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2022年 第43卷 第6期    刊出日期：2022-06-10

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高等学校化学学报2022年第43卷第6期封面和目次

2022, 43(6):  1-10. 

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相关文章 | 多维度评价

综合评述

DNA银纳米簇在功能核酸荧光生物传感器中的应用

王君旸, 刘争, 张茜, 孙春燕, 李红霞

2022, 43(6):  20220010.  doi:10.7503/cjcu20220010

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DNA银纳米簇(DNA-AgNCs)是以DNA为模板, 通过碱基杂环上的N原子与Ag⁺结合, 用NaBH₄将Ag⁺还原得到的具有荧光性质的新兴纳米探针. 由于DNA-AgNCs具有合成方法简单、 生物相容性好和荧光发射波长可调等优点, 使其在分析检测等领域具有广泛的应用. 本文对DNA-AgNCs的合成和荧光性质两个方面进行了综述, 分类总结了以DNA-AgNCs为无标记荧光探针在功能核酸荧光生物传感器方面的应用, 对其不足与应用潜力进行展望, 以期为未来的研究与应用提供借鉴.



不同化学结构盐皮质激素受体拮抗剂在心血管疾病中的应用

林中樵, 陈佩佩, 王蕾

2022, 43(6):  20220059.  doi:10.7503/cjcu20220059

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盐皮质激素受体的过表达或过度激活通常参与心血管疾病的发生发展. 通过拮抗盐皮质激素受体, 抑制其过度激活, 阻断盐皮质激素受体介导的生物学效应, 能够有效治疗相关疾病. 拮抗盐皮质激素受体化合物的化学结构决定了拮抗效应的强弱和临床上的针对性应用. 通过对盐皮质激素受体拮抗剂进行化学结构的优化, 改善其药理特性, 不仅增加了对盐皮质激素受体的选择性, 还降低了不良反应的发生率和严重程度, 同时在心血管疾病治疗方面也有不同侧重. 本文总结了不同化学结构的盐皮质激素受体拮抗剂螺内酯(Spironolactone)、 依普利酮(Eplerenone)和非奈利酮(Finerenone)的作用机制、 药理特性和心血管疾病临床应用的各自优势, 以期在后续临床应用以及新药研发方面提供新的思路.



半导体-微生物界面电子传递及其在环境领域的应用

李祎頔, 田晓春, 李俊鹏, 陈立香, 赵峰

2022, 43(6):  20220089.  doi:10.7503/cjcu20220089

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半导体-微生物复合体系在污染物深度降解、 合成有价化学品及元素生物地球化学循环等领域发挥着重要作用, 其界面反应过程的核心是电子转移. 本文重点阐述了微生物/半导体界面上微生物的种类和功能、 半导体的种类及光催化机制, 总结了半导体-微生物界面的直接和间接电子传递途径, 讨论了强化界面电子传递的方法以及半导体与微生物系统的稳定性, 介绍了近年来半导体-微生物复合体系在污染物转化、 化学品合成以及资源循环利用方面的应用现状, 以期为半导体-微生物复合体系的设计及其环境领域应用提供指导.



研究论文: 无机化学

有机杂化介孔Beta分子筛的合成及在苯甲醇烷基化反应中的应用

陈玮琴, 吕佳敏, 余申, 刘湛, 李小云, 陈丽华, 苏宝连

2022, 43(6):  20220086.  doi:10.7503/cjcu20220086

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针对沸石分子筛在苯甲醇和三甲基苯的烷基化催化反应应用中存在催化活性低及微孔孔道内大量苯甲醇自醚化副反应导致产物选择性低这一难题, 通过引入等级孔结构提高外比表面积和有机杂化修饰封堵微孔孔道的双重策略, 在大幅提升可接触的外表面活性中心数量的同时有效降低苯甲醇进入微孔孔道内发生自醚化副反应, 开发出具有高反应活性及烷基化产物选择性的有机杂化介孔Beta分子筛材料, 大幅度提升了其对苯甲醇和三甲基苯的烷基化反应的催化活性和产物的选择性, 使苯甲醇的转化率从66.8%提升到了99.7%, 烷基化产物的选择性从14.8%提高到50.7%. 本工作为开发高活性及高选择性的烷基化催化剂提供了新的思路.



改性钆/硼/聚乙烯纳米复合材料的制备及对中子和伽马射线的屏蔽性能

赵盛, 霍志鹏, 钟国强, 张宏, 胡立群

2022, 43(6):  20220039.  doi:10.7503/cjcu20220039

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采用偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)对纳米氧化钆(nanoGd₂O₃)表面进行包覆改性, 通过热压成型法制备了一种新型的改性纳米氧化钆/碳化硼/高密度聚乙烯(M-nanoGd₂O₃/B₄C/HDPE)复合材料. 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱(EDS)分析结果表明, nanoGd₂O₃成功被偶联剂改性， 且改性nanoGd₂O₃在聚乙烯基体内的界面相容性和分散性显著提高. 热重分析(TGA)、 差示扫描量热分析(DSC)和力学拉伸实验表明, 改性nanoGd₂O₃的引入增强了复合材料的热稳定性, 提高了复合材料的拉伸强度、 杨氏模量和断裂伸长率. 对复合材料的中子和伽马射线屏蔽性能进行了实验测试和蒙特卡罗模拟计算, 研究了nanoGd₂O₃改性、 材料形状和材料厚度对屏蔽性能的影响. 结果表明, 界面相容性和分散性优良的nanoGd₂O₃能够有效提高中子及伽马射线屏蔽率. 方形M-nanoGd₂O₃/B₄C/HDPE材料在厚度为11.7 cm时中子屏蔽率达到90%, 在厚度为13.5 cm时伽马射线屏蔽率达到70%.



一种新的镧系金属有机骨架材料的合成、 结构及荧光检测性质

鲁聪, 李振华, 刘金露, 华佳, 李光华, 施展, 冯守华

2022, 43(6):  20220037.  doi:10.7503/cjcu20220037

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利用溶剂热方法合成了一种以Tb³⁺离子为中心的金属有机骨架材料［Tb₂(bpt)₂(H₂O)₂］·(DMA)_4.5, 并通过单晶X射线衍射(SXRD)、 粉末X射线衍射(PXRD)、 元素分析(EA)、 热重分析(TGA)、 傅里叶变换红外光谱 (FTIR)以及荧光光谱技术(FS)表征了该材料的结构与基本物理化学性质. 单晶衍射分析结果显示该材料具有包含一维直孔道的三维结构, 结构中孔道窗口尺寸约为1.23 nm×1.10 nm. 荧光分析测试结果表明该材料对Cr³⁺离子有荧光响应, 离子检测限低至0.22 mg/L, 同时具有良好的选择性, 在Cr³⁺离子的荧光检测领域具有重要的应用潜力.



Gd₂ZnTiO₆∶Dy³⁺, Eu³⁺单基质白光荧光粉的制备与发光性能

蒋小康, 周琦, 周恒为

2022, 43(6):  20220029.  doi:10.7503/cjcu20220029

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采用溶胶-凝胶法制备出Dy³⁺, Eu³⁺共掺杂Gd₂ZnTiO₆白光荧光粉. 通过X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 光致发光(PL)光谱对荧光粉的物相、 形貌及荧光性质进行了表征. 结果表明, 所制备的样品均为双钙钛矿结构, 属于单斜晶系(空间群: P2₁/n), 形貌为2~5 μm无规则形状的颗粒. 在392 nm近紫外光的激发下, Gd₂ZnTiO₆∶Dy³⁺,Eu³⁺荧光粉展现出Dy³⁺的蓝光、 黄光发射以及Eu³⁺的特征红光发射. 此外, 通过调节Dy³⁺和Eu³⁺的掺杂浓度, 可实现低色温的暖白光发射. 基于样品优异的荧光性能, 该荧光粉在近紫外激发白光LED中具有一定的开发潜力.



分析化学

Sn-Al-β分子筛酸性在葡萄糖转化反应中作用的固体NMR研究

李志光, 齐国栋, 徐君, 邓风

2022, 43(6):  20220138.  doi:10.7503/cjcu20220138

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制备了一系列具有不同酸性质的β分子筛催化剂, 通过固体核磁共振(NMR)探针分子技术对其酸性质进行了表征, 并考察了其催化葡萄糖转化为乙酰丙酸甲酯的性能. 吸附三甲基磷的³¹P NMR实验结果表明, 含有骨架Sn以及Al原子的Sn-Al-β催化剂同时具有Br?nsted与Lewis酸性. 通过2-¹³C-丙酮探针分子区分出 3种酸强度的Br?nsted酸位, 其中一种酸强度接近“超强酸”, 可能是由于空间邻近的Br?nsted酸位和Lewis酸位发生协同作用产生的. 葡萄糖转化为乙酰丙酸甲酯的催化反应结果表明, 相比于分别只含有Lewis酸位和Br?nsted酸位的Sn-β和Al-β样品以及两者的物理混合样品, Sn-Al-β分子筛催化剂具有高催化活性与产物选择性, 这主要是由于Br?nsted酸位和Lewis酸位的协同作用产生了强Br?nsted酸位, 这种强Br?nsted酸位进一步导致了更高的催化活性.



利用三中心氢键限制芳酰胺构象的核磁共振氢谱分析

闵婧, 王力彦

2022, 43(6):  20220084.  doi:10.7503/cjcu20220084

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设计并合成了9个可形成三中心氢键和6个可形成二中心氢键的N-芳基芳酰胺模型化合物, 基于它们在氯仿和二甲基亚砜(DMSO)中的一维核磁共振波谱, 系统地分析了羰基对βH和γH的去屏蔽效应. 将Δ(δ_βH)和Δ(δ_γH)的值结合在一起, 分析了三中心氢键对芳酰胺分子的构象限制效果, 发现N-(2-氟苯基)-2-氟苯甲酰胺、 N-(2-甲氧基苯基)-2-氟苯甲酰胺和N-(2-氟苯基)-2-甲氧基苯甲酰胺这3个N-芳基芳酰胺在酰胺基团的左右两侧都能展现出很好的构象控制效果, 因此认为这3种结构单元在构建折叠体方面具有更大的潜力. 此外, 本文还发现, 当NH与第二个氢键受体形成氢键时, 其和第一个氢键受体之间的氢键就被削弱了, 即在芳酰胺形成三中心氢键时, 2个氢键受体争相与NH形成氢键并取得了某种平衡.



基于3-羟基沙利度胺的比率型荧光探针对过氧化氢的检测

刘晓磊, 陆永强, 游淇, 刘国辉, 姚伟, 胡日茗, 闫纪宪, 崔玉, 杨小凤, 孙国新, 蒋绪川

2022, 43(6):  20220070.  doi:10.7503/cjcu20220070

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药物分子3-羟基沙利度胺作为分子胶水因其良好的生物相容性、 明确的代谢途径以及与CRBN 蛋白的特异性结合而备受关注, 但其在分析化学领域的应用却鲜有报道. 本文基于3-羟基沙利度胺的特殊荧光性能, 研究了其在化学传感器领域的新应用. 以3-羟基沙利度胺为荧光核, 设计合成了显现荧光的过氧化氢探针沙利度胺基频哪醇硼酸酯. 基于激发态分子内质子转移机理, 该探针对过氧化氢显示出特异选择性和超高灵敏度, 检出限为9.8 nmo/L, 可应用于化学实验废水、 污水及化妆品中过氧化氢的检测. 此外, 通过光谱技术和理论计算揭示了该荧光探针的识别机制.



超声衰减谱测量电池浆料的粒度分布

黄明心, 周蕾, 王学重

2022, 43(6):  20220040.  doi:10.7503/cjcu20220040

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电池浆料中颗粒状活性物质的粒度大小和分散均匀性对电池的内阻、 电压、 局部表面电流和总极化程度等性能有直接影响, 实现对其的在线实时测量对电池的质量控制具有重要意义. 基于电池浆料的高固含量、 高黏度和低透光性的特点, 本文利用超声衰减谱的方式测量了其粒度分布(PSD). 应用于电池浆料的粒度分布测量的最大难点是其利用超声衰减谱法预测粒度分布的模型需要难以获得的分散相和连续相的物性参数. 本文采用主成分分析(PCA)结合误差反向传播(BP)神经网络建立预测模型解决了超声衰减谱法的难点, 并引入遗传算法(GA)优化BP神经网络的初始阈值和权值. 通过以LiCoO₂为活性物质的电池浆料进行了验证, 结果表明, PCA-GA-BP神经网络能够有效对不同固含量电池浆料的粒度分布进行预测, 预测值与真实值的峰形重合度高, 峰高偏差小, 两者的均方误差为0.1358, 拟合度(R²)为0.9816, 说明超声衰减谱法可作为测量电池浆料粒度分布的重要方式.



SERS纳米探针对电刺激过程中细胞内产生活性氧的检测

陈嘉敏, 曲孝章, 齐国华, 徐蔚青, 金永东, 徐抒平

2022, 43(6):  20220033.  doi:10.7503/cjcu20220033

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电刺激是用于细胞内紊乱电活动引起疾病的一类重要治疗方式. 在电刺激过程中是否会诱导细胞内活性氧(ROS)水平的改变, 以及常规抗氧化抑制药物与电刺激治疗同时运用带来的影响, 目前尚未有相关研究. 本文设计了一种具有较好生物相容性的金/银核壳纳米棒表面增强拉曼(SERS)活性探针, 用于电刺激过程中细胞内产生ROS的检测. 将该探针与细胞共孵育, 使其内化入细胞, 对细胞进行不同时间的电刺激, 利用拉曼光谱对SERS探针的信号进行检测. 实验结果表明, 随着电刺激时间的延长, SERS信号减弱, 说明细胞内产生ROS的量明显增加. 该传感机制是利用ROS能刻蚀金/银核壳纳米棒的银壳, 从而使其变薄引起SERS信号减弱. 抗坏血酸(AA)和谷胱甘肽(GSH)两种抗氧化抑制剂类药物与电刺激同时运用时, 可观察到它们会对电刺激过程产生的ROS有清除作用. 该研究发展了一类用于细胞内ROS检测的光谱方法, 也为异常的氧化应激和肿瘤治疗过程中的组合用药提供了建议.



双阳离子型离子液体和十八烷基修饰的混合模式硅胶固定相的制备及色谱性能

季双琦, 靳钊, 观文娜, 潘翔宇, 关彤

2022, 43(6):  20220008.  doi:10.7503/cjcu20220008

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通过分步键合反应制备了一种咪唑基双阳离子型离子液体和十八烷基共同修饰的混合模式硅胶色谱固定相(Sil-C18-IL-C4); 采用元素分析和红外光谱对其进行了表征. 分别评价了该固定相在反相色谱模式(RPLC)、 亲水色谱模式(HILIC)和RPLC/HILIC混合色谱模式下的色谱分离性能, 并在HILIC模式下对6种碱基核苷类化合物进行分离, 考察了流动相中有机相体积分数和水相中甲酸铵浓度对分离效果的影响. 此外, 还考察了该固定相的分离重复性. 制备的Sil-C18-IL-C4固定相的元素分析结果表明, 氮元素含量为1.65%, 碳元素含量为11.16%, 氢元素含量为2.44%. 该固定相的红外光谱中, 2928和2856 cm^?1处出现了—CH的不对称和对称伸缩振动峰, 1440 和660 cm^?1处出现了咪唑环上C=C的伸缩振动峰和C=N的弯曲振动峰, 说明十八烷基和1,5-双(咪唑-1-基)戊烷均已接枝到硅胶表面. 色谱性能评价结果表明, Sil-C18-IL-C4固定相可表现出反相色谱模式和亲水色谱模式分离性能, 对6种碱基核苷类物质能够实现完全分离, 而且在一定的色谱条件下可以在单根色谱柱单次运行中实现RPLC/HILIC混合模式色谱分离, 对于处理复杂样品中的碱基核苷类化合物等亲水物质具有良好的应用潜能.



有机化学

新型萘/苝酰亚胺取代丁二炔衍生物的合成及拓扑聚合

刘情情, 王普, 王永帅, 赵曼, 董焕丽

2022, 43(6):  20220091.  doi:10.7503/cjcu20220091

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经5步反应制备了萘/苝酰亚胺取代的端炔和碘炔单体, 通过Sonagashira偶联反应合成了2个新型对称丁二炔单体浅黄色粉末2-[4-(4-{4-[7-(庚-3-基)-1,3,6,8-四氧亚基-1,2,3,6,7,8-六氢异喹啉并[6,5,4-def]异喹啉-2-基]苯基}丁-1,3-二炔基)苯基]-7-(辛-4-基)-1,2,3,6,7,8-六氢异喹啉并[6,5,4-def]异喹啉-1,3,6,8-四酮(diNDI)和暗红色粉末2-[4-(4-{4-[1,3,8,10-四氧亚基-9-(二十三烷-12-基)-1,2,3,8,9,10-六氢异喹啉并[6',5',4':9,1,2]蒽并[6,5,10-def]异喹啉-2-基]苯基}丁-1,3-二炔基)苯基]-9-(二十三烷-12-基)-1,2,3,8,9,10-六氢异喹啉并[6',5',4':9,1,2]蒽并 [6,5,10-def]异喹啉-1,3,8,10-四酮(diPDI), 产率分别达60%和70%. 由于NDI和PDI基元的强吸电子作用, diNDI和diPDI表现较低的最低未占分子轨道(LUMO)能级, 分别为?3.80和?3.70 eV. 单晶数据表明, 萘酰亚胺基元的分子间氢键及π-π作用对diNDI分子堆积结构起主导作用, diNDI呈层状堆积模式. 由差示扫描量热(DSC)实验结果可知, diNDI丁二炔经加热可发生固态聚合. 加热条件下diNDI的紫外-可见吸收光谱及原位拉曼光谱特征峰以及在波长532 nm激光强度为10%的辐照条件下原位拉曼光谱特征峰的变化均表明diNDI微纳晶发生了非常规的1,4-加成聚合, 并且新生成的共轭主链是无序的, 同时发现激光辐照条件下更易促进聚合反应.



基于多孔石墨化碳柱-四极杆-飞行时间质谱解析甜菜果胶精细结构

朱凯, 利婕, 武潇逸, 胡薇薇, 吴冬梅, 虞诚潇, 葛志伟, 叶兴乾, 陈士国

2022, 43(6):  20220023.  doi:10.7503/cjcu20220023

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采用高温酸法提取甜菜果胶(SBP), 经强阴离子交换柱层析分离, 获得甜菜果胶水洗脱组分(SBPW)和盐洗脱组分(SBP3). 单糖组成分析和分子量表征结果表明, SBPW主要由半乳糖(Gal)、 阿拉伯糖(Ara)和半乳糖醛酸(GalA)组成, 分子量为1100； SBP3则以GalA为主, 分子量为41450. 通过顺序酶法降解, 应用多孔石墨化碳柱-四极杆-飞行时间质谱(PGC-Triple-Tof MS)联用技术分析鉴定了SBPW和SBP3寡糖的精细结构. 结果表明, SPBW的主链为[→4)-α-GalA-(1→2)-α-Rha-(1→]重复单元构成的Ⅰ型聚鼠李半乳糖醛酸(RG-Ⅰ果胶), 鼠李糖O-4位被中性糖侧链[α-(1→5)阿拉伯聚糖和β-(1→4)半乳聚糖]所取代. SBP3由α-1,4链接的聚半乳糖醛酸(HG)和RG-Ⅰ构成, HG和RG-Ⅰ通过α-1,4糖苷键直接相连, 并发现了α-GalA(1→2)α-Rha(1→4)α-Rha(1→4)α-GalA(1→2)α-Rha的新特征结构.



物理化学

热力学数据对1, 3-丁二烯燃烧特性的影响

任娜娜, 薛洁, 王治钒, 姚晓霞, 王繁

2022, 43(6):  20220151.  doi:10.7503/cjcu20220151

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基于G4方法, 计算了1,^{3-丁二烯框架燃烧反应机理中102个物种的热力学数据, 并考察了振动非谐性、 频率校正因子以及受阻内转动对结果的影响. 结果表明, 考虑振动非谐性或采用不同的频率校正因子, 对热力学数据的影响不大; 考虑内转动后, 对热力学数据有较大影响. 而且考虑内转动后, 得到的热力学数据与实验热力学数据吻合得更好. 用所得热力学数据模拟了1,3-丁二烯的绝热燃烧温度以及点火延迟时间, 结果显示, 要得到可靠的绝热火焰温度, 对小分子(如CO和CO₂等)的热力学数据需要采用实验结果. 将用所得热力学数据模拟得到的点火延迟时间, 与机理本身的热力学数据所得点火延迟时间进行对比, 二者差别显著, 表明所得热力学数据主要通过改变一些反应的逆反应速率常数来影响点火延迟时间. 进一步确定了用所得热力学数据对点火延迟时间有显著影响的一些物种.}



CuO/BiVO₄光催化剂的制备及光催化CO₂还原性能

宋颖颖, 黄琳, 李庆森, 陈立妙

2022, 43(6):  20220126.  doi:10.7503/cjcu20220126

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基于类十面体钒酸铋(BiVO₄)和氧化铜(CuO)纳米颗粒, 构筑了CuO/BiVO₄异质结光催化剂; 利用X射线衍射仪(XRD)、 X射线光电子能谱仪(XPS)、 扫描电子显微镜(SEM)、 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、 光电流响应谱(I-t)、 电化学阻抗谱(EIS)和荧光发射光谱(PL)对催化剂的形貌、 结构和光电性能进行了表征和分析. 结果表明, CuO纳米颗粒均匀地负载在BiVO₄的表面, 通过控制铜源的用量可以调节CuO的含量, 其含量对CuO/ BiVO₄异质结的可见光吸收能力和光生载流子的分离效率有很大的影响. 在气固反应体系下, 对CuO/BiVO₄异质结的光催化还原CO₂的性能进行了研究. 结果显示, 光催化还原CO₂的主要产物为CO和CH₄; 随着CuO含量的增加, CO的产率逐渐降低, 而CH₄的产率先增加后降低, 最优化催化剂CuO/BiVO₄的CO和CH₄的产率分别为0.62和1.81 μmol·g^-1·h^-1, 对CH₄的选择性达到最大值(93%). 能带结构分析和电子顺磁共振(EPR)测试结果表明, CuO/BiVO₄中光生电荷的转移符合Z型转移机制. Z型异质结构的形成, 促进了光生电子和空穴的分离, 提升了催化体系的氧化还原能力.



Zn(NCN)单轴的负热膨胀性及机理研究

施耐克, 张娅, SANSON Andrea, 王蕾, 陈骏

2022, 43(6):  20220124.  doi:10.7503/cjcu20220124

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负热膨胀(NTE)是一种反常的物理现象, 已在合金和框架结构化合物等材料中被观察到, 但NTE材料的种类仍然有限. 本文合成了一种单轴NTE材料Zn(NCN), 该材料在c轴方向及在100~475 K下的热膨胀系数为-3.35×10^?6 K^?1, 而a轴和b轴方向则呈低热膨胀性, 体积具有低的热膨胀系数[6.13×10^?6 K^?1(100~475 K)]. 通过同步辐射X射线衍射、 扩展X射线吸收精细结构和拉曼光谱等方法, 研究了Zn(NCN)的NTE机理. 结果表明, Zn—N键具有明显的横向振动, 一些低频振动模Grüneisen参数为负值. 直接的实验证据表明, N=C=N的横向振动以及准刚性ZnN₄四面体的耦合旋转和扭摆导致了c轴方向的NTE.



基于多层二硒化钨的高性能场效应晶体管的实验优化和理论模拟

张义超, 赵付来, 王宇, 王亚玲, 沈永涛, 冯奕钰, 封伟

2022, 43(6):  20220113.  doi:10.7503/cjcu20220113

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采用微机械剥离法制备了基于不同厚度的高质量WSe₂纳米片的场效应晶体管(WSe₂-FETs), 研究了其性能的影响因素. 通过调控WSe₂纳米片及介电层的厚度、 测试温度及退火处理等, 结合理论模拟分析, 获得了WSe₂-FETs的最佳电学性能. 最终, 基于7层WSe₂纳米片的场效应晶体管表现出最优异的电学性能, 室温下载流子迁移率可达93.17 cm²·V^?1·s^?1; 在78 K低温下, 载流子迁移率高达482.78 cm²·V^?1·s^?1.



Janus纳米金稳定的Pickering乳液界面催化氧化性能

王红, SAN Khin Nyein Ei, 方云, 张鑫宇, 樊晔

2022, 43(6):  20220105.  doi:10.7503/cjcu20220105

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Janus纳米粒子的结构设计和简易合成是Pickering乳液界面催化的关键. 本文通过在Pickering乳液保护法中操纵共轭亚油酸的自组装、 自交联性和弱还原性, 合成了Janus型自交联吸附胶束修饰的纳米Fe₃O₄ (SCA-Fe₃O₄), 并在其表面原位还原金后, 合成了Janus型催化剂Au-SCA-Fe₃O₄, 考察其同时作为乳化剂和催化剂在乳液界面催化苯甲醇氧化生成苯甲醛的性能. 结果表明, 该Janus纳米粒子的金修饰量(质量分数)仅为0.66%, 兼具乳化性、 催化性和磁响应性. Au-SCA-Fe₃O₄可制备外观稳定(100 μm)和热稳定(90 ℃)的苯甲醇/水型Pickering乳液, 可显著提高互不相溶反应物与催化剂间的接触面积, 使其催化活性达到均匀纳米催化剂的2倍和非乳液催化时的3倍, 其在界面的不可转动性使苯甲醛的选择性高于99.9%, 避免了苯甲醛被过度氧化成苯甲酸.



双功能2D/3D杂化结构Co₂P-CeO _x 异质结一体化电极的构筑及电催化尿素氧化辅助制氢性能

杨丽君, 于洋, 张蕾

2022, 43(6):  20220082.  doi:10.7503/cjcu20220082

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以泡沫镍(NF)为基底, 通过多电位阶跃电沉积和低温磷化的方法, 制备双功能的多层次二维/三维(2D/3D)杂化结构的Co₂P-CeO _x 一体化电极(Co₂P-CeO _x /NF), 并用于电催化尿素氧化辅助制氢性能研究. 结果表明, 通过3D CeO _x 纳米花与2D Co₂P纳米片之间的强界面相互作用和良好的电子协同耦合作用, 使该一体化电极具有较高的导电性、 表面活性和稳定性, 强化了电催化析氢反应(HER)和尿素氧化反应(UOR)性能. 在两电极电解池体系下进行电催化制氢的同时降解尿素, 电流密度达到30 mA/cm²时, 所需要电位为1.42 V, 比全解水所需电位降低0.17 V, 经过10 h电催化尿素的降解效率达76.4%; 综合分析表明, 2D Co₂P与3D CeO _x 多层次纳米片异质界面处电子的定向转移, 引起界面区域的局部电荷重新排布; 形成的氧空位提供配位不饱和位点, 暴露更多的活性位点, 优化反应物分子在催化剂表面的吸附能, 进而促进分子活化, 使其具有较高的催化反应活性.



基于分子动力学模拟的TRPM8通道门控特性分析

高志伟, 李军委, 史赛, 付强, 贾钧儒, 安海龙

2022, 43(6):  20220080.  doi:10.7503/cjcu20220080

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TRPM8通道的温度感知等生理功能依赖于正常的门控, 但现有晶体结构中S6跨膜螺旋C末端形成的门控结构存在氨基酸缺失, 所以其门控特性未能揭晓. 本文基于已有的晶体结构和AlphaFold算法构建了 11个完整不同构象的TRPM8通道, 发现其S6跨膜螺旋C末端构成的门控存在回环和螺旋2种构象. 在回环构象中, 多个氨基酸参与形成阻碍离子通透的孔道区; 而在螺旋构象中, 仅有关键氨基酸V956发挥门控作用. 由于回环构象的柔性大于螺旋构象, 导致回环构象参与阻碍离子通透的关键氨基酸构象和数量变化多样. 二级结构预测与模建结果表明, S6跨膜螺旋C末端存在回环构象向螺旋构象的转变, 此过程中柔性的回环构象结构域向胞外侧上移, 关键氨基酸向孔道衬外扭转, 增强了与相邻跨膜螺旋S5的相互作用以及S5与TRP螺旋之间的相互作用, 进而形成刚性、 稳定且有序的螺旋构象. 这增加了TRPM8通道各结构域间的协同性, 使能量信息更高效地传递到门控结构域, 为TRPM8通道开启蓄势.



富氮多孔有机聚合物催化制备α⁃氰基肉桂酸乙酯

高文秀, 吕杰琼, 高永平, 孔长剑, 王雪平, 郭胜男, 娄大伟

2022, 43(6):  20220078.  doi:10.7503/cjcu20220078

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α-氰基肉桂酸乙酯作为含多种官能团的缺电子烯烃， 是一种极具应用价值的有机合成反应底物, 主要通过催化Knoevenagel缩合反应获得. 本文以多聚甲醛和三聚氰胺为前驱体, 采用溶剂热法制备富氮多孔有机聚合物mPMF, 经K₂CO₃处理得到K₂CO₃-mPMF-X(X=1, 10, 50). 考察了mPMF在苯甲醛和氰乙酸乙酯Knoevenagel缩合反应中的催化性能, 通过mPMF与K₂CO₃-mPMF-X催化活性的比较, 探讨了碱性强弱对Knoevenagel缩合反应的影响, 并对催化反应机理进行了探索. 结果表明, 催化剂中丰富的氮物种为反应提供了碱性环境和大量的碱性活性位点, 催化剂碱性强弱的控制是催化合成α-氰基肉桂酸乙酯的关键因素. mPMF在甲醇溶剂中于60 ℃反应3 h后, 苯甲醛转化率为97%, 目标产物选择性在99.9%以上.



生物质基氮掺杂多孔炭材料的制备及对水中亚甲基蓝的吸附性能

郝宏蕾, 孟繁雨, 李若钰, 李迎秋, 贾明君, 张文祥, 袁晓玲

2022, 43(6):  20220055.  doi:10.7503/cjcu20220055

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以柳树落叶为生物质碳源, 氨水为氮源, 采用溶胶-凝胶法制备了一系列氮掺杂多孔炭材料(WNC), 并对其结构和物理化学性质进行了表征. 结果表明, WNC材料具有较高的比表面积(528~618 m²/g)和多级孔结构; 材料表面含有丰富的含氧和含氮官能团(氮摩尔分数为8.9~9.9%); WNC材料对水体系中的亚甲基蓝(MB)表现出良好的吸附性能, 吸附为自发吸热过程, 符合Langmuir等温吸附和准二级动力学模型, 在pH值为5、 室温下最大吸附量为263.2 mg/g, 且材料可以多次循环使用. 对WNC-2及吸附染料MB后的WNC-2样品进行高温再焙烧处理, 所得样品(WNC-2-R和WNC-2-MB)的ζ电位明显升高, 表面碱性增强, 吸附容量分别提高到之前的1.3倍和1.6倍. 结合各种表征结果, 可以认为WNC材料的高比表面积和多级孔结构有利于吸附质(亚甲基蓝离子)的传输, 并能与材料表面的羰基、 醌基和吡啶氮等基团发生较强的相互作用, 从而使其表现出较高的吸附速率和吸附量.



非贵金属三元复合Ni(PO₃)₂-Ni₂P/CdS NPs异质结的构建及可见光高效催化产氢性能

王广琦, 毕艺洋, 王嘉博, 石洪飞, 刘群, 张钰

2022, 43(6):  20220050.  doi:10.7503/cjcu20220050

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结合异质结构建与共催化剂改性, 以花球状Ni(OH)₂为前驱体, 经热磷酸化后得到Ni(PO₃)₂-Ni₂P二元助催化剂, 借助超声化学合成法, 与CdS NPs复合, 形成非贵金属CdS基三元光催化材料Ni(PO₃)₂-Ni₂P/CdS NPs. 以Na₂S-Na₂SO₃为牺牲剂, 在可见光(λ＞420 nm)照射下, 在不借助任何贵金属的情况下, 负载量为8%(质量分数)的Ni(PO₃)₂-Ni₂P/CdS NPs复合材料的光催化产氢速率达到4237 μmol·g^?1·h^?1, 为CdS NPs(217 μmol·g^?1·h^?1)的19倍. 在产氢循环实验中, 反应进行到第6次循环(18 h)后, 复合材料的产氢速率约为初始的89%, 具有较好的稳定性. 与CdS NPs相比, Ni(PO₃)₂-Ni₂P/CdS NPs的吸收边明显红移, 禁带宽度降至1.86 eV, 并降低了H⁺还原的过电位, 显示出增强的光吸收性能和适宜的带隙结构. 通过Ni(PO₃)₂-Ni₂P与CdS NPs之间的协同效应, 有效促进了光生载流子的分离, 提高了产氢活性和稳定性.



七氟异丁腈负离子结构与反应活性的理论研究

戴卫, 侯华, 王宝山

2022, 43(6):  20220044.  doi:10.7503/cjcu20220044

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新型环保绝缘气体七氟异丁腈(C4)在高压输电应用中备受关注. 本文采用多种高精度量子化学理论方法研究了C4吸附电子后形成C4^-负离子的结构、 光谱、 寿命以及与CO₂的反应机理和动力学. 结果表明， 电子进入C≡N的π^*反键轨道, 通过弯曲C—C=N形成C4^-负离子, 绝热电子亲合能的最佳预测值为0.30 eV. 在 0~2 eV范围内C4^-具有显著的光电子吸收峰, 亚稳态C4^-负离子经约9 kJ/mol能垒断裂C—F键生成稳定的长寿命[F...(CF₃)₂CCN]^-中间体. C4^-+CO₂反应存在进攻F或CN上的C和N 3种复合-解离机理, 在电气应用条件下, 以CO₂进攻氰基CN途径为主, 诱发负电荷从CN向CO₂转移.



Co₃O₄/UiO-66@α-Al₂O₃陶瓷膜对VOCs废气的分离催化性能

姜宏斌, 代文臣, 张娆, 徐晓晨, 陈捷, 杨光, 杨凤林

2022, 43(6):  20220025.  doi:10.7503/cjcu20220025

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以α-Al₂O₃为支撑层, UiO-66为分离层, Co₃O₄为催化层, 构建了Co₃O₄/UiO-66@α-Al₂O₃陶瓷膜.对其形貌结构进行了表征, 并研究了其对挥发性有机物(VOCs)的分离催化性能. 结果表明, 该陶瓷膜对喷涂行业废气中苯与吡啶两种主要成分体现出良好的分离性, 透过侧的气体中吡啶与苯的摩尔浓度比值可由给料侧的1提高至17; 体系中引入臭氧后, 给料侧苯的浓度明显降低, 其去除率可达到89%. 透过侧的吡啶去除率仅为27%, 得到了较大程度的保留, 剩余的吡啶经收集后可进行单独的深度处理. Co₃O₄/UiO-66@α-Al₂O₃陶瓷膜在对喷涂行业废气中苯成分高效降解的同时, 能够有效解决喷涂行业废气处理过程中氮氧化物的排放问题, 有望成为喷涂行业废气预处理工艺的理想选择.



钾掺杂g-C₃N₄薄膜光阳极的制备及光电催化氧化降解水中双氯芬酸钠性能

龚妍熹, 王建兵, 柴歩瑜, 韩元春, 马云飞, 贾超敏

2022, 43(6):  20220005.  doi:10.7503/cjcu20220005

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兼具高光学质量和电化学性能的薄膜光电极难以制备, 限制了光电催化氧化技术在水处理中的的应用. 本文采用原位煅烧法制备了负载在氧化铟锡(ITO)玻璃上的石墨相氮化碳(g-C₃N₄)薄膜电极, 并通过掺杂K⁺提高其光电催化氧化性能; 对电极进行了表征, 研究了其光电催化氧化降解水中双氯芬酸钠(DCF)的效率及降解路径. 结果表明, 原位煅烧法能制备出高质量的K⁺/g-C₃N₄薄膜光电极, K⁺的掺杂并未明显改变电极上g-C₃N₄的晶型、 价态和多孔形貌, 但可以提高ITO玻璃上g-C₃N₄的负载量, 增强电极对可见光的响应; K⁺的最佳掺杂浓度为0.002 mol/L, K⁺/g-C₃N₄薄膜电极光电催化氧化降解DCF的速率常数是纯g-C₃N₄薄膜电极的1.86倍; 当初始pH值为4, 电压为1 V, 光源强度为0.96 W/cm², 反应2 h后水中DCF降解率达到70%. K⁺/g-C₃N₄薄膜电极光电催化氧化过程中, 光催化氧化和电化学氧化之间存在协同作用, 两者相互增强, 并提高了反应过程中光生 空穴(h⁺)和羟基自由基(·OH)浓度, 在这两种活性物质作用下, 水中DCF分别被h⁺氧化生成咔唑衍生物、 与·OH发生加成反应生成多羟基芳香化合物, 最后开环生成小分子物质.



Ag,Zn,Pd掺杂对铜基催化剂草酸二甲酯选择性加氢反应的影响

宋有为, 安江伟, 王征, 王旭慧, 权燕红, 任军, 赵金仙

2022, 43(6):  20210842.  doi:10.7503/cjcu20210842

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采用密度泛函理论方法, 构建了Ag, Zn, Pd原子掺杂的Cu(111)和Cu₂O(111)活性晶面, 探讨了不同金属掺杂对Cu(111)和Cu₂O(111)催化剂的草酸二甲酯(DMO)加氢反应活性和选择性的影响. 研究结果显示, 掺杂Zn可有效阻止乙醇酸甲酯(MG)进一步加氢, 提高MG的选择性, Ag助剂可以有效提高加氢活性; 而Pd助剂的添加使MG的生成能垒增高, 降低了MG的选择性. Ag-Cu(111)表面具有适宜的d带中心, 生成CH₃OOCCH₂OH的活性最高. 在Ag, Zn, Pd原子掺杂的Cu₂O(111)表面, Ag-Cu₂O(111)能带带隙小、 价带强度高, 在DMO加氢反应中具有最佳的催化活性. 基于上述结果, 提出铜基催化剂结构调变和性能调控的理论方法, 为高效催化剂的设计提供可靠的理论指导.



高分子化学

新型光、 热双响应形状记忆聚合物的制备与性能

于鹏东, 关兴华, 王冬冬, 辛志荣, 石强, 殷敬华

2022, 43(6):  20220085.  doi:10.7503/cjcu20220085

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通过多巴胺表面原位聚合反应修饰玻璃微珠, 利用X光电子能谱仪(XPS)和傅里叶变换红外光谱仪 (FTIR)对修饰前后玻璃微珠表面的化学组成进行了表征, 用热失重分析仪(TGA)对其热稳定性进行了测试, 并利用透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)对其形貌进行了观察; 研究了改性玻璃微珠对形状记忆共混物聚己内酯和聚氨酯(PCL/TPU)的热性能、 力学性能和形状记忆性能的影响. 结果表明, 成功制备了表面包覆聚多巴胺的玻璃微珠(PHGM), 改性玻璃微珠的加入不仅增强了复合材料的力学性能(当改性玻璃微珠含量为3%时, 材料的拉伸强度提高到53.3 MPa, 杨氏模量提高到178.4 MPa), 还赋予了复合材料优异的光热效应. 所制备的形状记忆复合材料在808 nm近红外光的照射下, 可以在短时间内(7 s)升高到材料的开关温度并回复到初始形状.



改性低分子量聚异戊二烯橡胶的合成与应用

严志轩, 马骥, 瞿金磊, 刘莉, 孙翀, 刘吉文, 刘光烨, 孙立水, 何丽霞

2022, 43(6):  20220066.  doi:10.7503/cjcu20220066

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采用阴离子溶液聚合法合成了低分子量3,4-聚异戊二烯(LPI), 并对其进行改性, 制备了硅氧烷改性的低分子量3,4-聚异戊二烯(MLPI), 将其应用于白炭黑补强的溶聚丁苯橡胶(SSBR)复合材料, 探究了端基改性物LPI-丙基甲基二甲氧基硅烷(LPI-CMDS)、 LPI-丙基三甲氧基硅烷(LPI-CTMS)、 LPI-丙基三乙氧基硅烷(LPI-CTES)和接枝改性物3-巯丙基三乙氧基硅烷接枝改性LPI(LPI-g-MTS)对SSBR复合材料中白炭黑的分散以及硫化胶性能的影响. 混炼胶的应变扫描和结合胶含量分析结果表明, MLPI增强了填料与聚合物之间的相互作用, 改善了白炭黑在复合材料中的分散, 其中LPI-g-MTS因活性位点多, 效果最佳; 与填充LPI的复合材料相比, 硫化胶的物理机械性能, 尤其是填充LPI-g-MTS后硫化胶的300%定伸应力和拉伸强度分别提升了89.66%和27.15%, 这为改善白炭黑在非极性橡胶中的分散提供了一条新途径.



黏惰化及酸敏感修饰对纳米粒子黏膜穿透的影响

姬发, 刘玲, 余林玲, 孙彦

2022, 43(6):  20210837.  doi:10.7503/cjcu20210837

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使用纳米粒子进行疾病的诊断和治疗是当前研究的一个热点. 由于受到黏液层的阻碍, 纳米粒子对于黏膜上皮细胞的进入效果不佳, 从而限制了其对黏膜相关疾病的诊断和治疗. 本文设计合成了一种具有黏惰性的酸敏感纳米粒子(MSNs-pCBMA-DMMA), 可有效穿透黏液层进入黏膜上皮细胞. 首先采用溶胶-凝胶法合成了表面氨基化的介孔二氧化硅纳米粒子(MSNs-NH₂), 然后通过原子转移自由基聚合法(ATRP)使两性离子羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯(CBMA)在MSNs-NH₂表面上聚合形成聚羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯(pCBMA), 获得惰性化的粒子(MSNs-pCBMA), 最后将酸响应性分子2,3-二甲基马来酸酐(DMMA)修饰于MSNs-pCBMA表面, 制备了MSNs-pCBMA-DMMA. 场发射透射电子显微镜(TEM)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 氢核磁共振波谱(¹H NMR)和纳米粒度Zeta电位测定仪等分析结果表明, 本文合成了MSNs-pCBMA-DMMA, 且粒子表面电位随pH值降低显著增加, 在pH=7.4~5.7范围内具有酸敏感能力. Transwell^?小室实验表明, pCBMA的接枝提高了粒子在模拟黏液中的渗透速率, 而DMMA的修饰则进一步增强了粒子的扩散能力, 4 h内MSNs-pCBMA-DMMA的模拟黏液渗透率达到16.3%, 为MSNs-pCBMA的1.9倍, MSNs-NH₂的3倍, 而以MSNs-NH₂的表观渗透系数（P_app）为标准计算得到的MSNs-pCBMA-DMMA的相对表观渗透系数达到了2.96. 细胞毒性试验验证MSNs-pCBMA-DMMA粒子的生物安全性良好. 细胞摄取试验表明, 相比于其它粒子MSNs-pCBMA-DMMA能够更快的被黏膜上皮细胞摄取. 本文所构建的纳米粒子能够快速渗透黏液且易于被黏膜上皮细胞摄取, 为其应用于黏膜相关疾病的活体诊断和治疗提供了基础.



NaBH₄/MCl _x 体系对液体端羧基氟橡胶的还原及还原机理

常云飞, 廖明义, 温佳明

2022, 43(6):  20210835.  doi:10.7503/cjcu20210835

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以液体端羧基氟橡胶(LTCFs)为原料, 硼氢化钠与金属氯化物(NaBH₄/MCl _x )为还原体系, 采用一锅法成功将LTCFs还原为液体端羟基氟橡胶(LTHFs). 研究了多种稀土金属氯化物(LaCl₃, CeCl₃, NdCl₃和SmCl₃）和过渡金属氯化物(MnCl₂, NiCl₂, CoCl₂和CuCl₂)对LTCFs还原效果的影响及变化规律. 采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 核磁共振氢谱(¹H NMR)、 核磁共振氟谱(¹⁹F NMR)和化学滴定法对原料和产物的分子链结构和官能团含量进行了表征. 结果表明, 稀土金属MCl _x 还原体系对LTCFs的还原效果均高于过渡金属MCl _x 还原体系, LTCFs中的—C=C—和—COOH均可以被还原为—C—C—和—OH, 其中NaBH₄/SmCl₃还原体系还原效率最高, 达到92%. 机理研究表明, NaBH₄/MCl _x 对—COOH的还原性能与MCl _x 中金属阳离子和羰基氧间的结合力有关, 结合力越大越有利于—COOH的还原.



材料化学

石蜡/膨胀石墨/石墨烯复合相变储热材料的制备及性能

闫嘉森, 韩现英, 党兆涵, 李建刚, 何向明

2022, 43(6):  20220054.  doi:10.7503/cjcu20220054

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以石蜡(PA)作为相变储热材料、 膨胀石墨(EG)作为主导热材料和支撑材料, 石墨烯气凝胶(GA)作为导热增强材料和辅支撑材料制备了PA/EG/GA复合相变材料, 研究了GA添加量对复合相变材料相变温度、 相变潜热、 导热性能以及循环稳定性的影响. 结果表明, 所制备的80%PA-17%EG-3%GA复合相变材料导热性能良好, 循环稳定性出色. 与80%PA-20%EG复合材料相比, 该材料的相变温度、 相变潜热以及循环稳定性无明显变化, 但导热系数由4.089 W/(m·K)提升到了5.336 W/(m·K), 显示出良好的应用前景.