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化学进展 2018, No.9 上一期 后一期 返回主页

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2018, 30 (9): 0-0 |
出版日期: 2018-09-15
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摘要
专论
Ullmann反应百年纪念及近期复兴——兼及碳-杂原子键的形成
戴立信*
2018, 30 (9): 1257-1297 | DOI: 10.7536/PC180811
出版日期: 2018-09-15
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摘要
1901年Ullmann报道了一个形成sp2C—C键的偶联反应，1903年报道了苯胺的N-芳基化反应，1905年又报道了苯酚的O-芳基化的缩合反应。这些经典的反应进入催化领域且范围又有扩展，但由于反应条件苛刻等缺点，也限制了反应的应用。20世纪末，在多位科学家的努力下，发现具有一定结构的化合物——配体，对于铜催化的Ullmann缩合反应（或交叉偶联反应）具有配体加速催化反应（LAC）的效果，于是引发了对这一反应的研究热潮。本文对于各种配体的选用，特别是草酰二胺类，对于无机碱，特别是有机离子性碱的选用以及铜源、配体的负载化、溶剂的考量和绿色化等方面进行了较为详细的讨论。鉴于在2004年已有单篇论文提出了Ullmann反应的复兴，Beletskaya则提出了精辟的问题：这就是复兴吗?在金属催化的交叉偶联反应中，铜催化是否已成为钯催化的有力竞争者?Beletskaya在历数了铜催化的优点之后，也深刻地列出了铜催化的五大不足之处。经过了十余年众多化学家的成功发展，本文对此给出了明确的回答。
综述
纳米铁酸铋及其改性物的环境催化性能
安俊健, 王梦玲, 黄梦璇, 王鹏, 张光彦
2018, 30 (9): 1298-1307 | DOI: 10.7536/PC180208
出版日期: 2018-09-15
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摘要
铁酸铋（BiFeO3）是一种典型的钙钛矿型氧化物，具有一定的可见光催化和多相类芬顿催化性能。在可见光照射且存在过氧化氢的情况下，BiFeO3可活化过氧化氢并产生强氧化性物种，这些物种会攻击污染物分子从而使其降解。但BiFeO3量子效率不高，光生电子和空穴容易复合；其活化过氧化氢的能力也有待提高。本文综述了近二十年来铁酸铋及其改性物作为可见光催化剂及多相类芬顿催化剂的研究进展，重点介绍了在制备过程中对其形貌的调控、贵金属沉积、离子掺杂、半导体复合、或负载于其他材料表面等改善其环境催化性能方法与效果，改性后发现BiFeO3的可见光催化和多相类芬顿催化性能均得到提升。最后，对铁酸铋复合催化剂未来的发展方向进行了展望。
量子点@金属有机骨架材料的制备及在光催化降解领域的应用
李春雪, 乔宇, 林雪, 车广波
2018, 30 (9): 1308-1316 | DOI: 10.7536/PC180136
出版日期: 2018-09-15
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摘要
金属有机骨架（Metal-organic Frameworks，MOFs）材料与传统的多孔材料相比，具有结构有序且多样、可调控的孔径尺寸和超高的比表面积等特点，使其在光催化领域得到了广泛的关注。同时，纳米荧光材料量子点（Quantum Dots，QDs）具有良好的光学特性且能够将近红外光转换为可见光，进而可以促进对占太阳光谱较大比例的可见光的吸收，它的出现也推动了光催化领域的发展。但二者作为单一相催化剂本身都存在缺点，限制了其作为光催化剂的进一步应用与发展。近年来，研究者发现将QDs和MOFs材料有效结合形成复合型光催化剂是提高单一相催化剂光催化性能的途径之一，并进行了初步研究，结果表明其催化性能大大提高，在解决环境问题方面有着广阔的应用前景。本文综合国内外现状，围绕QDs@MOFs复合型光催化剂的制备及在光催化降解领域的应用及发展进行了综述。本文还提出了在研究QDs@MOFs复合型光催化剂过程中应注意的关键性问题以及对未来的发展趋势进行了展望。
导向基团辅助的C—H键功能化
窦言东, 顾晓旭, 蒋建泽, 朱勍
2018, 30 (9): 1317-1329 | DOI: 10.7536/PC180206
出版日期: 2018-09-15
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摘要
过渡金属催化的碳氢活化是方法学研究的热门领域。近些年，通过引入辅助基团作为导向基对化合物进行C—H键功能化，吸引了研究者们极大的关注。借助导向基，不仅可以大大提高反应的区域和立体选择性，更能提高催化反应的效率。本文综述了近三年内，通过羧基、吡啶等含氮、氧等导向基团进行导向基辅助的碳氢键活化，构建C—C键、C—O键以及C—N键的方法，重点讨论了催化剂的选择和反应机理的研究，同时也总结了目前所存在的问题和局限性，并对今后的发展方向作了展望。
连续流离子聚合
赵婉茹, 胡欣, 朱宁, 方正, 郭凯
2018, 30 (9): 1330-1340 | DOI: 10.7536/PC180127
出版日期: 2018-09-15
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摘要
微流场技术因其良好的传质传热性能应用于各种机理的聚合反应中，引起了学术界和工业界的广泛关注。本文聚焦于高度放热的离子聚合，总结了近年来不同单体连续流阴/阳离子聚合的研究进展。微反应器在改善离子聚合苛刻的反应条件、精确地控制聚合产物分子量及其分布、调控共聚物结构等方面显示出釜式反应器无法比拟的优势。此外，本文对连续流离子聚合的工业化应用前景进行了探讨和展望。
基于多肽的纳米药物递送系统的研究
徐柳, 钱晨, 朱辰奇, 陈志鹏, 陈瑞*
2018, 30 (9): 1341-1348 | DOI: 10.7536/PC180123
出版日期: 2018-09-15
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摘要
构建纳米药物递送系统改善药物的理化性质和生物学性质已经成为现代药物设计研究的热点和重要方向。其中，多肽作为新兴的纳米药物的构筑基元具有良好生物相容性、自组装性与化学可变性等性质，激起了广泛的研究兴趣，为构建新型纳米递送系统提供了崭新的研究方向。本文阐述了自组装多肽在疏水作用、氢键、静电作用、π-π堆积等非共价作用力的综合作用下构建胶束、囊泡、球、纤维等不同形貌的纳米材料；进一步介绍了多肽药物结合物的基本概念以及高载药量、高生物利用度的优势，总结了近年来基于功能性多肽构建纳米药物递送系统的研究；重点介绍了近五年来报道的具有自组装性、增强溶解性、长效性、靶向性、刺激响应性、细胞跨膜性等多种功能的智能多肽纳米药物递送系统。
石墨烯-聚苯胺类超级电容器复合电极材料
鲍长远, 韩家军*, 程瑾宁, 张瑞涛
2018, 30 (9): 1349-1363 | DOI: 10.7536/PC180125
出版日期: 2018-09-15
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摘要
聚苯胺理论比容量高、易合成，是一种理想的电极材料，但其循环寿命差，而石墨烯具有高的理论比表面积，将二者复合，充分利用两者之间的协同效应，能够使复合材料具有优异的电化学电容性能。本文回顾了近几年石墨烯-聚苯胺纳米复合材料在超级电容器中的最新研究结果及其制备方法，并对如何优化电极的结构与性能进行讨论，同时介绍了石墨烯-聚苯胺类电极材料在有机超级电容器中的应用进展，最后对石墨烯-聚苯胺复合材料的前景进行了展望。超级电容器用石墨烯-聚苯胺纳米复合材料的发展取决于其合理的微观结构设计，构建理想的三维多孔结构以避免聚苯胺的膨胀与收缩现象是研究的方向之一，此外，在改善石墨烯和聚苯胺间弱的界面相互作用的同时寻求石墨烯性能与功能化的平衡仍是难点，机械性能优异的聚苯胺纳米复合材料对于柔性全固态超级电容器的研究也会起到关键作用。
F-发光探针的设计策略和应用研究
王茜, 胡睿, 李沙瑜
2018, 30 (9): 1364-1379 | DOI: 10.7536/PC180108
出版日期: 2018-09-15
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摘要
氟离子在人类的生产生活以及生态平衡等方面都起着非常重要的作用。生理上，人体中大部分的氟存在于牙齿和骨骼，氟化物与人体生命活动以及牙齿骨骼组织代谢密切相关，氟离子缺乏或摄入过量都会导致严重的健康问题。生态中，用含氟水灌溉，含氟尘埃沉降，以及土壤中的空气与受氟污染大气的交换，都会使土壤和地下水受到污染。因此，对生理以及自然环境中氟离子的定量检测和控制有重要意义。由于传统检测方法的局限性，具有选择性好、可视化检测以及原位无损等优点的发光检测技术成为物质检测与分析领域的热点，基于发光检测技术的氟离子发光探针的设计方法也引起了科研工作者极大的研究兴趣，并将其运用在生物检测或者实际的生活产品中。本综述总结了近五年来基于不同种类及检测机理设计的氟离子探针的研究进展，同时对探针的负载和应用方式进行了深入分析，最后对氟离子发光探针的发展方向进行了展望。
金纳米星的制备、表面修饰及其在生物医学领域的应用研究
曹小卫, 陈帅, 鲍敏, 史宏灿, 李巍
2018, 30 (9): 1380-1391 | DOI: 10.7536/PC171234
出版日期: 2018-09-15
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摘要
随着纳米技术的飞速发展，复杂三维结构的金纳米星已成为一种新型纳米材料。金纳米星具有独特的物理化学性质，如可调制的LSPR光学特性、SERS效应、光热特性、较大的比表面积等，这些性质使其在纳米材料和生物医学领域具有极高的潜在应用价值。本文首先介绍了金纳米星独特的光学性质，并对这些光学特性的理论基础进行解释；接着对近年来国内外制备金纳米星的主要方法进行阐述，主要包括种子介导生长法和一步合成法，这两种制备方法均存在各自的优缺点。在功能化的探针构筑方面，金纳米星的表面修饰主要包括两种方法：二氧化硅包裹金纳米星和高分子聚合物或生物分子修饰金纳米星。在应用方面，本文对金纳米星在生物分子检测、医学成像、肿瘤的诊断与光热治疗、药物传输和控制释放方面的最新研究进展进行了总结。最后，对目前金纳米星探针在制备和应用中存在的一些问题进行了探讨，并展望了该领域未来的研究内容和方向。
纳米银的神经毒理学效应
张冰洁, 刘倩, 周群芳, 张建清, 江桂斌
2018, 30 (9): 1392-1402 | DOI: 10.7536/PC171228
出版日期: 2018-09-15
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摘要
纳米银是目前商品化程度最高的纳米材料之一。由于其独特的表面等离子共振性能、优良的抗菌活性，这种纳米材料已被广泛地应用于医药卫生、工业及日常生活等多个领域。随着纳米银应用领域的不断扩展，其生物安全性也受到了越来越多的关注。由于纳米银能够通过跨越血脑屏障等途径进入生物体脑部，因此纳米银的神经毒理学效应受到广泛关注，近年来已成为该领域研究热点之一。本综述总结了纳米银的脑累积效应以及进入脑组织的途径，主要包括经鼻通过嗅神经直接入脑和穿透血脑屏障。纳米银的神经毒性效应包括受暴露动物体的神经行为学改变、脑部的组织病理学效应或神经元和神经胶质细胞的形貌变化，与神经递质水平改变内在作用机制与氧化应激和炎性反应相关。纳米银的粒径、表面涂层和银离子释放是影响纳米银神经毒性的关键因素。本文最后提出当前纳米银神经毒理学研究中存在的问题及今后的研究方向。
可激活抗癌光敏剂
郑秉得, 赵园园, 李洪才, 郑碧远, 柯美荣, 黄剑东*
2018, 30 (9): 1403-1414 | DOI: 10.7536/PC171245
出版日期: 2018-09-15
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摘要
光动力治疗（Photodynamic therapy，PDT）是利用光敏剂在光照下促使分子氧转为具有细胞毒性的活性氧，从而达到破坏靶细胞和靶组织效应的一种治疗手段。可激活光敏剂（Activatable photosensitizers，aPSs）是指事先屏蔽了光敏效应的光敏剂，只在特定因素下，如与肿瘤相关的特异性酶、酸性pH、核酸等的激活下，光敏剂转为激活状态，从而发挥诊断或者治疗的作用。可激活光敏剂由于具有更高的选择性而备受瞩目，成为医用光敏剂领域的研究前沿热点。本文将总结和分析近年来可激活抗癌光敏剂的研究现状和构效关系，以期为后续的相关研究提供参考。
化学法催化纤维素高效水解成糖
乔颖, 腾娜, 翟承凯, 那海宁, 朱锦
2018, 30 (9): 1415-1423 | DOI: 10.7536/PC180126
出版日期: 2018-09-15
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摘要
利用化学法实施纤维素高效水解成糖是将可再生非粮生物质转化为能源与材料的关键支撑技术，对维系未来资源与环境的可持续发展具有重要意义。近年来，随着纤维素水解研究的不断深入，研究重点已从探索水解可行性发展到构建高效（即高转化率、高选择性、高转化速度）水解成糖技术。本文通过系统综述纤维素高效水解成糖的原理与方法，围绕纤维素结晶结构转变与水解成糖效率间的关系，详细探讨了各类技术方法在实施高效水解成糖方面的优势与不足。最后，结合最新的研究进展，为未来成功实现纤维素的高效水解成糖提供思路与建议。
由生物质合成高密度喷气燃料
谢嘉维, 张香文, 谢君健, 聂根阔, 潘伦, 邹吉军*
2018, 30 (9): 1424-1433 | DOI: 10.7536/PC180139
出版日期: 2018-09-15
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摘要
高密度喷气燃料是为先进航空航天飞行器而合成的燃料，以生物质基原料制备高密度喷气燃料符合国家可持续发展战略并可拓展燃料来源。本文综述了近年来由生物质基原料制备高密度喷气燃料的研究进展，燃料种类包括链烷烃、带支链的单环烷烃以及多环烷烃，燃料合成原料包括环酮（醇）、呋喃醛（醇）、芳香族含氧化合物（苯酚、苯甲醚、愈创木酚）、蒎烯等生物质及其平台化合物。发动机的推进性能高度依赖于所用燃料的性能，其中，最重要的性能是密度和低温性能。本文总结了典型燃料的性能以讨论分子结构的影响，增加燃料分子中环的个数会增加燃料密度但是也会导致低温性能不期望的变化，引入支链可改善低温性能。同时讨论了烷基化、缩合、加成、加氢脱氧等燃料合成反应涉及的催化剂、反应机理及其调控等关键因素，最后对由生物质基原料合成高密度喷气燃料的发展趋势进行了展望。本文将有助于探索及发展高密度燃料合成的方法及工艺。
固体聚合物电解池析氧催化剂
刘亚迪, 刘锋, 王诚, 赵波, 王建龙
2018, 30 (9): 1434-1444 | DOI: 10.7536/PC171238
出版日期: 2018-09-15
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摘要
在固体聚合物电解池电解水制氢过程中，阳极析氧反应是整个电化学反应的速率控制步骤。本文从固体聚合物电解池析氧催化剂的反应机理、催化剂材料以及制备方法等几个方面进行了详细分析。新的检测手段已经开始应用于原子层级的析氧反应机理研究，对析氧反应活性中间产物有了更深刻的认识；通过优化传统的制备工艺，开发新型的制备方法，进一步提高了析氧催化剂的活性或者稳定性。此外，引入高稳定性、低成本、高活性的催化载体，亦可提高催化剂的性能并相应地降低其成本。希望通过本文的综述总结，为今后阳极析氧催化剂的研究指明方向，推动固体聚合物电解池的商业化进程。
基于高温化学转化的废旧锂离子电池资源化技术
林娇, 刘春伟, 曹宏斌, 李丽, 陈人杰, 孙峙
2018, 30 (9): 1445-1454 | DOI: 10.7536/PC180424
出版日期: 2018-09-15
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摘要
鉴于废旧锂离子电池的环境危害性和资源化价值的双重属性，对其进行无害化处理并对其中的有价资源进行回收再利用具有十分重要的意义。目前电池资源化技术主要通过高温或常温条件下的化学转化实现。高温条件下，废旧锂离子电池中有价元素化学转化速率快、回收流程短、物料适应性强，易于实现工业应用，相关技术成为废旧锂离子电池资源化研究热点之一。本文基于物相化学转化方式的差异，系统分析了高温化学还原、熔盐化学焙烧以及短程材料再生等方法的物理化学机理、技术特征及研究现状，并对比了不同技术的优势和存在的问题。在此基础上，提出今后高温化学转化方法实现废旧锂离子电池资源化研究中需要考虑材料的短程清洁循环再生、深入研究其化学转化机理。基于绿色化学原理的工艺设计开发出低能耗、环境友好的资源化工艺路线，真正实现废旧锂离子电池的绿色处理和循环利用。
煤气化可弃型催化剂
吕记巍, 敖先权*, 陈前林, 谢燕, 曹阳, 张纪芳
2018, 30 (9): 1455-1462 | DOI: 10.7536/PC171233
出版日期: 2018-09-15
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摘要
煤的高效催化气化技术是提高煤气化效率的重要途径。目前，除CaCO3以外，其他碱金属、碱土金属与过渡金属类催化剂都由于成本较高、回收困难等问题并未广泛应用。可弃型催化剂具有廉价、不必回收、环保并兼有调节灰熔特性、固硫等优点，近年来在煤气化领域的研究和应用受到广泛关注。本文综述了国内外几类可弃型催化剂在煤气化领域的研究进展，包括钙基、工业废液、废渣和生物质灰等催化剂的催化特性及其机理，讨论了在实际应用中存在的问题，展望了未来煤气化可弃型催化剂的发展前景。