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化学进展 2018, No.2/3 上一期 后一期 返回主页

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2018, 30 (2/3): 0-0 |
出版日期: 2018-02-15
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摘要
综述
氨基甲酸酯在C—H键活化中的应用
阙楚强, 陈宁*, 许家喜*
2018, 30 (2/3): 139-155 | DOI: 10.7536/PC170919
出版日期: 2018-02-15
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摘要
氨基甲酸酯广泛存在于天然产物、药物和农药分子中，同时也是一种常见的C—H键活化导向官能团。在过渡金属催化下，氨基甲酸酯可导向底物分子氨基邻位的C—H键活化，经六元环金属中间体，再与其他偶联试剂偶联实现新的官能团化。本文系统总结了其在C—H键活化反应中的应用，具体包括：（1）N-芳基氨基甲酸酯、氨基甲酸芳酯和氨基甲酸烯醇酯可在过渡金属Pd、Rh、Ru和Ir等催化下发生芳基邻位sp2 C—H键活化与官能团化反应，得到卤化、芳基化、环化和烯基化产物；（2）氨基甲酸烯醇酯可在Rh催化下发生烯基β-位sp2 C—H键活化与官能团化反应，得到烯基化和烯丙基化产物；（3）氨基邻位具有活性氢的N-烷基氨基甲酸酯可在Pd、Cu、Fe甚至无过渡金属催化下发生sp3 C—H键活化与官能团化反应，得到酰氧化、烷基化和芳基化产物。在芳香sp2 C—H键活化中，取代基的电子效应和空间位阻效应均对产物产率和选择性有重要影响。大多数情况下，给电子与空间位阻较小的取代基有利于反应的顺利进行。此外，当底物为N-烷氧羰基保护的苄胺、四氢异喹啉或1，2-二氢喹啉时，因氨基邻位独特的高活性，可在Cu、Fe甚至无金属催化剂或光催化下催化氨基邻位sp3 C—H键活化反应，还可以实现不对称诱导，获得非常高的对映选择性。希望本文总结的内容能促进氨基甲酸酯在C—H键活化反应中的进一步应用。
纳米碗阵列的制备与应用研究
李里, 董健, 钱卫平*
2018, 30 (2/3): 156-165 | DOI: 10.7536/PC170901
出版日期: 2018-02-15
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摘要
纳米碗阵列具有周期性孔结构、大比表面积、弱对称性等特点。这些独特的纳米碗不仅提供了纳米孔结构，而且会导致许多特殊的物理和化学性质。近年来，由于其孔结构而使其具有新颖且增强的性能，纳米碗阵列引起了极大的关注。本文详细介绍了各种纳米碗阵列的制备方法，首先是制备胶体晶模板（通常是SiO2或者聚苯乙烯微球模板），然后通过物理气相沉积、化学或电化学沉积等技术在模板上沉积所需材料，最后采用溶解、高温处理等方法除去模板，得到纳米碗阵列。此外，本文还对纳米碗阵列的各种应用进行了综述，比如纳米碗阵列可以用作SERS增强基底、传感器，并且能够应用于催化和光学领域。还探讨了不同制备方法的优点和不足以及纳米碗阵列的应用前景及现存问题。
嵌段共聚物三维软受限自组装
张艳, 刘雪杰, 闫南, 胡跃鑫, 李海英, 朱雨田
2018, 30 (2/3): 166-178 | DOI: 10.7536/PC170910
出版日期: 2018-02-15
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摘要
嵌段共聚物在三维软受限条件下能够组装形成结构有序的聚合物胶束，其在催化、电子器件、光学传感等领域有广泛的应用价值，已经引起了广大科研工作者的关注。众所周知，嵌段共聚物自身性质及组装体内部结构和外部形状都会显著影响嵌段共聚物组装体性质及应用。本文简述了近年来嵌段共聚物三维软受限自组装的方法，分析了影响嵌段共聚物组装结构的内在和外在因素，内在因素主要指嵌段共聚物自身性质，包括嵌段共聚物种类、分子量及嵌段比；外在因素主要包括受限空间尺寸、界面性质、热或溶剂退火等。本文讨论了无机纳米粒子与嵌段共聚物三维软受限共组装，探讨了纳米粒子引入对组装结构影响及其在嵌段共聚物组装体中的分布及排列规律，以及组装结构的潜在应用。最后还讨论了目前嵌段共聚物三维软受限自组装存在的问题，同时对未来的发展方向进行了展望。
基于聚亚甲基的新型共聚物的可控合成
张浩, 许芳, 王合营, 姜涛, 马志
2018, 30 (2/3): 179-189 | DOI: 10.7536/PC170825
出版日期: 2018-02-15
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摘要
对聚烯烃分子链结构和组成的精确控制可赋予聚烯烃新的性质和用途。近年来，聚亚甲基（聚乙烯类似物）及其共聚物的研究成为聚烯烃功能化领域的研究热点之一。本文首先简单介绍了分子量分布窄且分子量可调控的聚亚甲基合成方法——叶立德同源聚合；接着对用于同源聚合的硼烷引发剂和叶立德单体进行了详细介绍；然后重点评述利用叶立德同源聚合与开环聚合、原子转移自由基聚合、可逆加成-断裂链转移聚合、氮氧自由基调控聚合、离子聚合、开环易位聚合和各种偶联反应等相结合的组合策略；最后，对基于聚亚甲基的新型共聚物的可控合成方法及其实际应用进行了展望。
剪切响应性药物传递体系
董志瑞, 仝维鋆*
2018, 30 (2/3): 190-197 | DOI: 10.7536/PC170817
出版日期: 2018-02-15
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摘要
动脉粥样硬化和血栓的一个主要症状为血管病变引起的血管狭窄。动脉粥样硬化能够引发心肌梗塞和脑梗塞等疾病，严重威胁人类生命健康。因此，发展治疗血管狭窄疾病的有效方法至关重要。动脉血管的严重狭窄造成其血管壁剪切应力比健康血管至少增大一个数量级，这种显著区别的剪切应力可以用来作为药物靶向传递的触发信号。剪切响应性药物传递体系能够在增大的剪切应力下在血管狭窄部位释放负载的药物，从而起到靶向治疗的效果，且对于正常组织和器官的副作用很小，对于治疗动脉粥样硬化及血管局部栓塞等血管狭窄疾病具有非常重要的意义，因此这种新的刺激响应性药物传递体系正成为领域内的研究热点。本文综述了剪切响应性药物传递体系的最新研究进展，分类介绍了这些剪切响应性药物载体的设计思路和作用机制，并对当前剪切响应性药物传递体系面临的困难和存在的不足进行了讨论，对其发展前景作了展望。
埃洛石纳米管在分离富集中的应用
张华东, 李攻科*, 胡玉斐*
2018, 30 (2/3): 198-205 | DOI: 10.7536/PC170712
出版日期: 2018-02-15
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摘要
埃洛石纳米管（Halloysite Nanotubes，HNTs）是一种天然的纳米管状材料，具有对环境友好、生物相容性好、细胞毒性小等特点，近年来该材料得到了广泛的应用。HNTs是生物相容性较好的“绿色”材料，成本低、来源广等优点使其成为制备生物复合材料中的添加剂，而且HNTs具有的空腔结构、表面电荷性质及表面吸附性为重金属离子、染料分子、有机分子等的分离富集提供有利条件。另外，HNTs及其衍生的生物复合材料在循环肿瘤细胞的富集上得到应用。为了更好地了解和利用埃洛石纳米管，本文介绍了埃洛石纳米管的物理化学性能，以及HNTs在分离富集、活性分子的载运与控制释放等方面的应用进展，并对埃洛石纳米管的发展及应用前景进行展望。
信号放大技术在食品安全检测领域的应用
周洋洋, 钟建, 卞晓军, 刘刚, 李亮, 颜娟
2018, 30 (2/3): 206-224 | DOI: 10.7536/PC170708
出版日期: 2018-02-15
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摘要
食品安全是保障人类健康、提高人类生活品质的基础，同时因我国当前所处经济社会发展的阶段性，食品安全问题在中国日益凸显。目前，食品安全检测领域主要面临检测方法不多、快检技术不成熟，尤其是缺乏超痕量的检测分析技术导致的检测灵敏度不高等问题。信号放大技术为这些问题提供了可能的解决途径，将信号放大技术与传统检测方法相结合，实现食品中重金属、生物/化学毒素、微生物及违法添加剂等方面的痕量检测正逐渐引起人们的重视。本文从四种主要的信号放大技术与该技术在食品安全检测中的研究现状、发展趋势两方面进行了概述，并展望了信号放大技术在食品安全检测领域的研究重点和未来的发展前景。
四氧化三铁基纳米材料制备及对放射性元素和重金属离子的去除
杨姗也, 王祥学, 陈中山, 李倩, 韦犇犇, 王祥科
2018, 30 (2/3): 225-242 | DOI: 10.7536/PC170829
出版日期: 2018-02-15
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摘要
四氧化三铁（Fe3O4）纳米材料因比表面积大、功能基团多、活性强、便于磁性分离等优点，在吸附和分离放射性元素及重金属离子方面显示出了广阔的应用前景。然而，该材料也存在着易团聚、分散性差、化学稳定性差等局限性，这些缺点可通过表面功能化修饰得到大大改善。本文概括了四氧化三铁基纳米复合材料合成方法的特性、优越性和局限性，综述了水体放射性元素及重金属离子污染去除研究中的磁性纳米材料的类型，归纳总结并比较了功能性磁性纳米材料对不同种类的放射性元素及重金属离子的去除能力及优缺点，探讨了四氧化三铁基纳米材料在放射性元素和重金属离子污染去除中的应用并对其机理进行了分析，对功能化磁性纳米材料在去除放射性元素及重金属离子污染水体治理中的应用前景进行了展望。
高性能高功率密度质子交换膜燃料电池膜电极
池滨, 侯三英, 刘广智, 廖世军*
2018, 30 (2/3): 243-251 | DOI: 10.7536/PC170818
出版日期: 2018-02-15
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摘要
膜电极是质子交换膜燃料电池最为重要的核心部件，其性能直接决定着燃料电池的性能。提高膜电极的性能和功率密度，对于推动燃料电池的商业化进程具有十分重要的意义。通常意义上的膜电极包括质子交换膜、阴极催化层、阳极催化层、阴极气体扩散层和阳极气体扩散层等5个基本单元（常常称之为五合一膜电极），气体扩散层又包括气体扩散材料层和微孔整平层；膜电极的性能取决于材料和制备技术两个方面，制备技术、膜电极的关键组成材料、铂载量都对膜电极的性能和功率密度具有重要影响。近年来，随着催化剂和质子交换膜等关键材料性能的提升，以及制备技术的进步，国内外膜电极的性能得到了大幅度的提升，丰田公司燃料电池的体积功率密度可高达3.2 kW/L。本文将主要从膜电极制备技术的角度（涉及催化剂层和气体扩散层的制备技术等）介绍近年来高性能高功率密度膜电极的研究发展情况，同时介绍国内外在降低膜电极铂载量和开发自增湿膜电极方面的研究进展。
聚(3,4-乙撑二氧噻吩)基电极材料:制备、改性及在电子器件中的应用
许頔, 沈沪江*, 袁慧慧, 王炜, 解俊杰
2018, 30 (2/3): 252-271 | DOI: 10.7536/PC170813
出版日期: 2018-02-15
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摘要
聚（3，4-乙撑二氧噻吩）（PEDOT）作为一种成膜性好、热稳定性高、电导率可调且廉价的透明导电高分子材料，在多种能量转换和储存器件中有着诱人的应用前景。然而，较低的电导率等因素制约了基于PEDOT组装的各类器件的实际性能。本文首先简述了PEDOT薄膜的基本性质、常用的化学与物理制备途径以及提高电导率的几种方式，随后综述了PEDOT以及PEDOT和其他物相构成的复合结构在包括太阳能电池、发光二极管、电致变色器件和超级电容器等器件中的应用的最新进展。其中，不仅阐述了PEDOT基材料在上述器件中所起的作用，还详细介绍了针对不同器件对PEDOT基材料的要求，研究人员提出的PEDOT基材料的设计思路，包括设计具有特定微观形貌的PEDOT薄膜、对PEDOT薄膜的电导率、功函数和透光度等进行调控以及将PEDOT和碳材料、金属纳米颗粒、金属氧化物等其他物相进行复合。最后指出了目前在PEDOT基电极材料的研究中面临的挑战，并对该材料的研究前景进行了展望。
微/纳复合结构硅基负极材料
吴帅锦, 杨娟玉, 于冰, 方升, 武兆辉, 史碧梦
2018, 30 (2/3): 272-285 | DOI: 10.7536/PC170740
出版日期: 2018-02-15
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摘要
硅材料因其高的理论比容量（4200 mAh/g）而成为极具发展潜力的锂离子电池负极材料之一。纳米硅负极材料可有效避免材料在循环过程中的粉化现象，同时具有较短的Li+和电子传输路径，相应电极的电化学性能与微米硅电极相比显著提升，但是纳米结构硅材料比表面积过大、振实密度低等特点限制了其在实际生产中的应用。近年来，使用纳米结构硅材料作为一次结构单元构建微/纳复合结构硅基负极材料的策略被广泛研究。本文综述了微/纳复合结构硅基负极材料的研究进展，总结了微/纳复合结构硅基负极材料中一次颗粒和二次颗粒的选择与结构设计要素，并对具有代表性的微/纳复合结构硅基负极材料物理和电化学性能进行了介绍，提出优化的材料结构和电极设计方案。最后，对微/纳复合结构硅基负极材料存在问题进行简单分析并展望了其研究前景。
电致荧光变色材料的主要分类及变色机理
杜瑾, 廖睿, 张幸林, 孙会彬, 黄维
2018, 30 (2/3): 286-294 | DOI: 10.7536/PC170729
出版日期: 2018-02-15
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摘要
电致荧光变色是指在外加电压作用下材料的发光颜色发生变化的现象，具体表现为荧光的开/关或颜色变换的切换过程。近几年因其在离子传感器、信息显示、生物分析以及光学成像和信息存储等领域的潜在应用，受到科研工作者的广泛关注。电致荧光变色材料可以将电化学信号转变为直接可见的视觉信号，所以也被认为是最有应用前景的智能材料之一。本文阐述了近年来电致荧光变色材料的主要研究进展，专注于介绍电致荧光变色材料的分类（包括双官能团分子、荧光团和聚合物）及其变色机理，并着重讨论了它们的结构特点以及特定的应用。同时提出这类材料具有高的发光对比度、快的响应速度、长期稳定性、多色变化的优点以及在有机光电领域的应用前景，最后概述了这一研究领域的未来发展方向。
层状双氢氧化物/聚合物纳米复合材料
贾潞, 马建中, 高党鸽, 吕斌
2018, 30 (2/3): 295-303 | DOI: 10.7536/PC170738
出版日期: 2018-02-15
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摘要
层状双氢氧化物（LDH）是一类由带负电荷的阴离子和带正电荷的金属氢氧化物所构成的层状化合物。将LDH作为前驱体引入聚合物基体中，获得LDH/聚合物纳米复合材料，从而改善或加强聚合物基体的功能性，在许多领域展现出优异性能及巨大的发展潜力。本文对LDH/聚合物纳米复合材料的制备方法进行介绍，主要包括共混法、插层复合法、原位聚合法、剥离/重组法和层层自组装法等，并对其在阻燃、气体阻隔、红外吸收、缓释和吸附等方向的研究进行综述。最后对该类材料的研究方向和研究领域的发展趋势进行了展望。
溶剂在反应控制相转移催化反应中的影响
张金帅, 于凤丽, 袁冰, 解从霞, 于世涛
2018, 30 (2/3): 304-313 | DOI: 10.7536/PC170903
出版日期: 2018-02-15
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摘要
本文主要探讨了溶剂在反应控制相转移催化反应中的影响。反应控制相转移催化体系兼具均相催化与多相催化的优点，既解决了均相催化中催化剂难以回收的问题又克服了多相催化中反应速率慢、反应时间较长、活性组分易流失以及选择性较低的缺点。催化剂在反应体系中所表现出来的反应控制相转移特性不仅和本身的阴离子、阳离子组成有关，还和体系中溶剂的种类密切相关。合适的溶剂不但可以提高底物的转化率以及产物的产率，同时还有利于催化剂的回收。本文就溶剂在多种反应控制相转移催化体系中的影响进行了综述，包括烯烃环氧化、醇氧化制备醛/酮、酯化、烯/醇氧化制备二元羧酸、缩醛反应、氧化脱硫、羟基化反应以及Se催化还原等体系。最后，对目前催化体系中存在的问题提出了可能的解决方案并对反应控制相转移催化体系在其他方面的潜在应用和发展进行了展望。
葡萄糖制备5-羟甲基糠醛
冯云超, 左淼, 曾宪海*, 孙勇, 唐兴, 林鹿*
2018, 30 (2/3): 314-324 | DOI: 10.7536/PC171007
出版日期: 2018-02-15
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摘要
5-羟甲基糠醛（HMF）作为一种重要且多用途的生物质基平台化合物，可被转化为多种高附加值化学品，如乙酰丙酸、2，5-二甲基呋喃、2，5-呋喃二甲酸、2，5-呋喃二甲醇、γ-戊内酯、5-氨基乙酰丙酸等，而这些化学品可进一步作为化石燃料替代品、燃料添加剂或作为聚合物单体或医药产品等进行应用。葡萄糖是由纤维素水解大量得到的六碳单糖，由葡萄糖制备HMF是生物质资源最大化利用的有效途径之一。本文通过对近几年HMF制备方法的概述，分别由催化剂、反应体系两方面进行分类总结葡萄糖基碳水化合物制备HMF的研究进展，并对其各个反应过程的催化活性、反应体系稳定性和应用前景进行了总结归纳。随后论述了用于HMF制备的多种溶剂体系（诸如单相体系、双相体系、离子液体和低共熔溶剂体系）。最后，结合目前葡萄糖制备HMF过程中存在的问题，对未来工作的研究重点进行了展望，以期为相关研究者提供参考。