化学进展杂志

化学进展杂志2022年第1期

• 聚集诱导发光

  韩鹏博, 徐赫, 安众福, 蔡哲毅, 蔡政旭, 巢晖, 陈彪, 陈明, 陈禹, 池振国, 代淑婷, 丁丹, 董宇平, 高志远, 管伟江, 何自开, 胡晶晶, 胡蓉, 胡毅雄, 黄秋忆, 康苗苗, 李丹霞, 李济森, 李树珍, 李文朗, 李振, 林新霖, 刘骅莹, 刘佩颖, 娄筱叮, 吕超, 马东阁, 欧翰林, 欧阳娟, 彭谦, 钱骏, 秦安军, 屈佳敏, 石建兵, 帅志刚, 孙立和, 田锐, 田文晶, 佟斌, 汪辉亮, 王东, 王鹤, 王涛, 王晓, 王誉澄, 吴水珠, 夏帆, 谢育俊, 熊凯,

  聚集诱导发光(AIE)是唐本忠院士于2001年提出的一个科学概念,是指一类在溶液中不发光或者发光微弱的分子聚集后发光显著增强的现象。高效固态发光的AIE材料有望从根本上解决有机发光材料面临的聚集导致发光猝灭难题,具有重大的实际应用价值。从分子内旋转受限到分子内运动受限,从聚集诱导发光到聚集体科学,AIE领域已经取得了许多原创性的成果。在本综述中,我们从AIE材料的分类、机理、概念衍生、性能、应用和挑战等方面讨论了AIE领域最近取得的显著进展。希望本综述能激发更多关于分子聚集体的研究,并推动材料、化学和生物医学等学科的进一步交叉融合和更大发展。

• 催化转化呋喃类生物质制备芳香烃化合物的研究

  曾滴, 刘雪晨, 周沅逸, 王海鹏, 张玲, 王文中

  芳香烃化合物是一类与人类生产生活密切相关的重要有机化工原料。基于石油资源的日益枯竭及其生产过程中带来的环境污染问题,寻找新的合成芳香烃化合物的绿色化学路线成为有机合成领域中的研究热点。呋喃类生物质主要来源于植物系生物质,廉价和分子多样性使其成为合成芳香烃化合物的重要候选原料。通过热催化或低温催化反应,呋喃类生物质与乙烯、丙烯等亲二烯体可进行Diels-Alder环加成和脱水等反应芳构化为芳香烃化合物。以呋喃类生物质为基础的催化反应可高效利用可再生能源,工业应用前景广阔。目前呋喃类生物质催化转化制备芳香烃化合物的研究大部分依赖高温高压的高能耗反应条件,且面临“一锅法”副反应繁杂的问题,例如水解、烷基化、异构化和低聚等。本文综述了基于不同呋喃生物质分子所取得的研究成果和面临的问题,简要介绍 Diels-Alder环加成的反应机理,详细讨论催化剂组分、溶剂效应和亲二烯体对反应效率的影响,并对未来基于生物质的芳香烃化合物合成路径进行展望。

• 金属铁络合物光催化二氧化碳还原

  唐晨柳, 邹云杰, 徐明楷, 凌岚

  二氧化碳(CO2)光催化还原技术因兼具解决能源和全球变暖问题的潜力而受到关注。金属铁络合物作为分子型催化剂,具有价格低廉、量子效率高、结构可调控和选择性好等优势,表现出优异的CO2光催化还原性能,成为CO2光催化还原领域的研究热点。本文综述了近年来基于金属铁络合物光催化二氧化碳还原研究进展。介绍了铁金属络合物(如:铁卟啉、铁多吡啶、五齿铁配合物)CO2均相光催化还原体系,总结了体系的构成以及作用机理等,着重关注了体系的催化效率和产物的选择性。此外,综述了以半导体纳米材料/量子点作为光敏剂,金属铁络合物作为催化剂的非均相催化体系的研究进展。最后,对该领域未来的研究方向和所面临的挑战做出展望。

• 非计量Zn-Cr尖晶石中离子占位对催化合成气合成异丁醇中的关键作用

  田少鹏, 任花萍, 陈明淑, 苗宗成, 谭猗生

  异丁醇是一种基本有机化工原料和燃料添加剂。从煤基或生物质合成气制异丁醇符合我国“贫油富煤”的能源结构,对于保障我国能源安全具有重要的现实意义。Zn-Cr基催化剂合成异丁醇具有寿命长、积碳少,产物分布简单的优点,被广泛应用于合成异丁醇研究。本文总结了近年来合成气合成异丁醇的进展,重点介绍本课题组近几年在异丁醇合成过程中发现的非计量Zn-Cr尖晶石中离子占位对催化合成气合成异丁醇中的关键作用。首先概述了异丁醇的催化剂体系、合成工艺以及生成机理,然后介绍了促进阳离子在尖晶石结构中混乱分布的策略,包括调节Zn/Cr比例、煅烧温度、制备方法以及负载碱金属等,同时介绍了两种常用的定量检测尖晶石结构离子占位的方法。本课题组首次发现异丁醇产率与离子分布混乱程度呈近似直线关系,是因为离子占位强烈影响催化剂的物化性质。最后展望了异丁醇合成过程中的机遇和挑战,期望此文对能源化工、材料科学等相关学科的学者有一定的参考和启示作用。

• 基于液晶弹性体的软体机器人

  王猛, 杨剑峰

  作为热门的机器人研究方向,软体机器人通常由软材料制成,具有众多的自由度、能够承受大变形、连续变形和柔顺接触等优势,在微小物体操作和空间受限环境运动等特殊应用领域具有重要的研究价值。其中,液晶弹性体,作为一种最具代表性的智能材料,同时具有液晶各向异性和橡胶弹性,在外界刺激(热、光、电、磁、pH、湿度等)下,其相态或分子结构会产生变化,进而改变液晶基元的排列顺序,从而导致材料本身发生宏观形变,当撤去外界刺激后,液晶弹性体可以恢复到原来的形状。这种独特的双向形状记忆性能使液晶弹性体成为制备软体机器人最适宜的材料之一。目前,根据驱动方式的不同,液晶弹性体软体机器人的研究主要分为热驱动软体机器人、光驱动软体机器人、电驱动软体机器人及其他驱动类型软体机器人,如磁场驱动和湿度驱动液晶弹性体软体机器人等。本文综述了液晶弹性体软体机器人的研究进展,详细介绍了不同驱动方式的液晶弹性体软体机器人体系,并对液晶弹性体软体机器人的发展前景进行了展望。

• 循环肿瘤细胞及细胞外囊泡的纳米检测技术

  王嘉莉, 朱凌, 王琛, 雷圣宾, 杨延莲

  肿瘤液体活检通过对体液中生物标志物的检测实现疾病的精准诊断,对于恶性肿瘤的早期诊断和动态监测至关重要。循环肿瘤细胞(CTC)是肿瘤组织释放到血液中的肿瘤细胞,细胞外囊泡(EV)是由细胞分泌的膜囊泡,二者都携带肿瘤分子信息,并与肿瘤进展和转移密切相关,是重要的液体活检生物标志物,并且在检测方法和临床意义方面也有很多共性。纳米材料由于其高比表面积、独特的光、电、磁等物理化学特性以及易于功能化修饰等特点,被广泛用于CTC和EV的检测,以提高检测灵敏度和特异性,提供肿瘤形成、进展、转移和治疗反应的信息,具有很好的应用前景。本文回顾了在CTC和EV的特异性识别、高效捕获或分离、目标CTC或EV的鉴定等三方面的纳米技术进展,包括提高分子识别特异性的纳米材料表面识别探针功能化修饰以及捕获、鉴定的纳米材料和纳米技术的最新进展,总结了基于功能化纳米材料的液体活检技术的优势及挑战,为液体活检纳米技术的发展提供信息。

• 可激活的NIR-Ⅱ探针用于肿瘤成像

  王振, 李曦, 栗园园, 王其, 卢晓梅, 范曲立

  波长位于1000~1700 nm之间的近红外窗口,通常被称为第二近红外(NIR-Ⅱ)窗口,在生物成像方面(荧光成像、光声成像等),该窗口展现出强大的吸引力。相比在可见光(400~700 nm)区域和第一近红外(NIR-Ⅰ,700~900 nm)窗口的传统成像,NIR-Ⅱ生物成像提供了分辨率高和穿透深度深等优点。但是,目前大多数“always-on”探针,并不能实现更高的信噪比。肿瘤微环境响应型智能药物的成像只在肿瘤中触发,可以克服这一局限性。因此,应充分结合肿瘤微环境和NIR-Ⅱ智能响应探针,充分发挥两者的优势,提高肿瘤的精准诊断。本文从不同的病理参数综述了可激活的NIR-Ⅱ荧光探针在生物成像中的最新研究进展,并对这一新兴的领域所面临的机遇和挑战提出看法。

• 纳米技术在水中病毒灭活中的应用:对新型冠状病毒SARS-CoV-2传播阻断的启示

  冀豪栋, 齐娟娟, 郑茂盛, 党晨原, 陈龙, 黄韬博, 刘文

  新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情给人类社会发展和生命健康造成了巨大威胁,由于新型冠状病毒(SARS-CoV-2)在水中的稳定性,城市污水成为该病毒最集中的污染源之一,因此如何杀灭主要水媒介中的病毒也成为了科学领域关注的重要问题。新冠病毒在结构上由具有遗传效应的RNA链和蛋白衣壳组成,可受活性氧物种(ROS)攻击解体而被灭活。生化代谢的阻断和结构的破坏也是新冠病毒灭活的有效方法。纳米材料因其表面和界面效应、独特的微观结构及优异的物化性质,在新冠病毒杀灭中有很好的应用前景。本文在探讨新型冠状病毒结构组成以及其在水环境中的存活及传播特征的基础上,全面综述了纳米材料在光催化、非均相催化高级氧化、离子毒性灭活和结构效应等方面于灭活病毒中的应用,深入探究了病毒灭活行为及机理。基于此,结合新冠病毒的结构组成及传播特征,深入探讨了不同纳米技术的新冠病毒灭活中的潜在应用。该综述可为环境纳米技术应用于水中新冠病毒灭活及其在水媒介中的次生传播阻断提供理论依据和实践参考。

• 致癌性卤代醌类消毒副产物造成 DNA 损伤的分子机理研究

  朱本占, 张静, 唐苗, 黄春华, 邵杰

  卤代醌是一类卤代芳烃类环境污染物的致癌中间体,也是在饮用水中新发现的氯化消毒副产物。我们最近发现卤代醌和 H2O2 或有机氢过氧化物体系可以不依赖过渡金属离子,而产生高活性的羟基/烷氧自由基和醌氧/醌碳自由基。目前尚不清楚这些卤代醌类致癌物和氢过氧化物共存能否诱导 DNA 产生氧化损伤和修饰,以及其潜在的分子机制是什么。我们的研究发现 DNA 在四氯-1,4-苯醌/H2O2体系中可被氧化产生 8-氧脱氧鸟苷、DNA 链断裂和三种甲基氧化产物,这些反应不依赖过渡金属离子,且由于卤代醌与 DNA 的嵌入作用而导致其氧化作用增强。其他卤代醌也观察到了类似的现象,而且通常比经典的 Fenton 体系更有效。我们进一步将研究从纯化的 DNA 扩展到了活细胞的基因组 DNA。同时还发现卤代醌和有机氢过氧化物(如叔丁基过氧化氢或在正常生理条件下产生的 13S-过氧羟基-9Z,11E-十八碳二烯酸(13-HPODE))共存时,可通过独特的醌氧自由基介导机制诱导 DNA 氧化生成致突变性更强的咪唑啉酮类产物 dIz。这些发现为解释普遍存在的卤代醌类致癌中间体和消毒副产物的潜在基因毒性、致突变性和致癌性提供了新思路。