当期目录

2023年 第44卷 第1期    刊出日期：2023-01-10

上一期    下一期

序

中空结构材料专辑#br#

王丹, 殷亚东, 余承忠, Andreu Cabot

2023, 44(1):  1-2. 

摘要 ( )   PDF (395KB) ( )  

相关文章 | 多维度评价

目次

高等学校化学学报2023年第44卷第1期封面和目次

2023, 44(1):  1-6. 

摘要 ( )   PDF (7171KB) ( )  

相关文章 | 多维度评价

专论

基于刻蚀反应的纳米结构空心化

叶祖洋, 殷亚东

2023, 44(1):  20220656.  doi:10.7503/cjcu20220656

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (13649KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

中空纳米材料的可控合成使其在催化、 能量转换与储存、 生物医药等领域具有广阔的应用前景. 本专论旨在揭示刻蚀反应对纳米结构空心过程的关键影响. 讨论了通过增强纳米粒子表面在刻蚀液中的相对稳定性来精确操纵中空化过程的策略, 主要关注3种刻蚀策略, 包括硬模板法、 氧化还原辅助中空法和表面钝化自模板法. 最后, 对基于刻蚀反应的纳米结构空心化可控合成未来的发展方向进行了展望.



综合评述

智能中空药物载体的门控设计

王慧, 赵德偲, 杨乃亮, 王丹

2023, 44(1):  20220237.  doi:10.7503/cjcu20220237

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (14900KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

由于具有独特新颖的结构和广泛的应用领域, 中空材料已成为合成化学和材料化学研究的热点; 特别是其高的表面体积比、 低密度及大空腔等特点, 成为药物递送载体的最佳选择. 通过对中空结构的精确选择和精准修饰, 可赋予中空材料独特的刺激响应行为, 从而实现该类药物载体的智能设计和药物的可控释放. 目前, 构建中空智能载体主有以下两条思路: (1) 利用自身可对环境中的物理化学刺激做出响应的中空材料作 为载体; (2) 在中空载体表面修饰功能性分子, 以实现在特定的刺激下精确控制孔道的“开-关”转换. 其核心 在于分子组成和构型的精准调控. 基于此, 本文综合评述了中空智能载体的可控释放机制. 首先介绍中空药物载体的发展历史, 随后阐述药物分子在中空结构中的扩散规律, 并总结了中空结构载体的智能响应行为、 不同的门控机制、 控制释放原理以及应用前景, 最后对未来的发展做了展望.



金属-有机框架衍生中空超级结构的研究进展: 合成与应用

邹莹莹, 张超琪, 袁玲, 刘超, 余承忠

2023, 44(1):  20220613.  doi:10.7503/cjcu20220613

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (27446KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

金属-有机框架(MOF)衍生功能材料的合理设计对于其应用具有重要意义. 以简单MOF衍生物为基本单元组装成中空超级结构(HSSs)是提升材料性能的有效策略. 目前关于MOF衍生物的综合评述已有诸多报道, 然而鲜少针对HSSs的构筑和应用. 本文系统总结了MOF衍生HSSs相关研究的最新进展. 首先, 根据结构差异将MOF衍生HSSs分为5种类型; 其次, 总结了由MOF衍生物构建HSSs的策略, 着重阐述如何设计MOF前驱体和选择转化条件; 随后, 展示了MOF衍生HSSs在能源和催化相关领域的一些应用； 最后, 提出了MOF衍生HSSs研究领域所面临的挑战和机遇, 旨在为MOF衍生材料的结构设计和性能强化提供一些思路.



复杂中空结构材料的构筑及能源应用

吴育才, 杜寰, 朱杰鑫, 许诺, 周亮, 麦立强

2023, 44(1):  20220689.  doi:10.7503/cjcu20220689

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (33018KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

随着能源问题的日益突显, 开发新型多功能材料以满足能源存储与转换应用的需求变得尤为重要. 在众多功能材料中, 复杂中空结构材料由于其独特的结构和物理化学特性而备受关注. 本文综合评述了复杂中空结构材料的普适性构筑方法(硬模板法、 软模板法、 自模板法、 次序模板法和选择性刻蚀法)及在能源方面的应用(锂/钠/钾离子电池、 锂硫电池、 超级电容器、 电催化、 光催化及染料敏化电池等). 最后, 对复杂空心结构研究领域存在的问题及未来的发展方向进行了展望.



若干典型中空结构材料的模板合成与应用进展

杨霁野, 孙大吟, 王妍, 谷安祺, 叶一兰, 丁书江, 杨振忠

2023, 44(1):  20220665.  doi:10.7503/cjcu20220665

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (25921KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

中空结构材料作为一类新兴功能材料, 具有可调空腔、 高比例活性表面及强化的物质传递等特性; 当多组分及功能被整合与分区时, 可实现中空结构材料的非对称结构(Janus)的拓扑演化. 本文重点介绍若干典型中空结构材料, 包括Janus中空材料的模板合成方法进展及中空结构材料在催化、 储能、 油/水分离与药物递送等领域的潜在应用， 并展望了中空结构材料的未来发展趋势.



聚合物中空微球的合成策略

沈欣怡, 张森, 王树涛, 宋永杨

2023, 44(1):  20220627.  doi:10.7503/cjcu20220627

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (7936KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

在过去的20年中, 聚合物中空微球由于其独特的结构和优异的性质受到了广泛的关注. 它们表现出低密度、 高比表面积和高负载力的特性, 在催化、 药物递送及能量存储等领域中展现出巨大的应用前景. 本文综合评述了聚合物中空微球的合成策略, 主要包括模板法、 乳液聚合法、 自组装与及微流控等, 并详细阐述和讨论了这些合成策略的原理、 典型过程以及优缺点. 同时, 还指出了现有合成策略面临的挑战以及聚合物中空微球存在的不足, 并对聚合物中空微球的制备和应用前景进行了展望.



贵金属纳米框架设计合成及电催化性能的研究进展

匡华艺, 陈晨

2023, 44(1):  20220586.  doi:10.7503/cjcu20220586

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (16472KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

由超薄边框相互连接形成的贵金属纳米框架以负载量低、 活性高等优势在多相催化领域受到了广泛关注. 纳米框架独特的三维开放可及性结构不仅能够在边缘和顶点处暴露出更多的活性位点, 提高贵金属活性位点利用率, 还可以将反应底物限制在纳米范围内, 增加底物分子碰撞的几率. 本文综合评述了贵金属纳米框架材料的合成策略, 总结了近年来贵金属纳米框架催化剂在电催化领域的研究进展, 并对其未来发展方向和面临的挑战进行了展望.



中空全固态Z型异质结光催化剂的研究进展

刘双红, 夏思玉, 刘世奇, 李旻, 孙嘉杰, 钟永, 张锋, 白锋

2023, 44(1):  20220512.  doi:10.7503/cjcu20220512

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (22979KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

中空结构材料由于比表面积大、 密度低和电荷传输距离短等特点, 在光催化反应中具有巨大的应用价值. Z型光催化剂具有宽光谱响应、 高稳定性、 高光生载流子的分离效率以及强氧化还原能力等优点, 受到了广泛关注. 然而, 由于Z型多元组分和中空结构不稳定, 设计并制备高效稳定的中空全固态Z型光催化剂仍是一大挑战. 本文综合评述了近年来中空全固态Z型光催化剂的种类、 构筑策略及性能等方面的研究进展, 并进一步展望了其在未来应用中面临的问题与挑战, 最后归纳总结了其设计与发展方向, 为高效稳定光催化剂的设计提供了思路.



空腔型纳米炭的制备与应用

王思佳, 侯璐, 李成龙, 李文翠, 陆安慧

2023, 44(1):  20220637.  doi:10.7503/cjcu20220637

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (40118KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

空腔型纳米炭具有低密度、 高表面积/体积比、 较大的内部空间及可调的炭壳厚度和孔隙结构等特性, 在新材料和新能源等相关领域展现出巨大的应用潜力, 成为目前多孔炭材料研究的重要分支. 本文讨论了空腔型纳米炭的制备方法及其形貌结构的调控思路, 分析了不同方法的优缺点; 综合评述了其在能源存储、 催化转化、 吸附分离和生物医药领域的应用进展, 并对现存问题及发展趋势进行了总结与展望.



“蛋黄-蛋壳”结构纳米反应器的设计、 调控及在锂硫电池正极中的应用研究

吴钰洁, 黄文治, 潘俊达, 石凯祥, 刘全兵

2023, 44(1):  20220619.  doi:10.7503/cjcu20220619

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (14895KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

锂硫电池具有理论能量密度高等优势, 被认为是最有前景的一类新型二次电池. 硫正极存在硫和硫化锂的导电性差、 可溶性多硫化物的扩散/穿梭、 循环过程中硫的体积膨胀以及氧化还原过程慢等问题, 严重制约着电池的活性和循环稳定性. 设计“蛋黄-蛋壳”结构纳米反应器应用于锂硫电池正极, 可通过调控其“蛋黄”、 “蛋壳”和“空腔”结构缓解充放电过程中电极的体积变化, 为离子/电子输运提供快速通道, 强化对多硫化物的吸附和催化转换作用等, 进而提高电极的活性和循环性能, 有利于推进锂硫电池的商业化进程. 本文总结了“蛋黄-蛋壳”结构纳米反应器的设计和调控策略, 包括单核-单壳、 单核-多壳、 多核-单壳以及多核-多壳等, 并结合锂硫电池的工作特点和目前应用存在的问题, 对未来发展前景进行了展望.



中空金属有机框架材料的研究进展

路雨, 王铁

2023, 44(1):  20220662.  doi:10.7503/cjcu20220662

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (23408KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

中空金属有机框架材料的快速发展为中空结构材料开辟了新的应用领域. 本综合评述介绍了中空金属有机框架材料的制备方法, 重点论述了中空金属有机框架材料及其复合材料在催化、 光催化和电催化、 吸附、 气体分离、 传感、 超级电容器以及生物医学等领域的应用; 同时也对具体的中空金属有机框架材料及其复合材料的制备和应用情况进行详细阐述. 最后, 对中空金属有机框架材料目前所面临的机遇和挑战进行了展望.



中空碳材料用于钠离子电池负极的研究进展

张玲玲, 董欢欢, 何祥喜, 李丽, 李林, 吴星樵, 侴术雷

2023, 44(1):  20220620.  doi:10.7503/cjcu20220620

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (15558KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

实现钠离子电池等储能设备的大规模应用对于能源的可持续发展以及完成“碳达峰碳中和”目标具有重要意义. 开发高性能的负极材料可提升钠离子电池的能量密度和循环稳定性, 是实现钠离子电池大规模应用的关键性因素.中空碳材料因其独特的结构而具有优异的倍率性能与循环稳定性, 作为钠离子负极材料具有广阔的应用前景. 本文从多角度出发, 综合评述了中空碳材料的合成方法, 以及其形貌、 杂原子修饰策略与储钠性能之间的关系, 并对其未来发展方向进行了展望.



静电纺丝中空纳米纤维在催化领域的应用

李怀科, 岳贵初, 谢海韵, 刘静, 高松伟, 侯兰兰, 李帅, 苗贝贝, 王女, 白杰, 崔志民, 赵勇

2023, 44(1):  20220625.  doi:10.7503/cjcu20220625

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (23799KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

更大的比表面积、 更丰富的界面组成及更高效的传质路径是构筑多元催化体系, 实现催化剂效率提升的关键. 中空纳米纤维具有的多元空腔结构赋予其比表面积和界面组成上广阔的调变空间, 使其成为制备高效异相催化剂的理想平台. 静电纺丝技术的发展为中空纳米纤维的可控制备提供了更简易高效的方法, 促进了中空纳米纤维的结构创新和应用扩展. 本文从构筑策略、 结构特点及结构与性能的对应关系3个角度总结了基于静电纺丝法制备的不同组成和形态的中空纳米纤维材料在催化领域(包括光催化、 电催化、 热催化)应用中的独特优势. 首先展示了创新的静电纺丝方法结合后续工艺制备的中空纳米纤维的不同结构形态, 然后梳理了基于中空纳米纤维构筑高效催化剂的研究进展, 最后展望了中空纳米纤维在催化领域应用的未来发展趋势, 以期为高效异相催化剂的设计提供有益的参考.



中空MOFs材料制备及电催化应用的研究进展

杨庆凤, 吕良, 赖小勇

2023, 44(1):  20220666.  doi:10.7503/cjcu20220666

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (20138KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

水分裂、 金属-空气电池和燃料电池等能源转换技术对解决未来的能源危机和环境问题至关重要. 氧还原反应(ORR)、 氧析出反应(OER)和氢析出反应(HER)作为其核心反应, 存在反应动力学速率较慢的问题, 因此, 开发研制高效的非贵金属电催化剂具有重要意义. 金属有机骨架(MOFs)材料因具有高度可调的组成和多孔晶体结构, 在不同的应用领域引起了越来越多的关注. 中空MOFs纳米材料具有MOFs材料高度可调的组成和结构优势, 又具有中空结构纳米材料的优点(如更快的物质传输、 更丰富的孔隙率、 灵活多变的活性组分、 更多的暴露活性位点及对苛刻条件的更好相容性等), 在电催化领域显现出巨大的应用潜力. 本文对近几年来基于中空结构MOFs材料的制备及在电催化方面应用的研究进展进行了综合评述, 并对该领域面临的挑战和发展前景进行了总结和展望.



富锂正极材料结构设计和表面调控的研究进展

赵霄朗, 杨梅, 王江艳, 王丹

2023, 44(1):  20220263.  doi:10.7503/cjcu20220263

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (20007KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

富锂正极材料因具有较高的理论能量密度, 被视为极具发展潜能的新一代正极材料, 但该材料在循环过程中容量和电压衰减显著, 导致其实际商业应用受阻. 本文综合评述了通过结构设计和表面调控提高富锂正极材料储锂性能的研究进展, 介绍了富锂正极材料的充放电工作机制, 及导致其比容量和电压衰减的原因, 讨论了近年来通过新型结构设计(如构筑蛋黄-蛋壳中空结构、 中空多壳层结构等)和表面调控(如尺寸控制、 暴露晶面控制、 表面尖晶石化、 表面包覆、 表面掺杂等）策略, 抑制富锂正极材料表面氧析出和晶型转变并稳定材料结构, 从而抑制电压和比容量衰减, 有效提高电池的循环寿命和库伦效率的相关研究成果, 最后, 提出了通过结构设计和表面调控提高富锂正极材料电化学性能面临的挑战, 并对未来发展方向进行了展望.



研究论文

负载酞菁铁的氮掺杂中空碳球的电催化氧还原性能

李姿若, 张红娟, 朱国勋, 夏伟, 汤静

2023, 44(1):  20220677.  doi:10.7503/cjcu20220677

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (8598KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

开发低成本、 高性能的氧还原反应（ORR）催化剂是当前的研究热点. 虽然酞菁铁（FePc）在几十年前就被证明能高效地电催化氧还原反应， 但由于其电子传导性和稳定性较差， 无法取代商用的Pt/C催化剂. 氮掺杂碳材料不仅化学性质稳定、 电子传导性好， 还有一定的氧还原催化活性. 本文首先制备了聚苯乙烯@聚多巴胺球前驱体， 经过高温碳化后制得了氮掺杂中空碳球， 进而负载酞菁铁后制备了负载酞菁铁的氮掺杂中空碳球复合材料（FePc-NHCS）. 通过调整煅烧温度和酞菁铁的负载量， 可进一步调控FePc-NHCS的多孔结构、 石墨化程度、 氮掺杂的种类与含量及酞菁铁的负载状态. 优化后的FePc-NHCS在碱性电解质中显示出优异的ORR催化活性， 其半波电位和稳定性均高于商用Pt/C催化剂. 研究结果表明， 掺杂与复合是增强单项催化组分活性的有效途径. 此外， 通过调控催化剂的结构和组分也能有效地优化催化剂的氧化还原性能.



中空多壳层CoFe₂O₄的制备及锂离子电池性能研究

毕如一, 赵吉路, 王江艳, 于然波, 王丹

2023, 44(1):  20220453.  doi:10.7503/cjcu20220453

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (6523KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 补充材料 | 相关文章 | 多维度评价

以二元金属氧化物CoFe₂O₄为研究对象, 通过次序模板法制备了CoFe₂O₄中空多壳层结构(HoMS)材料; 对其形貌、 结构进行了表征; 考察了壳层结构与电化学性能之间的关系. 电化学测试结果表明, 双壳层-核CoFe₂O₄中空球具有最高的放电比容量(1354.4 mA·h/g)、 优异的倍率性能和循环稳定性， 其独特的结构优势和最优的空腔体积占有率使其在多次循环过程中能始终保持结构和电化学性质的稳定.



铁酸镍/碳复合中空多壳层结构的制备及吸波性能

黄田野, 杨梅, 王江艳, 张少军, 杜江, 王丹

2023, 44(1):  20220276.  doi:10.7503/cjcu20220276

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (6781KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

采用次序模板法合成了单、 双壳层的中空铁酸镍(NiFe₂O₄)材料, 通过改变前驱体溶液组成及煅烧条件等因素实现了对产物形貌的调控. 在中空NiFe₂O₄颗粒表面原位包覆聚多巴胺, 再经过碳化处理, 制备了具有中空多壳层结构(HoMS)的NiFe₂O₄/C复合吸波材料; 考察了其电磁参数, 计算了其吸波性能, 分析了不同复合结构对性能的影响. 结果表明, 中空多壳层结构能够显著降低材料的密度, 而碳薄层不仅能够改善其阻抗匹配性, 而且提升了材料的反射损耗性能. 其中, 双壳层NiFe₂O₄/C复合物的吸波性能最佳, 当样品厚度为 3.5 mm 时, 材料在 8.44 GHz 处反射损失最小, 为‒32.35 dB; 当样品厚度为 2.0 mm 时, 材料在14.01∼17.69 GHz 范围内反射损耗小于‒10 dB, 有效吸收频宽为3.68 GHz. 这些优异性能主要源于独特的中空多壳层结构增加了电磁波多次反射/散射的概率, 提供了更多的界面极化, 实现了电磁波的快速衰减.



单分散中空介孔结构的盐模板合成及形貌调控

朱科润, 任雯萱, 张威, 李伟

2023, 44(1):  20220607.  doi:10.7503/cjcu20220607

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (10291KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

中空介孔结构因具有丰富的内部空间以及多孔渗透性外壳等优势, 在催化、 能源储存与转化及生物医药等领域得到了广泛应用. 然而, 目前仍然缺少高效、 简便且绿色的合成中空介孔结构的方法. 本文以柠檬酸钠胶体颗粒作为模板, 通过十六烷基三甲基溴化氨(Cetyltrimethylammonium bromide, CTAB)胶束与正硅酸四乙酯(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)的水解低聚物在胶体颗粒表面进行界面共组装, 直接生长介孔二氧化硅壳层; 然后通过简便的醇洗和水洗分别除去CTAB胶束和柠檬酸钠胶体颗粒后, 得到中空介孔结构. 进一步研究表明, 负电荷的柠檬酸钠胶体颗粒与CTAB胶束之间的静电相互作用是诱导氧化硅低聚物在颗粒表面进行交联组装的关键. 基于此, 通过控制生长时间实现了对中空介孔结构形貌和壳层厚度的精确调控. 所得中空介孔二氧化硅纳米球可以显著增强物质的扩散传输, 是理想的催化剂载体, 负载金纳米颗粒后可以高效催化4-硝基苯酚的还原反应. 研究结果为中空介孔材料的绿色简便合成提供了思路.



吸附法制备金属/碳催化剂用于5-羟基甲基糠醛高效电催化氧化的研究

刘至辰, 张宏伟, 张博稳, 陈鹏, 袁珮

2023, 44(1):  20220631.  doi:10.7503/cjcu20220631

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (8038KB) ( )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

以介孔中空碳球(HC)为载体, 通过简单的吸附法吸附Ni²⁺/Fe³⁺金属离子, 获得了在碱性电解液中具有高效5-羟基甲基糠醛(HMF)电催化氧化性能的Ni _x Fe_1‒x /HC催化剂. 通过X射线衍射(XRD)、 场发射扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对Ni _x Fe_1‒x /HC的物相、 形貌结构及电子结构进行了表征, 并通过线性扫描伏安和计时电位等方法测试了Ni _x Fe_1‒x /HC的HMF电催化氧化性能．结果显示, Ni _x Fe_1‒x /HC材料催化HMF氧化的活性随Fe引入量的增加先升高后降低, Ni_0.7Fe_0.3/HC拥有最优的催化活性, HMF的转化率为100%, 2,5-呋喃二甲酸(FDCA)的选择性为90.5%, 法拉第效率为90.2%, 经历10次循环后, 催化活性仅略微降低, 表现出优良的催化稳定性.