化学进展杂志

化学进展杂志2021年第12期

• 中国制氢技术的发展现状

  曹军文, 张文强, 李一枫, 赵晨欢, 郑云, 于波

  氢能是一种高效清洁的二次能源,在实现“碳中和”目标中起重要作用。随着制氢规模不断扩大、制氢成本不断降低,氢能将有望与电能共同成为二次能源主体,通过氢电互补推动我国能源结构转型、降低碳排放、保障我国能源安全。目前,我国已成为世界第一大产氢国,主要有三类工业制氢路线:化石燃料重整制氢、工业副产氢和清洁能源电解水制氢。依托清洁能源发展起来的其他制氢新技术,如太阳能光解水制氢、生物质制氢、核能制氢等也受到广泛研究和关注。此外,制氢系统组成复杂,建模和优化难度高,人工智能在制氢系统的预测、评估和优化方面表现出独特的优势,受到国际学者的关注。本文结合最新研究进展,对上述制氢路线的发展情况进行了综述,并通过技术成熟度、经济性和环保性比较,结合国情对我国未来氢气供应结构做出展望。同时,本文综述了人工智能在制氢系统中的最新应用进展,以期为我国制氢工艺发展提供新思路。

• 抗肿瘤缺氧诱导因子-1的小分子抑制剂

  王欣瑜, 赵富平, 张儒, 孙子茹, 刘胜男, 高清志

  肿瘤的缺氧微环境与其增殖、分化、血管生成、能量代谢、耐药性的发生以及患者预后状况密切相关。缺氧诱导因子1(Hypoxia-inducible factor 1, HIF-1)是细胞适应缺氧环境的重要转录因子和调控蛋白,通过调控下游靶基因如EPO、VEGF、GLUT等的表达,促进血管新生及有氧糖酵解以适应缺氧的环境,进而影响肿瘤细胞代谢、血管生成和肿瘤转移等。因此,开发以HIF-1为靶标的小分子抑制剂药物有望成为一种有效的肿瘤治疗方法。本文就HIF-1小分子抑制剂在肿瘤学研究中的进展进行综述,旨在为靶向HIF-1抗肿瘤药物的研发提供新思路。

• 基于核酸的纸基荧光生物传感器的设计及应用

  杨爽, 杨贤鹏, 王宝俊, 王蕾

  纸基生物传感器由于其具有成本低、操作方便、生物可降解、识别元件用量低等优点,近年来受到了广泛的关注。其中,以功能核酸作为识别元件的纸基荧光生物传感器具有较高的灵敏度、瞬时响应以及实时检测等特性,在便携式传感设备方面展现出巨大的潜力。此外,将核酸作为识别元件的纸基无细胞蛋白合成平台,通过条件合成的报告荧光蛋白可实现对病毒、重金属等目标物的特异性检测,具有良好的应用前景。首先,本文介绍了基于核酸的纸基荧光生物传感器的设计,特别是基于核酸的识别元件与纸基材料的结合方式。其次,总结了基于核酸的纸基荧光生物传感器在临床诊断、食品安全检测、环境污染物检测等不同领域的最新研究进展,讨论了其优势与局限性。最后,探讨了基于核酸的纸基荧光生物传感器的发展方向与应用前景,以期为相关领域的研究提供参考。

• 质谱光电离/解离技术和生物分子结构鉴定

  杨笑宇, 贾珊珊, 张娟, 亓英华, 胡雪雯, 沈宝洁, 钟鸿英

  质谱是一种广泛应用于化学、生物医学、药学、环境、农业和能源等各领域的分子结构鉴定技术,这种技术通过准确测定分子离子和碎片离子的质量-电荷比来推导分子结构。如何将试样中待测组分有效气化、离子化,转变为具有不同质-荷比的气态离子是质谱仪器和分析方法研究的关键。基于不同物理化学原理的电离、解离方法各有特点,适合不同分析目的。常见的软电离技术一般产生稳定的偶电子离子,往往需要与其他技术联用才能实现分子离子的进一步解离。除了基于碰撞活化和电子得失的两类常见解离方法,光解离技术利用波长/能量可调控的光辐射来使样品分子电离,并引发特定化学键断裂。本文旨在综述不同电离/解离技术,重点探讨近年来发展的红外和紫外光电离/解离技术基本工作原理、仪器特点及其在生物分子(包括有机小分子、蛋白质、核酸和多糖等)结构鉴定中的应用。

• 硫化铟锌的改性合成及光催化特性

  毕洪飞, 刘劲松, 吴正颖, 索赫, 吕学良, 付云龙

  随着社会经济的高速发展,能源的短缺和生态的破坏引起了人们的关注。近年来,寻找合适的解决方案已成为关注的重点。作为一种绿色环保技术,光催化由于其高效、低成本等优点而成为能源和环境问题的研究热点。在许多光催化材料中,三元硫化物硫化铟锌(ZnIn2S4)由于具有可见光响应特性、简单的制备方法和出色的稳定性而表现出巨大的潜力。然而,较高的载流子复合率限制了其光催化性能。近年来,许多研究报道了改性ZnIn2S4以提高其光催化性能,在此,本文详细介绍了各种改性研究,包括ZnIn2S4单体的合成、半导体化合物的结构、贵金属沉积、碳元素改性、离子掺杂。然后,系统完整地总结了ZnIn2S4在光催化、降解有机污染物、去除六价铬、还原CO2和有机合成等方面表现出的光催化特性和机理。最后,对ZnIn2S4的发展前景提出了展望,以期ZnIn2S4光催化剂得到更广泛和深入的研究,尽快在实际生产中得到应用。

• 透明超疏水材料的制备及其应用

  李玥, 卢亚妹, 王鹏飞, 曹莹泽, 戴春爱

  超疏水材料由于其独特的非浸润性引起人们的广泛关注,近年来得到迅猛发展,各种适用于不同领域的功能性超疏水表面应运而生。其中,透明超疏水材料因其在光学领域的特殊贡献受到人们的青睐。透明疏水涂层技术对于实际应用具有重要的意义,透明涂层不仅可以满足光学器件防护的高透光率,还可以维持防护本体的基本外观,在自清洁、防污、防冰防雾、防腐蚀等领域都展示出广阔的应用前景。本文系统地阐述了超疏水表面以及其中功能性的透明超疏水表面的最新进展、表面的设计、制造和重要应用。尽管已经取得了重大进展,但是目前超疏水材料在耐久性方面还存在诸多问题,例如,容易被机械外力破坏、极端环境下表面的超疏水性质不稳定以及老化等问题,限制了透明疏水涂层技术的大范围应用。在未来的研究中,一方面继续丰富相关的理论知识,为透明疏水涂层技术的应用提供更多的理论支持,另一方面,提高涂层的透明度和机械耐久性能仍是未来研究的重中之重。

• 基于贻贝启发的水下仿生胶黏剂

  王桂龙, 崔辛, 陈莹, 胡振峰, 梁秀兵, 陈甫雪

  海洋中的贻贝依靠丝足(Byssus)与足盘(Plaque)可以在潮湿及水下环境中快速而牢固地黏附于各种固体表面。贻贝强健的足部具有沟渠状的生理结构,通过类似于“注塑生产”的生理过程,它们可以生成丝足与足盘。贻贝将液态的蛋白质挤压到沟渠里,只需几秒钟时间,这些蛋白质就能形成一条条发丝一样纤细的丝足。每条丝足的末端都有一个黏性足盘,足盘可以牢牢地黏附在岩石及固体表面。丝足及足盘由多种黏附蛋白(Mfps)组成,且几乎每种黏附蛋白都含有L-3,4-二羟基苯丙氨酸(DOPA)成分。在过去的数十年间,科研人员基本揭示了贻贝黏附蛋白的结构及其黏附机理。DOPA的儿茶酚基团,通过氧化交联、金属螯合、氢键、静电作用、疏水作用、π-π作用、阳离子-π作用等各种共价和非共价相互作用,实现强大的界面黏接。基于贻贝黏附蛋白的结构及其黏附机理,通过使用DOPA及其类似物修饰的聚合物体系,人们得到了多种具有优秀机械性能和功能化的新型仿生多巴类水下胶黏剂。本综述首先介绍了贻贝黏附蛋白的组成特点及其黏附机理;随后分别介绍了凝聚层类胶黏剂、水凝胶类胶黏剂、智能型水下胶黏剂的结构特点及黏附机理;最后讨论了目前仿生水下胶黏剂存在的问题及未来发展前景。

• 碘氧化铋光催化剂的合成、改性及净化一氧化氮

  周汉强, 于明飞, 陈巧珊, 王建春, 毕进红

  光催化技术因其节能、高效、无二次污染等特点,在低浓度一氧化氮(NO)污染治理方面展现出了巨大潜力。在众多半导体材料中,碘氧化铋(BiOI)光催化剂具有窄带隙和独特的层状结构,有利于可见光吸收和电子空穴对分离,展现出了良好的光催化活性和稳定性,近十几年来备受关注。本文综述了BiOI半导体材料光催化净化NO的最新研究进展,阐述了BiOI晶体形貌与晶面调控对其光催化性能的影响;重点介绍了各类改性方法如表面修饰、离子掺杂、异质结构筑等对BiOI光催化活性的提升机制,并提出了该研究方向所面临的挑战与应用前景,旨在为设计高活性BiOI基光催化材料以及高效处理低浓度NO污染提供理论借鉴与技术支撑。