每期速览︱《化学进展》2024年第8期
学术
科学
2024-10-16 15:43
北京
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图中以TiO2/Ti3C2MXene微观结构为例进行建模，展示了MXene原位转化中经典的0D/2D异质结构，并以电流与H2气泡的设计科技化展示了MXene原位转化材料的不同应用方向。主体部分中，绿色手风琴状组分代表纳米功能材料MXene，黄色微球代表MXene中Ti的原位氧化生长形成的TiO2纳米颗粒。此外，向着主体部分飞驰的蓝色H2气泡与画面中交错四射的金色电流分别寓意着MXene原位转化材料在能量存储与转化领域的多元应用。
关键词：二维材料；硼烯；压力传感器；湿度传感器；气体传感器![]()
硼烯作为一种新兴的单元素二维材料，由于其优良的特性，如高载流子迁移率、机械柔韧性、光学透明度、超高导热性和超导性，引起了研究人员的极大兴趣。这些特性使其成为能源、传感器和信息存储等领域的理想材料。2015年以来，硼烯在实验合成和器件应用方面不断涌现出新的研究成果，推动着硼烯研究方向从实验合成向器件应用迈进。本文在介绍硼烯的独特性质和合成方法的基础上，重点综述了硼烯在传感器领域的最新研究进展，并根据硼烯当前的研究现状，对其未来研究中的潜在问题和挑战提出讨论。![]()
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刘锶宇, 韦一可, 檀玉, 苑维铭, 梁可心, 张胜寒2024, 36(8): 1134-1144.
DOI: 10.7536/PC240124
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氨作为重要的化工产品和化工原料广泛用于工业、农业、医药等行业，在全球经济发展中有不可替代的作用。目前，工业合成氨主要采用传统的哈伯工艺（Haber-Bosch），该工艺消耗大量的化石能源，且平衡转化率相对较低。电催化氮气还原合成氨反应可以在常温常压下将N2与H2O转化为NH3，且操作简易，原料易于获取，成为科研领域重要的研究方向。其中，以d区过渡金属为代表的如非贵金属过渡金属基氧化物、氮化物、硫化物、双金属催化剂和杂原子基催化剂展现出了良好的催化性能。本文重点综述了过渡金属基电催化氮还原反应（E-NRR）电催化制氨的最新进展，包括其面临的挑战、反应机理、E-NRR催化剂的不同材料，重点研究了结构-性能关系。从合成方案、结构修饰、活性、选择性增强和反应机制等方面介绍了提高E-NRR性能的策略和未来发展前景，为E-NRR研究领域提供参考。
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邵豆, 秦敏, 方武, 韩宝彬, 解建业, 赵夏丹, 廖知堂, 胡嘉琪, 任恩伯2024, 36(8): 1145-1156.
DOI: 10.7536/PC240111
关键词：有机硝酸酯；大气化学； 测量技术；外场观测![]()
有机硝酸酯（ONs）是大气中重要的一类含氮有机物。大气中的ONs主要是在氮氧化物存在的条件下，由大气氧化剂和挥发性有机物的光化学反应二次生成，其生消过程与大气氮循环、臭氧以及二次有机气溶胶的形成息息相关；部分气相ONs还可通过气粒分配或多次氧化进入颗粒相，形成颗粒相ONs，进而促进PM2.5的生成，进一步危害人体健康。现阶段，多种化学及光谱学测量技术已成功应用于大气中ONs单物种和总量的浓度测量，并在不同区域开展了多种大气成分的联合外场观测，用于探究氮氧化物参与的ONs生成机制，ONs对区域氮化学的影响以及颗粒相ONs对二次有机气溶胶的贡献等。本文从ONs的生消机制指出其在大气化学中的重要作用，归纳总结了目前已有的ONs测量方法，并指出了不同方法的特点及应用，重点阐述了和ONs相关的室内烟雾箱研究和国内外不同地区的外场观测结果，结合大气化学模型对其在大气化学中的作用进行阐述，指出目前研究中存在的一些不足，以期在后续研究中不断得到完善。周苏秦, 贾潞, 石传晋, 张爱琴, 刘淑强, 王华2024, 36(8): 1157-1173.
DOI: 10.7536/PC240102
关键词：MXene；功能纺织复合材料；制备方法；结构；性能；应用
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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。![]()
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张耘硕, 林飞飞, 陈宇哲, 丁宁, 韦玉岚, 赵为为2024, 36(8): 1174-1185.
DOI: 10.7536/PC231215
关键词：MXene；原位转化；纳米材料；催化；能源存储；传感
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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。
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基于树状大分子荧光成像试剂的制备及其癌症生物医学应用2024, 36(8): 1186-1199.
DOI: 10.7536/PC240101
关键词：分子影像学；树状大分子；荧光成像；纳米载体；生物医学应用
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作为一种高灵敏度、高空间分辨率的分子影像学技术，荧光成像在癌症诊断和治疗领域应用广泛。然而，常见的荧光成像试剂，如小分子荧光染料、无机荧光纳米颗粒等存在光稳定性差、体内代谢速度快、病灶部位富集度低等缺陷，限制了其在癌症荧光成像领域的应用。近年来，树状大分子的出现为纳米荧光成像试剂的开发提供了新策略。树状大分子由中心核、内部重复单元及丰富的末端官能团三部分组成，其优异的结构可使其负载小分子荧光染料或无机荧光纳米颗粒以实现癌症早期荧光监测并评估其体内分布及代谢。此外，部分氨基封端的树状大分子还可通过自发荧光监测癌细胞对其摄取行为。树状大分子的引入极大提高了荧光染料及无机荧光纳米颗粒的水溶性及生物相容性，且树状大分子的表面功能化修饰可实现其组织特异性递送，最重要的是树状大分子的保护可极大程度避免荧光淬灭，实现长时间荧光成像。因此，本文重点阐述了各类基于树状大分子的荧光成像试剂，总结其合成方法及其癌症荧光成像应用，并对其未来发展方向进行展望。![]()
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孙笑言, 阴亚楠, 陈辉, 赵雷, 王诚, 王建龙2024, 36(8): 1200-1216.
DOI: 10.7536/PC240104
关键词：电发酵技术；有机废物；电极材料；电活性微生物；电发酵产物；胞外电子传递；高值化学品
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有机废物产量的不断提升为废物处理处置带来难题。由于富含多糖、蛋白质和矿物质等营养物质，有机废物的生物资源化备受关注。目前，传统厌氧发酵技术处理有机废物存在发酵周期长、产物产量低、产物选择性差和有机废物降解率低等问题。将生物电化学系统应用到传统厌氧发酵技术中形成的电发酵技术可以通过电化学手段调控微生物反应的氧化还原平衡，克服传统发酵的热力学局限性，强化微生物电子传递，促进有机废物的降解和资源化产物的生成，实现有机废物的高效资源化。本文系统梳理了电发酵技术促进有机废物资源化的基本原理，综述了电极材料、微生物、反应器结构以及提升系统运行的方法，介绍了电发酵技术强化有机废物资源化产物（包括甲烷、氢气、醇、短链脂肪酸、中链脂肪酸、聚羟基丁酸酯、聚羟基烷酸脂等）生成的研究现状，并总结和展望了电发酵技术在有机废物资源化应用中的发展前景和面临的挑战。![]()
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肖鹏程, 聂赛群, 罗明亮, 陈佳瑶, 罗伏利, 赵田, 刘跃军2024, 36(8): 1217-1236.
DOI: 10.7536/PC240110
关键词：金属-有机框架；电池隔膜；制备
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随着新能源行业的快速发展，对于各种不同高性能电池的研究已成为当前的热点。隔膜作为电池的重要组成部分之一，能有效防止电池正负极直接接触并为离子传输提供有利通道。然而，传统聚合物电池隔膜通常存在热稳定性不足、离子输运能力差、电解液浸润性差等问题。金属-有机框架材料（MOFs）作为一种新型的多孔晶体材料，由于其高孔隙率、高比表面积和出色的热稳定性，已成为当前高性能电池隔膜的研究热点。本文综述了各类MOFs/MOFs基材料在电池隔膜中的应用，并全面讨论了MOFs基电池隔膜的优缺点。最后，介绍了MOFs基电池隔膜领域亟待解决的问题以及MOFs在电池隔膜上的发展前景。
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庞百胜, 邢盈盈, 高瑞鸿, 方要华, 张海军, 黄亮2024, 36(8): 1237-1253.
DOI: 10.7536/PC231104
关键词：乙炔选择性加氢；催化剂；热催化；电催化；光催化；光热催化
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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。![]()
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鲁克曼·喀斯木, 李博远, 阿不都卡德尔·阿不都克尤木2024, 36(8): 1254-1268.
DOI: 10.7536/PC231210
关键词：长余辉；复合材料；光催化；生物医学；防伪
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长余辉材料是一种特殊光致发光材料，能在光照时储存能量，并在移除光源时以光的形式缓慢释放能量。其中无机长余辉材料因其独特的长时间余辉发光特点，而在数据存储、信息技术、照明、光催化和生物医学等多个领域发挥着重要作用。为了改善无机长余辉材料的各种性能和功能，研究人员研发了基于无机长余辉材料的多功能复合材料。本文结合有关无机长余辉复合材料的报道和本课题组的研究成果，总结了无机长余辉复合材料的制备方法，重点介绍了无机长余辉复合材料在光催化、生物医药、防伪加密等方面的研究和应用进展，并展望了其在实际应用中面临的机遇与挑战。![]()
齐琨, 代云玲, 欧康康, 王梦婷, 苏宇, 王鸿博2024, 36(8): 1269-1282.
DOI: 10.7536/PC240103
关键词：纺织结构力敏传感器；纺丝技术；涂层技术；织物成型技术
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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。![]()
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