化学进展杂志

化学进展杂志2026年第2期

• 机器学习辅助纳米材料设计与制备

  王晓阳, 赵一方, 刘晨逸, 范乐颜, 薛德军, 相国磊

  近年来，机器学习技术在纳米材料的结构设计、性能预测和合成优化等方面取得了显著进展，正推动该领域从传统经验驱动向数据驱动范式的转变，为纳米科学的发展带来全新的机遇。本文综述了机器学习在纳米材料设计与制备中的研究模式与最新进展，涵盖了代表性材料体系的研究案例和技术路径。全面介绍了数据获取与特征工程、监督与非监督建模、生成模型及自动化实验等核心技术，展望了未来发展的方向，包括构建标准化数据库、开发物理感知算法以及实现智能实验平台的高效协同，为纳米材料的智能化开发提供方法参考。

• 脉冲电解水制氢：原理、技术现状及未来趋势

  赵鹏翔, 王丽杰, 冯少广, 张学伟, 朱鸿飞, 孙坤元, 于洋, 孙苗婷, 孟晓晓, 高继慧, 赵广播, 周伟

  氢能作为碳中和目标下的关键清洁能源载体，其高效制备技术亟待突破。本文聚焦脉冲电解水制氢技术，系统阐述其通过周期性调控电流/电压降低扩散层厚度，加速气泡脱离，提升电极稳定性的机理，揭示脉冲抑制气泡屏蔽效应，高频脉冲缩短离子弛豫时间的优化机制。文中总结了脉冲参数（波形、频率、占空比等）对制氢特性的影响规律，对比了感应脉冲、电压/电流脉冲及波动功率电解技术的应用潜力，强调其在适配风光波动性电源（宽功率调节、抑制电压闪变）中的优势。脉冲电解虽展现高能效与强鲁棒性，但仍面临电极抗冲击性不足、多参数耦合机制不明等瓶颈。未来需融合智能算法优化动态调控，发展风光储氢一体化系统，推动高频谐振与低纹波滤波技术应用，加速绿氢规模化生产。本文为脉冲电解技术的研发及其潜在工程化应用提供了理论支撑。

• TiO2基纳米材料用于高效光催化制氢

  张加睿, 杨永超

  为应对全球能源危机和环境挑战，光催化制氢（H2）已成为清洁能源转化的一种可持续替代方案。在众多光催化剂中，TiO2基纳米材料因其独特的物理化学性质（如高化学稳定性、强氧化还原能力、可调的电子结构以及高成本效益）而备受关注。对TiO2基光催化剂的广泛研究证明了其在制氢领域的巨大潜力。本及时且重要的综述探讨了TiO2基光催化剂的最新进展，讨论了其在光催化制氢中的独特优势和合成方法。文中总结了提高光催化效率的改性策略，如元素掺杂（例如贵金属、非贵金属和非金属）、形貌工程和复合结构设计等。此外，还强调了用于探索光催化机理的先进原位/非原位表征技术。最后，概述了TiO2基纳米材料面临的主要挑战（例如有限的可见光活性和电荷复合），并展望了新兴TiO2基纳米材料的发展前景以及克服当前瓶颈的设计策略。并对未来的研究重点进行了展望，如原子界面工程、机器学习辅助材料设计和大规模制备技术等。这项工作旨在为下一代制氢系统的TiO2基光催化剂的合理设计提供见解。

• 表面重构调控析氧反应电催化剂性能研究进展

  温俊杰, 丁丽香, 袁真, 张钧壹, 雷文, 张海军

  析氧反应（OER）过程中催化剂的表面重构与前者的催化性能密切相关。然而，其表面重构机理尚未完全明晰，尤其是可控表面重构与活性位点的精准调控需进一步深入研究。基于此，本文系统阐释了吸附演化机制（AEM）与晶格氧氧化机制（LOM）两种OER催化机理，分析探讨了pH、温度及电位对催化剂表面重构行为的影响，重点总结了离子浸出（阳/阴离子浸出）、元素掺杂（金属/非金属掺杂）及尺寸效应调控等对催化剂表面重构的影响，揭示了表面重构与催化活性之间的关系，以期为高性能OER电催化剂的开发提供理论支持。最后，总结了OER电催化剂可控表面重构在实际应用中存在的挑战及未来的研究方向。

• 光驱动钯催化偶联反应/C—H官能化反应研究

  陶嘉豪, 周子诣, 刘亮, 宋小艳, 赵保丽, 程凯

  近年来，可见光驱动的钯催化偶联及C—H官能化反应在有机合成领域取得了重要进展。通过光激发钯配合物引发单电子转移（SET）过程，有效克服了传统热催化中惰性键活化的瓶颈，显著拓展了底物适用范围与官能团耐受性。本文系统综述了光驱动钯催化的Negishi偶联、Suzuki-Miyaura偶联、Heck反应、三组分偶联及C—H键官能化反应的最新研究成果，重点分析了激发态钯催化剂在惰性键活化、区域选择性及立体选择性调控中的独特机制与优势。该类光-钯协同催化策略显著提升了反应的区域选择性和立体控制能力，拓展了底物适用范围与官能团兼容性，尤其在含氟分子、张力环及杂环构建中表现出独特优势，为药物分子、功能材料及天然产物的高效绿色合成提供了新路径，展现出良好的应用前景。

• 连续流酶促/化学-酶法开环聚合

  苏嫒嫒, 刘一寰, 黄金, 杨恒权, 郭凯, 朱宁

  环状单体开环聚合制备生物降解聚合物是高分子化学领域的研究热点。以酶作为催化剂的生物催化开环聚合是一类绿色合成方法，但是存在酶促效率较低、分子量分布较宽等瓶颈。相较于传统釜式间歇反应器，微反应器具有极大的比表面积和连续流特征，可以强化反应过程，在有机合成和高分子化学等方面应用广泛。近年来，基于微反应器的连续流酶促开环聚合取得了显著成果，在提升反应速率、降低分子量分布指数、提高端基保真度等方面表现出独特优势，进一步通过生物-化学催化耦合，实现了嵌段、刷形等复杂结构生物降解材料的高效制备。本文总结了微反应器中连续流酶促/化学-酶法开环聚合制备生物降解材料的研究进展，同时对相关领域存在的机遇与挑战进行了探讨。

• 基于微流控芯片的单细胞RNA测序技术

  束璐茜, 张炎

  细胞异质性是理解胚胎发育、疾病演化等生命过程的关键，而传统群体细胞RNA测序无法解析单细胞层面的基因表达差异。单细胞RNA测序技术（scRNA-seq）虽能在单细胞分辨率下构建转录组图谱，但其面临单细胞分离捕获效率低、RNA微量操作偏差大等挑战。以微流控芯片为技术载体的scRNA-seq通过微米级流体操控系统，将单细胞分离、裂解、逆转录、扩增及测序文库构建等流程集成化，实现了高通量、低样本损耗及自动化操作，显著提升了scRNA-seq的效率与数据可靠性。本文概述了scRNA-seq的测序流程，包括单细胞的分离与捕获、RNA提取、逆转录与扩增、单细胞测序等步骤，分析了微流控芯片在适配单细胞、精准控制反应体积和实现流程自动化等方面的核心优势，并简述了代表性平台Fluidigm C1、10X Genomics Chromium及BD Rhapsody的技术原理与特点。微流控芯片技术为scRNA-seq提供了高效、精准的技术平台，未来随着芯片设计的不断优化与多组学整合分析能力的提升，我们期待其在解析复杂生物系统、揭示疾病机制乃至推动精准医疗方面发挥更为深远的作用。

• 碳点作为荧光探针在环境检测中的研究进展

  张淙银, 伊魁宇, 冯佳, 史洪微

  随着工业化与城市化进程的加剧，环境污染物种类激增且基质日趋复杂，对检测技术的选择性与抗干扰性提出了更高要求。传统方法（如ICP-MS、GC-MS等）因前处理繁琐、成本高昂，难以满足快速、现场化监测需求。碳点（CDs）作为一类性能优异的零维碳基纳米材料，凭借其独特的光学性质、低毒性和可调表面功能，为构建绿色、灵敏的荧光探针提供了新途径。本文系统综述了碳点荧光探针在环境检测中的研究进展，涵盖其合成方法、发光机制、表征手段及其在金属离子、无机阴离子与有机污染物检测中的应用。重点解析了荧光猝灭型、荧光增强型及比率型荧光传感3类探针的构建策略与响应机理，特别强调比率型探针利用内置参比信号在复杂基质中实现自校准，显著提升检测准确性与抗干扰能力。进一步地，本文重点介绍了碳点探针与智能手机传感平台的集成策略，展现了其在实现污染物现场、快速、可视化检测方面的巨大潜力，为环境检测的便捷化、智能化转型提供了明确路径。最后结合当前挑战，对未来材料设计、机理研究、应用拓展及智能平台开发等方向作出展望，以期为该领域的发展提供理论依据与技术支撑。

• α-折叠多肽二级结构

  陈兆雨, 马小越, 于恒昊, 徐海

  α-折叠是一种罕见的多肽二级结构，不同于典型的多肽二级结构，α-折叠在单肽链延展的同时其链间氢键排列整齐且呈现强烈偶极矩。因其不稳定的分子排布方式，一直以来被视为蛋白质折叠过程中的瞬息产物而被忽视。随着晶体学和分子动力学技术的进步，在对多种神经退行性疾病相关蛋白的研究中发现，α-折叠可溶性寡聚体是淀粉样原纤维形成过程中出现的关键毒性中间体。因此明确α-折叠的形成原因及组装机制，有助于进一步揭示神经退行性疾病的致病原理，并提出针对性早筛干预和靶向治疗策略，同时有助于人工设计具备压电响应，仿生催化及药物递送等不同功能的自组装多肽纳米材料。本文总结了近年来基于不同二级结构自组装多肽的研究进展，特别是以α-折叠为首的非典型二级结构自组装多肽，重点综述了α-折叠多肽的组装机理，调控方式以及超分子结构，并对其相关生物材料的设计开发进行了展望。

• 蓝相液晶反射色材料与器件

  由晓龙, 王萌, 杨永刚, 陈寅杰

  蓝相液晶（BPLC）作为一种自组装三维光子晶体，其独特的布拉格反射赋予了材料可调的结构色。然而，传统BPLC器件的反射效率和色彩饱和度难以满足前沿应用需求，催生了对“超反射”，即接近理论极限的高反射率与高色纯度的追求。本综述系统梳理并评述了蓝相液晶超反射领域的研究进展。我们剖析了BPLC的微观结构与光子带隙效应，并阐明了其选择性反射的物理机理。在此基础上，归纳了实现超反射的3大核心策略：基于分子工程的材料本征性能优化、基于晶格调控的结构完美化与缺陷抑制，以及基于光学谐振的多层/复合器件设计。我们进一步评述了超反射BPLC在下一代反射式显示、多模态光学防伪、高灵敏度传感、可调谐激光防护及新型光学成像等领域的关键应用突破。最后，本文剖析了该领域在材料稳定性、大面积制备和动态调控范围等方面面临的核心挑战，并对未来发展方向，特别是与智能材料、先进制造技术的交叉融合进行了展望，为推动BPLC光子器件的理论创新与产业化进程提供参考与启示。

• 含氟环氧树脂的构筑、结构调控与性能

  陈嘉荟, 陈文锐, 杨十嘉, 汪洋, 刘兰轩

  近年来，随着现代科技在航空航天、电子信息、深海工程等领域的快速发展，对极端环境（高温、高湿、强腐蚀、高频电场等）下服役材料的综合性能要求日益严苛，而传统环氧树脂存在耐热性不足、化学稳定性有限等固有局限，为此通过精准的分子设计与结构调控，将氟原子或含氟基团引入环氧树脂体系，开发出一系列具有优异耐热性、低介电常数及高化学稳定性的含氟环氧树脂。该类材料在保留环氧树脂高机械强度与良好附着力的基础上，凭借C—F键的高键能与氟原子的强电负性，显著提升了其在高温、高湿、强腐蚀与高频电场等极端环境下的综合性能。本文从含氟环氧树脂的构建方法及氟化改性机制出发，依据氟引入方式的不同，系统综述了化学改性、物理共混与表面氟化等策略对其聚集态结构、界面特性与性能的影响规律，梳理了各类含氟环氧树脂在重防腐涂层、高频电子封装、极端环境复合材料等领域的应用与研究进展，并进一步探讨了当前其在成本控制、性能平衡与环境适应性等方面存在的问题，最后展望了该材料在绿色合成、智能响应及高通量设计等方向的发展趋势与挑战。