化学进展杂志

化学进展杂志2025年第10期

• 核酸检测与基于CRISPR生物传感的微流控即时检测技术的研究及应用

  赵梓豪, 赵亮, 汪夏燕

  核酸检测是当代病原体感染诊断的金标准和技术基石。随着现代医疗需求的不断变化，现场快速检测（Point-of-care testing， POCT）技术在传染病防控、个性化精准医疗以及资源有限的医疗场景中展现出极为重要的价值。基于POCT技术的核酸检测能够快速提供诊断信息，显著改善患者治疗结果，并优化医疗资源分配。微流控芯片作为一种新兴技术，凭借其低试剂消耗、高度集成化和自动化的特点，成为核酸POCT领域的关键组成部分。微流控芯片通过将复杂的实验室功能集成到单一芯片上，实现了样本处理、信号放大和检测的全流程自动化，极大地提高了检测效率和准确性。此外，微流控芯片结合等温扩增技术（如LAMP）、CRISPR-Cas技术等，能够快速、灵敏地检测病原体，适用于多种传染病的现场筛查。基于微流控芯片的POCT设备已成功应用于新型冠状病毒等多种病原体的检测，展现出快速、便携和高灵敏度的优势。本综述旨在总结核酸检测的简要发展以及利用CRISPR-Cas技术与微流控芯片技术结合的研究进展，探讨其在POCT领域的应用现状和未来发展方向。

• 自旋光电效应与有机自旋半导体材料开发

  郑超, 周琪, 崔东岳, 张景瑜, 张淑炜, 朱辰熙, 陈润锋

  有机半导体不仅具有优异的光电性能，还兼具轻薄、柔性、可设计、易加工和低成本等优势。近年来，通过引入“自旋”自由度，有机半导体的光电子效应和材料研究又在新的维度上得到了拓展，为新材料开发、新功能调控和新器件应用提供了新思路。本文对有机半导体自旋光电效应相关的研究进展进行了系统综述，深入探讨了自旋极化电子的注入、输运及弛豫机制，介绍了各类有机自旋电子器件及其运行机理，系统总结并探讨了各类有机自旋半导体材料，包括小分子、聚合物、激基复合物及有机/无机杂化材料，及其在自旋阀、自旋发光二极管、自旋光伏器件和自旋场效应晶体管等器件中的应用进展，最后对有机自旋电子学的未来发展方向进行了展望，期望能为该领域的后续深入研究提供有益参考。

• 高温CO2缓蚀剂的研究进展

  苑文英, 姜爽, 张霄鸥, 张天永, 王瑞涛, 汪怀远

  CO2腐蚀作为油气田开采中最普遍及严重的钢材腐蚀类型之一，其破坏性不容忽视。值得注意的是，在相同pH条件下，碳酸所致的腐蚀效应竟显著超越盐酸，已成为制约油气行业进步的重要瓶颈。采用缓蚀剂控制CO2腐蚀，被视为最经济且高效的策略。随着油气田钻井作业逐渐向深井延伸，高温高压环境下的CO2腐蚀问题日益严峻。本文深入探讨了碳钢在高温CO2条件下腐蚀作用机理，综述了国内外针对高温CO2以及含S环境下缓蚀剂的最新研究进展，着重介绍了咪唑啉类、季铵盐类和天然提取物类缓蚀剂的性能特点，剖析了缓蚀机制。最后，基于现有研究成果，对高温CO2缓蚀剂的发展趋势进行了前瞻性讨论，旨在为未来研究提供理论指导和技术支持。

• 基于喹啉的荧光探针在离子与分子检测中的应用

  唐旭, 江梁, 张曙光, 陈孝云

  荧光探针凭借其优异的光学性能和广泛的应用潜力，在化学传感和生物成像领域发挥着重要作用。喹啉及其衍生物作为一类重要的荧光基团，因其独特的结构和可调控的光物理性质，在离子和分子检测中展现出显著优势。本文系统综述了近年来基于喹啉的荧光探针在环境监测、生物分析和医学诊断等领域的研究进展，重点探讨了其荧光响应机制、配位化学特性及实际应用。研究表明，通过对喹啉衍生物进行结构修饰和功能化设计，可开发出多种高选择性、高灵敏度的荧光探针，为复杂体系中目标分析物的检测提供了有力工具。最后，本文展望了喹啉类荧光探针的未来发展方向，为相关领域的研究提供了参考。

• 化学分子的隐藏空间嵌入方法原理和应用

  陈昊天, 杨涛, 刘晓彤

  化学分子的有效表示是推动化学信息学和新材料研发的关键。近年来发展出的基于数据驱动的分子表示技术，相较于传统手工设计描述符和图结构分析方法，能够有效避免噪声和信息冗余，为高效精准性质预测提供支持。嵌入表示具备高效信息压缩、数据表征增强和语义保留等特点，已广泛应用于深度学习与数据挖掘等领域。受自然语言处理领域词嵌入启发，研究者开始探索将类似方法应用于化学分子的隐藏空间构建，并提出多种用于分子性质预测和分子结构生成的嵌入方法。本综述首先阐述了机器学习中通用嵌入技术的原理，进而依次探讨了化学元素隐藏空间表示方法和化学分子隐藏空间嵌入技术。通过梳理自然语言处理、图嵌入等领域相关技术在分子嵌入中的创新应用，揭示当前分子嵌入正逐步向多模态、自监督学习和动态建模方向演进，对未来研究发展趋势提出展望。

• 有机电极材料：分类及其在金属离子电池中的典型改性应用

  郝梦圆, 孟晴, 鄢亚超, 陈颖芝, 王建涛, 王鲁宁

  绿色及可持续发展是当今各行业发展都在追求的目标，电池领域也在不断研究新型电极材料，有机电极材料也因此得到了广泛关注。与传统电极材料相比，有机电极材料具有结构高度柔性、电学性质可调及绿色低成本等优点，正是由于这些优点使其在电池领域有着多种多样的应用，但在应用过程中材料的分子结构及共轭体系等原因导致电子传输困难，存在导电性差的问题，同时由于材料的化学结构和极性，许多有机电极材料在电解质中溶解度较高，造成活性物质损失，使电池出现循环稳定性差及容量衰减等问题，故需要对材料分子结构进行改性。本综述深入分析了有机电极材料在电池领域的发展，通过与无机电极材料进行对比揭示其独特应用优势，阐述了不同类型有机电极材料的电化学机制，并对不同有机电极材料在各种金属离子电池中的应用及进一步的改进措施进行深入探讨。侧重于从分子设计、聚合、不同材料复合以及微纳结构调控等角度，对羰基化合物、有机硫化物及有机自由基等各类有机电极材料在金属离子电池中的应用进行改性，进而提高导电性及循环稳定性实现电池的长寿命发展。最后对有机电极材料的未来发展进行展望，希望通过总结应用中不同的改性措施，采用不同优化方法，研究出具有更高性能、更少缺陷的电极材料。相信经过不断总结改进，有机电极材料可以实现性能升级，在未来应用中实现更大突破，获得更多样的应用，为绿色及可持续发展作出贡献。

• 耐久型超滑表面的研究进展

  孙烨, 鲍艳, 郭茹月, 高璐, 刘超, 杨敬巍

  超滑表面（SLIPS）因其独特的疏液性，被广泛应用于防污防腐、防除冰及液滴操控等领域。然而，这类表面在遭受外界机械磨损后，往往易于导致润滑剂流失，进而削弱乃至完全丧失其疏液特性。鉴于此，本文首先从超滑表面设计的三大原理出发，阐明了其在超滑表面设计过程中所发挥的指导作用，并梳理了制备耐久型超滑表面所需的五大关键条件。其次，通过整合国内外研究进展，凝练出三种提升超滑表面耐久性的策略：优化粗糙结构以增强机械稳定性，利用共价接枝技术锚定润滑剂以确保长效润滑，以及建立润滑剂补充机制以维持润滑层持久性，并对其各自的优势和局限性进行了简要评述。最后，基于上述策略的应用瓶颈，指出了当前超滑表面在耐久性提升方面所面临的关键挑战，并据此展望了其未来研究方向，包括优化纳米粗糙基底的设计、拓展聚合物分子刷的功能化设计、开发绿色环保型润滑剂以及从多维度综合提升超滑表面耐久性等，以期为超滑表面的深入研究与应用提供新的思路与途径。

• 镍族单原子催化剂在低温催化氧化一氧化碳中的应用

  张巍, 周昭仪, 宋权斌, 尹艳山, 成珊, 宣艳妮, 阮敏, 刘涛, 张凯凯, 姚志豪, 李丹聪

  单原子催化剂因其极高的原子利用率和可调的高活性位点，在CO低温氧化反应中表现出优异的催化性能。其中载体至关重要，它们不仅为单原子提供了稳定的锚定位点，防止原子团聚，由此提高了金属的分散性和隔离性，还通过金属－载体相互作用改变了界面电子结构，从而影响催化剂的活性、选择性和稳定性。本文综述了近年来镍族金属锚定在不同载体上的研究进展，包括碳材料、金属氧化物材料和（非）金属框架材料，探讨了催化剂对CO低温催化氧化的促进机制以及过程中的影响因素，并总结了通过引入杂原子、优化界面结构、构筑缺陷以及构建空间限域四种强化策略来提高催化活性，最后对镍族单原子催化剂的发展前景作出了展望。

• 碳基纳米酶在疾病治疗及预防中的应用

  刘美楣, 宋诗瑶, 屈至晗, 赵碧瑶, 张润坤, 霍志铭

  碳基纳米模拟酶（CNEs）作为新一代仿生类酶催化材料，凭借其过氧化物酶/氧化酶等多酶活性特征，在检测分析、环境修复及生物医学领域展现出重要应用价值。相较于天然酶，CNEs具备制备便捷、成本低廉、稳定性优异等优势，且催化活性还可通过结构调控实现精准适配，因而被视为极具潜力的酶替代材料。基于近五年的研究进展，本文梳理了CNEs的构效关系，阐明其活性位点分布与电子结构对催化性能的调控机制。探讨了杂原子掺杂、二次化学改性及环境影响因素等策略对CNEs酶活性的影响，归纳了酶活性增强/改性的有效路径。进一步结合酶活性特异性，综述了其在疾病靶向治疗与预防干预中的应用案例。文末对CNEs提出了新型结构设计与智能响应体系构建的未来研究展望，旨在拓展其在精准医疗和公共卫生领域的应用边界，为解决全球性健康问题提供创新思路与策略。

• 水溶性D-A-D型近红外二区荧光分子的制备及应用

  储咏桢, 孙鹏飞, 范曲立

  D-A-D型分子是指一类由电子供体以及电子受体组成的共轭结构分子。由此类分子主导的近红外二区荧光成像具有穿透效果好、成像清晰度高等优点。其在临床诊断方面具有极高的应用潜力。然而，这类分子通常含有共轭的苯环结构。这意味着该类分子的水溶性不佳，极大限制了近红外二区荧光成像的更广泛应用。在近几年的研究中，通常会对D-A-D型分子进行末端或侧基修饰来提高其水溶性。本综述介绍了末端修饰亲水性的聚乙二醇、修饰其他亲水性的聚合物链、采用蛋白或者肽进行修饰和末端离子化修饰四种改善水溶性的方法。并按上述方法的不同详细介绍了水溶性D-A-D型分子的设计方法及相关应用，最后对水溶性D-A-D小分子在近红外二区荧光成像领域的进一步发展进行了展望。

• 光催化水中NO3-还原

  何鸿樟, 张竞哲, 周科年, 吴金波, 李发亮, 张海军

  化肥和其他工农业化学品的大量使用导致过量含NO3-废水排放到自然界中，对环境和人类健康构成了严重威胁。光催化水中NO3-还原技术以其高效能、低能耗和广泛的适用性被认为是一种极具应用前景的NO3-无害化处理方法。本文详细阐述了光催化水中NO3-还原的机理和主要产物，总结了常用的光催化剂类型，介绍了光催化过程中的影响因素；并对光催化NO3-还原技术当前面临的主要挑战及其未来的发展前景进行了深入讨论和展望。