化学进展杂志

化学进展杂志2021年第2期

• 基于非富勒烯小分子受体Y6的有机太阳能电池

  徐翔, 李坤, 魏擎亚, 袁俊, 邹应萍

  随着给/受体材料的不断发展,有机太阳能电池的器件效率不断取得进展。特别是非富勒受体分子Y6的出现,使单结有机太阳能电池的效率突破了15%。Y6已经应用到了有机太阳能电池各个方面并且极大提升了其性能。本综述主要总结了Y6在二元、三元和四元、逐层印刷、柔性、叠层和半透明等有机太阳能电池方面的研究情况,以及基于Y6三线态的有机太阳能电池的进展,最后对Y6的结构优化及在器件领域中的应用进行了展望。

• 多彩金纳米簇:从结构到生物传感和成像

  孙亚芳, 周子平, 舒桐, 钱立生, 苏磊, 张学记

  金纳米簇是一种具有发光性能的“类分子”新兴纳米材料。通过调控金原子数目和配体组成性质,金纳米簇可以实现同激发光下不同波段发射,从而展现出“五彩缤纷”的发光特性,这使其被广泛应用于光催化、光学器件、传感和成像等多个领域。因此,开发和优化具有优异发光性能的金纳米簇一直是化学、材料和生物学科的研究热点。本文立足于金纳米簇的发光色彩,根据不同发光颜色总结了相应金纳米簇的合成原理和方法,并对影响金纳米簇发光性能的因素进行了探究。同时,也总结了近年来这些“多彩”金纳米簇在生物传感和生物成像方向的应用,并对金纳米簇发展面临的挑战及发展的趋势分别进行了探讨和展望。

• 一维新型碳的同素异形体:碳链

  靳钧, 林梓恒, 石磊

  碳链是一种完全一维的、具有电子轨道sp杂化结构的新型碳的同素异形体。正是由于碳链的独特的一维结构,使其拥有区别于富勒烯、石墨烯和碳纳米管的化学键,从而表现出更加优异的性能,如:理论预言碳链的机械强度是石墨烯的几倍;碳链的导热也类似于石墨烯和碳纳米管;碳链是具有直接带隙的半导体材料,且带隙的大小可以通过其长度来调控,其长度越长,带隙越小。尽管关于碳链的研究早在19世纪已经启其端绪,但是一直进展缓慢。直到近期,关于碳链的研究才有了几次突破性的进展,引起了学术界的广泛讨论。本文介绍了碳链的概念、结构和特殊的物理性质,在此基础上进一步介绍了碳链的几种典型的合成方法以及应用前景,重点阐述了近期碳链研究上的几次重大突破,并对于碳链研究的未来进行了展望,希望能引起国内外同行的关注。

• 近红外荧光探针检测金属离子、小分子和生物大分子

  刘园园, 郭芸, 罗晓刚, 刘根炎, 孙琦

  荧光探针技术是近年来发展迅速的一种荧光分析方法,具有灵敏度高、选择性好、操作简便和响应迅速等特点,受到环境及生命科学领域的青睐。随着荧光探针技术的发展,近红外一区荧光探针由于具有发射波长长(600~900 nm)、对细胞损伤小、组织穿透性强和自发荧光背景低等优点,被广泛应用于细胞、组织等复杂生物体系中生物分子的检测、示踪及成像。本文评述了近年来(2016~2020年)近红外荧光探针对金属离子(Hg2+、Cu2+、Zn2+、Al3+、Fe3+)、生物小分子(Cys、N2H4、H2S、H2O2)与生物大分子(亮氨酸氨基肽酶、β-半乳糖苷酶)等重要生物分子的检测及成像的研究进展,讨论了该类探针在细胞及活体的分析应用,并对近红外荧光探针的前景进行了展望。

• 激活型有机光声造影剂的应用

  刘加伟, 王婧, 王其, 范曲立, 黄维

  光声(PA)成像作为一种结合了光学和声学成像优势的新型成像方式,具有深层组织穿透和高空间分辨率等优点,在重大疾病的早期影像诊断方面有着巨大的应用前景。然而传统的PA造影剂依然存在信噪比低、选择性及特异性差等不足,容易产生假阳性诊断结果。激活型PA造影剂可以有效的降低背景噪声,并提升成像的灵敏度和特异性,是目前PA造影剂设计与构筑的主要趋势。本综述首先简单介绍了PA成像的原理,然后结合近几年在金属离子、酶、活性氮和活性氧等相关方面的生物成像应用,梳理了可激活探针在不同微环境中的响应方式。最后,对激活型探针在PA成像中的应用进行了总结和展望。

• 气敏新材料MXenes在呼出气体传感器中的应用

  朱继秀, 陈巧芬, 倪梯铜, 陈爱民, 邬建敏

  电子鼻结合人工智能对呼出气进行检测、分析和识别已成为非侵入性医疗检测领域的研究热点。然而,目前已报道的气体传感材料尚不能同时满足高灵敏度、高选择性和稳定的室温检测,阻碍了气体传感器在医疗健康领域的应用及发展,寻找合适的传感材料具有重要的意义和挑战。新型二维层状纳米材料MXenes具有种类多、比表面积大、导电性能强、表面含有丰富的官能团以及能带宽度可调等优异性能,是高灵敏、低能耗气体传感器的明星候选材料。本综述针对MXenes基材料的特殊结构,总结梳理了MXenes基材料在气体传感中的最新研究成果,聚焦于MXenes材料的气体传感机理和改性方法,对MXenes材料用于气体传感依然存在的问题和挑战进行深入探讨。

• 乙炔羰基化反应催化剂:由均相到多相

  魏雪梅, 马占伟, 慕新元, 鲁金芝, 胡斌

  基于非石油路线制备的乙炔小分子,其羰基化反应可制备大量高附值化学品,在CO排放的环境治理以及化学品应用方面有着十分重要的意义。本文主要概述了乙炔羰基化反应的催化剂由均相到多相的研究进展,总结了乙炔单/双羰基化催化剂种类及添加剂对反应活性的影响。基于反应机理分析提出调控结构敏感性因素(尺寸效应及形貌效应)制备高效催化剂的设计思路,并进一步综述了多相催化剂微纳结构的可控制备方法及其结构与催化活性之间的构效关系,以期对未来设计高效乙炔羰基化反应的多相催化体系提供指导意义。

• 两亲性Janus粒子的合成及其在Pickering乳液中的应用

  张元霞, 鲍艳, 马建中

  Janus粒子由于在光、电、力、磁及表面亲/疏水性等方面表现出各向异性,因此在稳定乳液、生物医药及功能涂层等方面展现出广阔的应用价值。两亲性Janus粒子是指一侧具有亲水性、另一侧具有疏水性的不对称材料,由于同时具有表面活性剂的性质和固体颗粒的效应,在稳定Pickering乳液方面极具优势。基于此,本文对两亲性Janus粒子的制备方法进行了综述,并对比分析了其优缺点,同时总结了两亲性Janus粒子对Pickering乳液稳定性的影响,最后对其今后的发展进行了展望。

• FeOCl层状材料及其插层化合物:结构、性质与应用

  王金岭, 温玉真, 汪华林, 刘洪来, 杨雪晶

  氧基氯化铁(FeOCl)是一种典型的Fe基层状材料,于20世纪30年代被发现,并于20世纪70年代起作为一种优异的插层主体在超分子插层化学领域进行了大量的研究。FeOCl的层状结构赋予了其远比传统铁(氢)氧化物更加灵活的调变空间,自2013年第一次发现FeOCl具有优异的固体Fenton活性以来,围绕FeOCl及其插层化合物在催化、能源等领域涌现了大量的应用性研究,展现了其巨大的发展潜力。本文首先对FeOCl及其几种典型的插层体系进行了介绍,重点对插层诱导的FeOCl晶体和电子结构变化进行了讨论,然后对FeOCl及其插层化合物在水中污染物高级氧化降解、电极材料以及其他新兴领域的应用研究进展进行了综述。最后,从FeOCl的结构设计和稳定性等方面对其未来的开发应用趋势进行了展望。

• 钙钛矿太阳能电池电子传输层的制备及应用

  杨英, 罗媛, 马书鹏, 朱从潭, 朱刘, 郭学益

  目前,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSC)的器件效率已经超过25%。电子传输层作为PSC中的重要组成部分在提取和传输光生电子,阻挡空穴,修饰界面,调节界面能级和减少电荷复合等方面起着关键作用。无机n型材料,例如TiO2、ZnO、SnO2和其他金属氧化物材料具有成本低和稳定性好的特点,经常在传统PSC中被用作电子传输层(ETL)。有机n型材料,例如富勒烯及其衍生物、萘二酰亚胺聚合物和小分子,具有良好的成膜性能及强的电子传输性能,经常在反式PSC中被用作ETL。本综述详细介绍了PSC中电子传输层的作用机理和制备方法;重点总结了金属氧化物材料、有机分子材料、复合材料和多层分子材料电子传输层和其改性手段的最新研究进展;最后,展望了电子传输层材料朝着高性能PSC的实际应用和发展前景。

• 木质素:一种有潜力的生物质基催化剂来源

  陈祥云, 袁冰, 于凤丽, 解从霞, 于世涛

  木质素是自然界中储量丰富的唯一含芳环生物质可再生资源,但复杂的结构使其难以高效利用,目前大部分被废弃。除通过氧化还原等过程可将其转化为石油化工产品的替代品外,木质素结构中丰富的含氧官能团及制浆过程引入的硫元素等均可提供有效位点,为其作为催化剂基质提供了丰富的可行性。本文从木质素资源的来源和结构分析出发,根据不同催化反应的机理和制备催化剂过程中的结构改性类型,综述了具有不同结构特征的木质素基催化剂分别在生物质平台化合物水解等酸碱催化反应、电催化反应和负载金属纳米粒子催化氧化还原反应等过程中的应用,讨论了木质素类型、制备或活化改性条件对催化材料性能的影响,也指出了当前木质素基催化剂的开发研究难点和未来发展方向。

• 选择性氧化HMF

  程丽丽, 章赟, 朱烨坤, 吴瑛

  近年来,利用储量丰富且可再生的生物质资源制备高附加值化学品和液体燃料是目前化学研究领域的热点之一,同时契合可持续发展的国家战略。5-羟甲基糠醛(HMF)是关键的生物质平台化合物之一,广泛应用于制备精细平台化合物、药物的中间体、聚合物的合成、液体燃料的前驱体等。因此,HMF的选择性氧化逐渐成为生物质领域的研究热点。本文主要介绍了近五年来关于HMF选择氧化制备DFF、FFCA、FDCA等生物质衍生物的研究,以及以HMF为中间体的生物质转化过程。关于对HMF进行选择性氧化,主要聚焦于以热催化和光催化两种途径。其中,以热催化的途径将HMF选择性氧化为DFF和FDCA研究较多,此途径下的催化体系主要介绍了贵金属和非贵金属两类;而在为数不多的光催化途径下,主要研究的催化体系是g-C3N4催化剂。最后,指出了目前HMF氧化反应研究存在的不足,并提出了可能解决的方法。