚利, 史建波, 曲广波, 朱樱, 朱玉敏, 朱楚泓, 乔敏, 华江环, 刘美, 刘国瑞, 刘建国, 刘艳娜, 刘楠楠, 江龙飞, 汤书琴, 麦碧娴, 李成, 杨盼, 杨丽华, 杨荣艳, 杨莉莉, 杨晓溪, 杨瑞强, 邱兴华, 应光国, 汪妍, 张干, 张全, 张祯, 张影, 张芊芊, 陆蓉静, 陈达, 陈新, 陈荷霞, 陈景文, 陈嘉喆, 林炳丞, 罗孝俊, 罗春玲, 季荣, 金彪, 周炳升, 郑明辉, 赵时真, 赵美蓉, 赵繁荣, 姜璐, 祝凌燕, 姚林林, 姚婧知, 贺勇, 莫逊杰, 高川子, 郭勇勇, 盛南, 崔蕴晗, 梁承谦, 韩建, 程振, 曾艳红, 裘文慧, 蔡亚岐, 谭弘李, 潘丙才, 戴家银, 魏东斌, 廖春阳, 赵进才, 江桂斌
    化学进展. 2024, 36(11): 1607-1784. https://doi.org/10.7536/PC241114
         

    随着当今社会经济的快速发展以及工业化、城镇化进程的加速推进,环境污染问题的复杂性和严重性日益凸显。除传统污染物外,全球范围内不断出现的新污染物给环境与公众健康带来了新的挑战。我国“十四五”及中长期规划中提出“新污染物治理”,党的二十大报告也明确“开展新污染物治理”的要求。2022年,国务院办公厅印发了《新污染物治理行动方案》,生态环境部及各省、自治区、直辖市相继出台了相应的实施方案,我国生态环境保护进入了常规污染物与新污染物治理并重的新阶段。然而,新污染物治理是一项长期、动态且复杂的系统工程,亟需加强顶层设计和科技支撑。开展新污染物系统性研究,不仅为其管控提供有效的科学指引,提升环境质量管理水平,还能助力我国履行国际公约,增强全球环境治理中的话语权,确保我国环境安全、食品安全、国际贸易安全等,对实现可持续发展具有重要意义。本综述旨在对新污染物的种类特征、生产使用与排放、识别与鉴定、环境赋存、迁移转化、生态毒理效应、人体暴露与健康风险、治理策略等内容进行全面探讨,并展望未来研究方向,以期为我国新污染物治理提供科学依据和决策支持。

  • 综述
    林长征, 朱金薇, 李潍嘉, 陈浩, 冯江涛, 延卫
         

    近年来,电催化硝酸盐还原(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,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。

  • 许晴, 王昕悦, 蔡伟杰, 段红娟, 张海军, 李少平
         

    氧化物气凝胶是一种三维纳米多孔材料,具有高孔隙率、高比表面积、低热导率及高熔点等优点,表现出了优异的耐高温以及隔热性能。本文综述了氧化硅、氧化铝、氧化锆气凝胶、二元和多元耐高温隔热氧化物气凝胶及其复合气凝胶的研究进展,总结了氧化物气凝胶的制备方法和性能,提出了其中存在的问题,并对氧化物气凝胶在耐高温隔热领域的应用进行了展望。

  • 综述与评论
    郑再阳, 孙会彬, 黄维
         

    拉伸电子器件因具有优异的机械性能和电学性能,已成为当下信息电子领域的研究热点。作为拉伸电子器件中的高速电子传输通道,可拉伸导电材料在实现拉伸电子器件功能中起着至关重要的作用。液态金属因兼具本征柔性和优异导电性能,近年来逐渐成为拉伸导电复合材料领域的热点研究对象。液态金属是一种常温液态导电材料,由于其固有的高导电性、流动性和延展性,使其表现出优异的可拉伸性和可调性。基于液态金属的可拉伸导电复合材料制备与图案化技术相继被报道,并成功应用于制备兼具优秀机械和电气性能的可拉伸器件。鉴于液态金属基可拉伸复合材料的一般结构特点,制备的关键是如何解决不同材料之间物性差异所导致的界面处非浸润问题。因此,本文从常见的复合材料种类出发,首先简要介绍了常被采用的液态金属的一般组分与物理性质,以及常用的可拉伸聚合物基质材料。然后分别从“被动”和“主动”两种应对界面非浸润问题的解决方式以及共混分散法、新式改性法等综述了液态金属基导电复合材料中液态金属与弹性材料的复合方法。最后对这一领域的最新研究进展做了简单介绍,并对未来液态金属基复合导电材料的研究方向和所面临的问题做了初步探讨。

  • 综述
    张浩哲, 许文龙, 孟繁升, 赵强, 乔英云, 田原宇
         

    以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为代表的塑料制品,已成为现代生活和全球经济的重要组成部分。为解决PET废弃物引起的资源浪费和环境问题,实现材料的高值化循环利用,亟需探索低成本绿色高效转化回收方法。化学解聚可处理低价值、混合、受污染的塑料,通过不同的化学反应回收聚合物单体或化学升级再造生产具有高附加值的新产品,实现塑料废弃物的闭环循环及高值化应用,是建立循环聚合物经济的关键途径。本文综述了PET废弃物化学解聚工艺的研究进展,分析了PET废弃物化学解聚技术存在的问题,并对PET废弃物化学解聚工艺的未来发展趋势进行了展望。

  • 综述
    李锐奇, 赖玮毅, 汪海林
         

    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(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。

  • 综述
    于思珂, 鲍艳, 高璐, 张文博
         

    红外探测设备的高速发展对军事设备造成了巨大的威胁,红外隐身技术是提升军事设备生存、打击和突围能力的重要途径,在国防工业的发展中起着至关重要的作用。然而,战场环境复杂多变,仅具有红外隐身性能的材料在面临雷达探测、雨林、山地、海洋、沙漠等环境时难以满足实际需求。因此,开发多功能红外隐身材料势在必行。本文从红外隐身材料的机理出发,综述了不同红外隐身材料的研究进展,如低发射率材料、温度控制材料、可变发射率材料以及协同工作模式材料,讨论了不同红外隐身材料的调控手段;其次,重点介绍了适用于不同场景的多功能红外隐身材料,例如,多波段隐身、电磁屏蔽、抗菌防水、耐高温、防腐蚀以及阻燃性能的红外隐身材料,并对其设计机理进行了探讨;最后,对多功能红外隐身材料在未来的发展趋势进行了总结与展望。

  • 王丹钰, 郭梦珂, 郭子涵, 黄梦雨, 易桦, 张开翔
         

    核酸水凝胶具有良好的亲水性、可调节性和生物相容性,在过去几年里引起了广泛的关注,特别是在医疗领域和智能材料领域展现了良好的应用前景。核酸水凝胶具有刺激响应型,例如pH、光、温度、化学触发等外部刺激均可以引起它的物理化学变化,实现对环境的感知和响应型形变,进行时空可控的精准细胞治疗。基于刺激响应型核酸水凝胶的细胞捕获与释放可用于控制和调节细胞的行为,在生物医学研究和应用中发挥重要作用。基于此,本文总结了纯核酸水凝胶以及聚合物-核酸杂化水凝胶的制备方法,探讨了不同刺激响应型核酸水凝胶的应用策略,并重点综述了其基于细胞捕获和释放在细胞成像、药物递送和细胞治疗等方面的研究。最后讨论了核酸水凝胶研究亟须解决的问题,并对核酸水凝胶的未来发展进行了展望。

  • 综述
    周苏秦, 贾潞, 石传晋, 张爱琴, 刘淑强, 王华
         

    新型二维金属碳/氮化物MXene由于其特殊的二维结构和性能,可以和多种纺织材料进行复合,赋予纺织复合材料优异的导电性、力学性能等,在传感、电磁屏蔽、储能等领域展现出巨大的发展潜力。本文首先介绍了MXene的结构、制备方法和性能,对MXene基功能纺织复合材料的制备方法进行了总结,主要包括涂层法、静电纺丝、湿法纺丝、真空过滤法等;概述了MXene基功能纺织复合材料的结构(包覆式、嵌入式、混合式)对性能的影响,并对其在传感器、电磁屏蔽、能量传输和转化等方向的应用进行综述;最后对MXene基功能纺织复合材料研究领域的发展趋势进行展望。

  • 李罗钱, 饶睦敏, 陈宏, 廖世军
         

    随着电动汽车及个人智能电子设备的快速发展,发展高能量密度的锂离子电池已成为十分紧迫的重要课题,使用高电压的电极材料、提高电池的工作电压是实现高能量密度的重要途径。传统的碳酸酯电解液在高于4.3 V电压时会发生氧化反应等导致电解液分解,是发展高压电池的主要瓶颈之一。为解决这一问题,近年来人们在高压电解液设计及开发方面开展了大量的探索工作,取得了重要的研究成果。本文阐述了锂离子电池在高电压下的失效机制,以及电解液的变化对于电池性能的影响和机理;详细介绍了国内外学者在高电压电解液开发及抑制高电压衰减的策略方面的研究进展,并指出了高压电解液目前存在的困难及挑战,对未来解决这些问题和挑战的研究方向进行了展望。

  • 魏振林, 王鸿飞, 陈亚亮, 邢俊波, 李大勇
         

    微气泡/液滴在均匀温度梯度/溶质浓度梯度下会产生热毛细迁移/溶质迁移,进而在两相界面,尤其是气液界面处产生Marangoni效应。Marangoni效应可以在明显大于物体尺寸的距离以较高的速度实现对微气泡/液滴的操控,在生物、化学、医疗、材料、微制造等领域具有重要的潜在应用。本文介绍了光热/ 溶质Marangoni效应在微液滴/气泡操控过程中的驱动原理与特点;重点综述了不同驱动方式下微气泡/液滴Marangoni效应的研究现状,包括光热Marangoni效应引起的液滴动态变化、液滴在各种疏水表面上的移动原理以及激光照射下Marangoni效应对气泡移动、分离的控制过程;对热梯度驱动的Marangoni效应和溶质Marangoni效应控制气泡/液滴分离、蒸发、混合的典型案例进行了综述和分析;同时,介绍了近年来Marangoni效应在微气泡/液滴领域的最新应用,并对微气泡/液滴Marangoni效应未来的发展方向进行了展望。

  • 丁雅妮, 周伟, 高继慧
         

    过氧化氢(H2O2)作为环境、化工和能源领域中重要的化工原料,被广泛应用于高级氧化过程、有机化学合成及能源转化技术中。相比于传统的蒽醌法,基于氧气电还原合成H2O2技术(ORR)提供了一种经济、高效、无害的替代工艺,具备低碳生产及储能潜力。为进一步提高反应选择性及能量转化效率,开发具有高活性、高选择性和长效稳定性的电催化剂是调控反应决速步骤的中间体吸脱附行为,改善反应物种高效界面能质传递的关键,从而进一步提高ORR合成H2O2的催化活性及能量转化效率。基于此,本文系统性地综述了近年来通过ORR合成H2O2体系中高性能电催化剂的通用设计策略,从电子结构调控、几何结构调控、表面功能化修饰及原子级活性位点设计等4个方面对先进电催化剂的合成策略及调控机制进行了总结与梳理。最后,本文围绕ORR电催化剂的设计方向及应用前景提出了相应的展望与建议。

  • 综述
    庞百胜, 邢盈盈, 高瑞鸿, 方要华, 张海军, 黄亮
         

    乙烯是现代石化工业中最重要的原料之一。通过石油烃类蒸气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。

  • 综述
    齐琨, 代云玲, 欧康康, 王梦婷, 苏宇, 王鸿博
         

    近年来,材料科学、微/纳结构设计和加工技术的发展赋予了纤维和纺织品各种功能,使其在生理监测、医疗诊断、触觉感知和人机交互等领域具有广泛的应用前景。为进一步推动纤维和纺织品在可穿戴设备领域的应用,本文综述了近几年纺织结构力敏传感器的研究和发展现状及应用。首先,分别从纤维、纱线和纺织品层次出发对纺织结构力敏传感器进行分类,简要介绍了不同纺织结构力敏传感器的优缺点。其次,从制备工艺角度重点讨论了纺织结构力敏传感器的制备方法,包括纺丝技术、涂层技术和织物成型技术,并分析了各种制备方法的优劣。其次,对纺织结构力敏传感器在运动和体育训练、健康监测和人机交互等领域的应用进行了系统总结。最后,展望了纺织结构力敏传感器在智能可穿戴领域的未来发展趋势,以期为新一代可穿戴力敏传感器的研究提供新的思路。

  • 化学人生·百年专刊
    程远征, 李木子, 王瑞祥, 祝龙浩, 沈文杰, 邹馨璇, 顾庆, 游书力
    化学进展. 2024, 36(12): 1785-1829. https://doi.org/10.7536/PC241203
         

    芳香化合物是一种大宗化学品,价廉易得。其芳香性去除或减弱的转化过程被称为去芳构化反应。该反应可以快速获取螺环、并环、桥环等环状化合物,有效拓展化学空间, 实现三维立体分子构建,在天然产物合成和医药研发中发挥重要作用。近二十年来,去芳构化反应吸引了众多研究者的兴趣,过渡金属催化、小分子催化、酶催化、可见光催化、电催化等去芳构化体系被建立起来。通过去芳构化反应,吲哚、吡咯、(苯并)呋喃、(苯并)噻吩、(异)喹啉、吡啶、苯、萘等多种芳香化合物转化成了结构丰富的多环分子,大大缩短了一些天然产物的合成步骤。形式多样的亲核试剂、亲电试剂、偶极子、自由基、卡宾等偶联试剂不断被开发出来,为去芳构化反应提供了多样的官能团来源。本文概述了去芳构化反应的发展历程,按照芳香化合物的种类,总结了已发展的去芳构化反应体系,分析了当前去芳构化反应中存在的问题和挑战,并对发展趋势进行了展望。

  • 综述
    张耘硕, 林飞飞, 陈宇哲, 丁宁, 韦玉岚, 赵为为
         

    MXene即二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物,是一类新兴的二维材料,具有广阔的应用前景。层状结构的MXene具有丰富的表面端基官能团(—F, —O和—OH),与第二相材料具有广泛的兼容性,在构建多功能、高性能杂化材料时展现出巨大潜能。本文以Ti3C2 MXene为例,归纳了基于MXene的原位转化的杂化材料(原位衍生、金属离子杂化和MOF材料杂化)的制备以及转化机理,总结了MXene杂化材料在能源存储(锂硫电池、超级电容器和氢能存储)、传感和催化领域的应用,指出了MXene原位转化研究中尚待解决的问题,同时展望了未来的发展方向。

  • 郝璐琦, 朱新宇, 李永健, 黄擎, 李宁, 苏岳锋
         

    高镍锂镍锰钴氧化物(NMC)三元正极活性材料具有高比容量和高功率等优点,是具有前途的锂离子电池正极材料之一。然而目前大多数的高镍三元层状材料为多晶颗粒,其体积能量密度、循环稳定性等并不令人满意。因此,独立且分散良好的单晶高镍三元层状材料(SC-NMCs)可作为替代多晶高镍三元正极的最佳候选材料。本文首先系统地从前驱体制备、材料烧结和锂盐补充等角度综述了如何合成SC-NMCs及其与单晶材料性能的构效关系。第二,综合性地总结了SC-NMCs相比多晶材料的性能优势,特别是颗粒间无裂纹的形貌表现出良好的循环性能。第三,针对SC-NMCs的劣势与挑战,全面地介绍了关于SC-NMCs的元素掺杂、表面改性、双重改性等改性策略。本综述对SC-NMCs的合成与改性提出了创新性的观点,对下一代锂离子电池单晶高镍三元正极材料的应用与发展提供了方向性指导。

  • 何瑶瑶, 李伟超, 陈张毅, 常海, 王捷, 吴云
         

    硫酸盐还原菌(SRB)是一类广泛存在于水环境中的菌群,其在废水处理中发挥着重要作用。水处理过程中菌群竞争不仅是一种常见的微生物行为,也是一种提高处理效能的方法。然而SRB菌群的调控在实际应用中受到多种因素的影响而较难稳定控制。近年来,通过引入电化学对SRB菌群电子传递过程进行人为干预,可实现利用调节菌群竞争过程从而提高硫酸盐去除效能的目的。但目前关于水环境中SRB的菌群行为模式及微生物电化学系统对SRB竞争行为的影响都缺乏总结。本文综述了近年来关于SRB和其他菌群代谢行为、SRB对电子供体的利用及影响SRB菌群竞争的因素,总结了微生物电化学影响SRB菌群中电子转移路径与菌群竞争的关系,并探讨了其未来的发展和挑战。

  • 综述
    高川子, 廖浩麟, 王毅博, 郑一, 郑春苗, 裘文慧
         

    药物及个人护理用品(PPCPs)是近年来受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,归纳总结了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。

  • 综述
    方军华, 李若繁, 张文军, 张伟贤
         

    高氯酸盐是水中的持久性无机污染物,由于其高溶解性、流动性和稳定性,在环境中很难降解。高氯酸盐的污染已成为全球性的环境挑战,因其在地表水和地下水中的残留物通过各种途径进入食物和饮用水,构成潜在的健康风险。化学和生物方法被广泛研究用于高氯酸盐的去除,每种方法都具有独特的优势和挑战。本文系统总结了近年来去除水中高氯酸盐的化学和生物处理技术的研究进展,详细阐述了这些技术的机理、影响因素和优缺点。化学降解、催化还原和电化学还原是处理高氯酸盐污染的有效方法。有机电子供体如乙酸、甘油、乙醇和甲烷,以及无机电子供体如氢气和元素硫,被广泛应用于高氯酸盐的生物降解过程中。化学方法提供了快速的还原速率和简单的操作,而生物方法则提供了环保的解决方案和长期的可持续性潜力。然而,这两种方法均存在局限性。近年来,研究人员开始探索将化学和生物方法相结合的联合去除技术,以提高高氯酸盐污染物的修复效率。本文综述了吸附-生物法、生物-电化学法和化学还原-生物法三种联合去除技术的研究进展。此外,还探讨了未来研究的方向,包括工程化实施研究、材料和微生物研究、实际应用研究以及高氯酸盐降解机理。


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