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期刊信息

国内刊号:CN 22-1128/O6

国际刊号:ISSN 1000-0518

主 管:中国科学院

主 办:中国科学院长春应用化学研究所中国化学会

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木质素的功能化与应用研究进展
熊兴泉, 张辉, 高利柱
应用化学    2023, 40 (6): 806-819.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220363
摘要735)   HTML33)    PDF (2334KB)(655)   

木质素是地球上一类含量丰富且重要的天然高分子材料,其地位仅次于纤维素。在木本植物中,木质素的质量分数达到25%。由于木质素的化学惰性和结构复杂性,其实际应用受到了很大的限制。因此,利用化学方法对木质素进行结构改性是将木质素转化为木质素基功能材料的有效途径,对实现资源和环境的可持续发展有着重要意义。本文综述了近10年来木质素功能化发展和应用的相关研究进展,重点介绍了木质素在污水处理、异相催化以及阻燃等方面应用的研究成果,并对该领域未来的研究提出思考和展望,为后续更加深入的研究提供相关的依据和参考。

酸性环境下析氧反应Ir、Ru贵金属电催化剂的研究进展
钱音男, 石钏, 张卫, 罗兆艳
应用化学    2023, 40 (8): 1126-1139.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230129
摘要381)   HTML17)    PDF (2372KB)(448)   

水电解法是利用可再生能源生产氢气的最有效、最环保的方法之一。质子交换膜(PEM)水电解槽对可再生能源的储存和转化具有重要意义,与碱性电解水相比,具有设计紧凑、电压效率高和气体纯度高等优点。然而,阳极电催化剂的低效率、不稳定性和高成本阻碍了PEM水电解。许多析氧反应(OER)电催化剂在恶劣的酸性环境下,在OER电位作用下容易发生溶解或表面结构转变,最终导致催化性能急剧下降,因此酸性OER是阻碍PEM水电解槽实际应用的主要因素之一。高效、经济和耐用的电催化剂可降低OER的高动力学势垒,加速其反应动力学。迄今为止,Ir和Ru基纳米材料仍然代表着最先进的催化剂,已经设计和合成了多种先进的贵金属电催化剂,以增强酸性OER性能。本文综述了近5年性能优异的酸性OER新型电催化剂的研究进展。首先,讨论了对酸性OER的基本认识,包括其反应机理。在此基础上,对贵金属Ir、Ru单原子、合金和氧化物等方面综述了贵金属酸性OER电催化剂的设计和合成进展。最后,从反应机理研究和更高效的电催化剂设计等方面对酸性OER的未来发展提出了展望。

固体氧化物燃料电池电极表面原位析出的研究进展
孟君玲, 田川, 徐娜, 赵丽娜, 钟海霞, 徐占林
应用化学    2023, 40 (10): 1335-1346.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230141
摘要334)   HTML35)    PDF (2631KB)(323)   

固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cells, SOFC)是一种能量转换装置,具有转换效率高、环境友好和燃料适应性强等优点,其中,电极作为电化学反应场所,对SOFC的性能起关键作用。相较于传统的SOFC电极,表面析出纳米颗粒后电极表现出较强的催化活性和优异的电化学性能。本文就钙钛矿型电极材料表面原位析出的研究予以总结。首先,探讨钙钛矿的晶体结构类型对电极表面原位析出的影响; 其次,详细地介绍了钙钛矿中各种缺陷对析出纳米颗粒的影响; 而后对比了目前主要的两种原位析出方式,并对不同的析出产物进行了分析。最后,提出了目前SOFC电极表面原位析出研究所面临的难点与挑战,并对其未来的发展方向进行了总结,这为以后相关的研究指明了方向。

马齿苋在化妆品中的应用及功效研究进展
陶星宇, 胡轩, 吴同川, 郑飞, 越皓, 戴雨霖
应用化学    2023, 40 (6): 820-832.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220351
摘要325)   HTML11)    PDF (2742KB)(789)   

马齿苋属药食同源中药材,有着极高的药用价值和食用价值。近年来,马齿苋在日用化工领域,尤其是在化妆品领域应用甚广。许多化妆品公司开发的面膜、精华、护肤水和洁面乳等美容产品均添加了其活性成分,但相关的化妆品主要添加了马齿苋醇提物,而添加其水提物成分如多糖、多酚的美容产品较少。新剂型的出现丰富了马齿苋在化妆品经皮递送系统方面的研究,未来可以开发如脂质体、传递体和β-环糊精等新型载体。此文简要地对马齿苋的活性成分、在化妆品中的功效例如美白、抗氧化和抗光老化等以及其在化妆品领域的应用情况进行总结,并对马齿苋在化妆品原料的开发应用上提出建议并进行展望。

两电子氧还原制备过氧化氢:贵金属催化剂的几何与电子结构调控的研究进展
罗二桂, 唐涛, 王艺, 张俊明, 常宇虹, 胡天军, 贾建峰
应用化学    2023, 40 (8): 1063-1076.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230048
摘要323)   HTML19)    PDF (4459KB)(589)   

通过两电子氧还原反应(2e-ORR)电化学合成过氧化氢(H2O2)的显著优势是高成本效益和环境友好性,且可以实现H2O2的按需现场生产,其关键技术之一是安全、经济和高效2e-ORR催化剂的开发。本文概述了利用2e-ORR制备H2O2贵金属基催化材料近10年的研究进展。从ORR反应机理出发,介绍了贵金属表面反应途径的调节旋钮,即*OOH结合能和O2吸附模式; 重点总结并举例说明了贵金属材料的几何结构和电子结构调控的方法学,强调了平衡优化催化活性和选择性的重要性; 此外,简要介绍了基础实验室中2e-ORR催化剂性能的评估方法; 最后,讨论了贵金属电催化合成H2O2的挑战和前景,特别是催化剂的稳定性和成本的客观评价。旨在为新型2e-ORR催化剂的理性设计提供参考。

浅析尿素电解制氢及尿素燃料电池研究进展
尹春, 李家欣, 冯立纲
应用化学    2023, 40 (8): 1158-1174.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230131
摘要307)   HTML19)    PDF (3960KB)(690)   

尿素作为有效的氢载体,可应用于尿素电解(UE)制氢和直接尿素燃料电池(DUFC)。在尿素电解制氢中,阳极的尿素氧化反应(UOR)与阴极的析氢反应(HER)耦合生产氢气,与水电解制氢相比更具成本效益,能耗约降低30%,经济成本约降低36%。在直接尿素燃料电池中,尿素作为燃料在阳极进行氧化,与阴极的氧还原耦合将化学能转化为电能。UOR作为这2种能量转换技术的基础半反应,受到越来越多的关注。本文讨论了UOR在碱性电解质中的反应原理和性能描述参数,分别介绍了UOR在UE和DUFC中的应用,主要对UE和DUFC的作用原理和一些催化剂的发展现状进行了分析,最后探讨了UE和DUFC发展面临的挑战,希望本篇综述能对UE和DUFC的理解提供参考。

火炸药和化学
杨德红, 杨洋, 王坤, 范文捷, 何方, 张留学, 赵尧敏
应用化学    2023, 40 (6): 916-922.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220390
摘要306)   HTML650)    PDF (3115KB)(491)   

火药是中国古代四大发明之一,曾对世界格局和发展进程产生重要影响,然而明末清初之后火药火器在中国却日益衰落。火药随战争移步西方,变身黑火药,促进了近代化学科学的诞生和发展。而化学科学的发展对火炸药大家族意义非凡,二者之间彼此成就,缘分匪浅。中国现代火炸药王的辉煌成就重焕中国火药之荣光。论文回顾了火炸药的传奇发展历程和开天辟地的作用,讲述其特种化学能源的属性、丰富的种类和独特的工作原理,并努力追溯火药燃烧和爆炸的内在机制。旨在凸显科学思维方式及化学学科的发展对火炸药研究的重要性,从而不断丰富化学专业学生的知识内涵,激发学生的创新思维热忱,增强化学人的专业自信、文化自信和民族自信,弘扬科学家精神。

超亲水/超疏气电解水催化剂的研究进展
谭翠盈, 丁威超, 马婷婷, 肖瑶, 刘健
应用化学    2023, 40 (8): 1109-1125.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230126
摘要291)   HTML15)    PDF (4817KB)(1025)   

电解水制氢是一种环保、简便且易于操控的制氢技术。工业化电解水制氢通常在高电流密度下进行,在制氢过程中会产生大量气泡,而气泡在电极表面聚集粘附会覆盖大量活性位点,导致电解水效率降低。因此,调控气体扩散行为对于工业电解水应用来说至关重要。近年来,超浸润材料因为其独特的润湿性能而备受关注。通过控制催化剂表面的化学组成和多尺度微纳米结构可以构建出超浸润界面材料。此类材料具有超亲水/超疏气的界面结构,有助于水相电解液的有效浸润和原位生成气泡的快速释放,从而提升催化剂的水电解性能。系统介绍了2014年至2023年期间报道的部分具有超亲水/超疏气界面结构的电解水催化剂的现状,概述其材料的合成设计策略和水电解催化性能,并对超浸润水电解催化剂的研究现状、面临的挑战和应用前景进行了总结和展望。

苯硼酸选择性结合的pH响应脂质体用于药物递送
谢信涛, 江桑铌, 于喜飞
应用化学    2023, 40 (6): 860-870.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220385
摘要273)   HTML8)    PDF (3478KB)(412)   

通过取代反应和酯化反应合成了一端以酰胺键连接苯硼酸(PBA)另一端以酯键连接硬脂酸(SA)的聚乙二醇(PEG)的衍生物PBA-PEG-SA,并将之与二硬脂酰胆碱磷酸(DSCP)、胆固醇(CH)共组装制备了一种具有pH响应特性的脂质体(Lip)。研究表明,当m(PBA-PEG-SA)∶m(CH)∶m(DSCP)=1∶3∶10共组装时,所制备的脂质体的粒径为115 nm,在20 d内保持良好的粒径稳定性,并且具有良好的生物相容性,在质量浓度达到800 μg/mL时,小鼠胚胎成纤维细胞(NIH-3T3)和肝癌细胞(HepG2)的存活率皆可达到90%以上。同时,由于苯硼酸与果糖(Fru)的选择性结合,在负载阿霉素(Dox)后,与DSCP脂质体药物(Lip/Dox)相比,Fru/PBA/Lip/Dox脂质体可以有效增强对HepG2细胞的毒性,降低对正常细胞NIH-3T3的毒性,同时也改善了细胞对载药脂质体的内吞作用。因此,DSCP与PBA-PEG-SA共组装形成的脂质体,具有良好的pH响应性能以及增强脂质体在肿瘤组织的富集能力,在肿瘤治疗领域具有较好的应用前景。

计算模拟在金属有机框架材料吸附性机理及设计中的应用研究进展
黄磊, 杨倩雯, 张静玲, 徐斐, 叶泰, 任兴发, 吴秀秀
应用化学    2023, 40 (12): 1643-1661.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230174
摘要265)   HTML25)    PDF (6955KB)(145)   

金属有机框架(MOFs)材料因具有良好的稳定性、优异的吸附性能和可设计性等优点受到广泛关注。近十几年来,有关MOFs材料的研究发展迅速。理论计算模拟作为一种重要的研究手段,在MOFs材料的吸附机理研究、高通量筛选等工作研究中发挥了不可替代的作用。本文归纳了量子力学计算、分子力学模拟、介观模拟、有限元模拟和机器学习等计算机模拟方法,总结了不同层次的计算模拟方法用于解决MOFs材料研究中的主要科学问题,重点介绍了这些方法在MOFs对气体的吸附性分离与储存、溶液中有机化合物的吸附性分离与提取、催化反应和药物负载等几个典型研究方向的研究进展。最后,对计算模拟应用于MOFs材料研究的前景和发展方向做了展望。

草甘膦废液处理及资源化利用研究进展
臧志飞, 梁杰, 习本军, 彭春雪, 刘渊, 王晨晔, 王朵
应用化学    2023, 40 (9): 1233-1244.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220395
摘要261)   HTML7)    PDF (2049KB)(316)   

草甘膦[N-(磷酸甲基)-甘氨酸]是一种除草活性高的有机磷农药,其生产过程产生的废液成分复杂,有机物和盐含量高,无害化处理和资源化利用难度大。本文综述了2000年至今焚烧、高级氧化、吸附、化学沉淀和膜分离技术等国内外处理草甘膦废液主要工艺的原理、性能和优缺点。焚烧、高级氧化技术及生化法处理草甘膦废水的选择性较低,不利于草甘膦废水的资源化利用。吸附法普遍存在吸附剂吸附容量小的问题,开发吸附量大、成本低廉且易循环利用的吸附剂是草甘膦废液处理工业应用的发展方向。化学沉淀法在高盐、高总磷和高化学需氧量(Chemical oxygen demand, COD)废水环境中分离性能优异,但产生大量成分复杂的污泥,需进行二次处理。采用膜组合方法对废液进行除杂浓缩,可有效回收有价产品,截留有害物质,但因废水成分复杂,单独使用膜技术处理草甘膦废水不能完全达到处理指标。液膜、聚合物包容膜等新型膜技术稳定性好、使用寿命长、操作简便和环境友好等,在草甘膦等农药行业中高盐有机废水的绿色经济处理和有价物高值回收利用等领域展示了广阔的应用前景。

特种沥青的研究进展
梁晰童, 郭丹, 初人庆, 武云, 张媛媛
应用化学    2023, 40 (7): 951-963.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230040
摘要254)   HTML8)    PDF (2560KB)(477)   

特种沥青具有高附加值、应用场景专一和开发难度大等特点。本文综述了特种沥青的研究进展,包括改质沥青、浸渍剂沥青、包覆沥青、中间相沥青及其它种类沥青。在研发特种沥青的过程中,研究人员应加强表征手段的应用,进一步明确沥青产品生产过程中的原子、分子及化合物等多尺度的变化规律,从而调控研发和生产过程中的关键工艺条件。针对不同原料特性,建议采取适合的加工工艺,生产不同种类的特种沥青,实现沥青资源的精细化、标准化和高附加值化利用。

电解水析氢反应磷化钴异质结催化剂的研究进展
王伟, 李家源
应用化学    2023, 40 (8): 1175-1186.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230135
摘要252)   HTML28)    PDF (6044KB)(299)   

氢气(H2)作为一种可再生的绿色能源,在解决环境和化石能源紧缺问题受到了广泛关注。发展高效、稳定和低成本的析氢反应(Hydrogen evolution reaction, HER)电催化剂是目前氢能大规模利用面临的主要挑战之一。磷化钴(CoP)由于其类金属特性及耐酸碱腐蚀等优点,在电催化HER领域中受到广泛研究。本文以CoP与其它纳米材料形成的异质结所产生的不同效应提升HER活性为出发点,首先介绍了CoP异质结作为电催化剂用于电催化HER的优势及其所面临的挑战,其次从CoP异质结产生的不同效应在电催化HER发挥的作用等方面进行了系统的论述,最后总结和展望了CoP异质结在电催化HER方向的发展前景。

非均相催化制备有机过氧化物的研究进展
张毅城, 查飞, 唐小华, 常玥, 田海锋, 郭效军
应用化学    2023, 40 (6): 769-788.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220388
摘要248)   HTML11)    PDF (3924KB)(738)   

有机过氧化物的制备通常是采用硫酸、硝酸、磷酸和高氯酸等作催化剂,由于强酸的使用对设备有腐蚀,催化剂不能重复使用,后处理废水量大,处理成本高。采用非均相催化剂制备有机过氧化物越来越受到重视,非均相催化剂具有活性高、稳定性好、可重复使用、后处理简单、设备腐蚀及环境污染小等优点。本文在简要介绍均相制备有机过氧化物的基础上,对制备有机过氧化物的非均相催化剂,包括离子交换树脂、分子筛、相转移催化剂、金属氧化物、高分子载体催化剂和碳基载体催化剂等做了归纳和总结,同时对反应器及制备工艺做了讨论,并阐述了非均相催化合成有机过氧化物的发展方向。研究对于了解非均相催化制备有机化物的进展,开发性能优良的非均相催化剂和优化有机过氧化物的生产工艺具有较强的参考价值和指导意义。

过渡金属磷酸盐电解水催化剂调控策略研究进展
郭颖华, 周顺发, 李静, 蔡卫卫
应用化学    2023, 40 (8): 1094-1108.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230108
摘要240)   HTML8)    PDF (4218KB)(387)   

长期以来,过渡金属磷酸盐因其安全清洁、低廉高效的优点在电解水催化剂领域备受研究者们的关注。磷酸盐中的磷酸基团具有独特的原子几何结构、较强的协调性以及多种取向性,使其有利于稳定过渡金属的中间价态并加速质子传导速率。然而其电导率差、孔隙率低的缺点则促使研究者们探究设计更加高效的过渡金属磷酸盐电催化剂。虽然科研人员为此投入了大量的时间和精力,在过渡金属磷酸盐电催化剂高效开发利用上仍有许多问题亟待解决。在此,结合过渡金属磷酸盐电催化剂近10年的最新研究进展,重点从形貌调控、缺陷工程和界面工程等几方面介绍了近几年科研工作者对于磷酸盐的开发设计策略。同时,从科学研究及实际应用方面讨论了该类催化剂在未来材料领域需要面对的机遇与挑战。

拉曼光谱测试技术在可充电铝离子电池储能机理的研究进展
刘成员‍, 于江玉‍, 李奉翠‍, 刘智伟‍
应用化学    2023, 40 (10): 1347-1358.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230065
摘要238)   HTML16)    PDF (4524KB)(238)   

拉曼光谱是一种无损的分析技术,可以提供样品化学结构和分子相互作用的详细信息。由光谱学方法与常规电化学方法相结合产生的电化学原位光谱是一种动态探测电极材料结构和相组成的强大技术,能够方便地提供电极界面分子的微观结构信息,这使得其在储能领域中有广阔的应用前景。拉曼光谱能够有效地原位表征可充电铝离子电池氯化铝基电解液中络合离子、不同正极材料在充放电过程中的变化规律。结合X射线衍射技术(XRD)或X射线光电子能谱技术(XPS)等表征技术,拉曼光谱能够有效地揭示可充电铝离子电池的储能机理,包括对电池电解液和电极材料的研究以及电极表面反应的原位监测,对电池材料和界面结构性质的研究可以为电池材料和微观结构的优化设计提供指导,对电极表面反应的原位监测,有助于对电极界面反应的机理进行深入的研究,从而指导正极材料结构改进,促进可充电铝离子电池的发展。

MOFs基催化剂活化过硫酸盐在废水处理中的研究进展
汤振春, 周新全, 王佩佩, 苗娟, 张宁, 张瑞昌, 魏学锋
应用化学    2023, 40 (7): 938-950.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230009
摘要236)   HTML15)    PDF (1936KB)(703)   

金属有机框架(MOFs)材料作为一种新兴的多功能材料,因其高的比表面积、可调的孔隙结构、优异的热稳定性和化学稳定性等优势,在催化活化高级氧化水处理领域引起越来越多关注。本综述聚焦于近5年MOFs基催化剂活化过硫酸盐在水处理领域的研究进展。汇总了过硫酸盐活化领域中的各类MOFs基催化剂;介绍了过硫酸盐活化中MOFs基催化剂的常用合成方法; 归纳了MOFs基催化剂在活化过硫酸盐过程中的氧化机制; 总结了MOFs基催化剂的常见改性方法; 最后,对MOFs基催化剂活化过硫酸盐未来研究方向提出了几点建议。有助于加深对MOFs基催化剂活化过硫酸盐降解有机污染物的认识,为开发基于过硫酸盐活化的MOFs基新型非均相催化剂提供理论参考。

MXenes的刻蚀方法及其在有机溶剂中的分散性
马雯雯, 李彤阳, 汤华国, 乔竹辉
应用化学    2023, 40 (7): 1044-1053.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230064
摘要232)   HTML7)    PDF (5846KB)(481)   

MXenes是一种亲水性二维无机材料,具有良好的可调控性。通过调控表面形貌和表面端基使其拥有更广泛的分散性能和应用特性。本研究对MXenes刻蚀方法和在有机溶剂中的分散性进行了研究,研究发现Al作为“A”层的MAX相更易刻蚀生成Ti3C2T x,且HF刻蚀可以得到多层Ti3C2T x,利用HCl+LiF原位生成HF刻蚀更容易得到单层Ti3C2T x 溶液。使用DMF等有机溶剂作为助分散剂可以将Ti3C2T x 由亲水性转变为疏水性,且其作为助分散剂可以将Ti3C2T x 有效分散在润滑油中; 而十二烷基磷酸修饰的Ti3C2T x 表现出较好的疏水性,水接触角高于90(°),可以制备更高浓度的Ti3C2T x -润滑油分散液。这为MXenes的有机分散和润滑油添加剂的应用提供了广阔的思路和坚实的基础。

电容去离子过渡金属基电极设计及应用研究进展
邢思阳, 于飞, 马杰
应用化学    2023, 40 (9): 1215-1232.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230142
摘要231)   HTML10)    PDF (6588KB)(271)   

电容去离子(Capacitive deionization, CDI)作为一种新兴的水淡化和离子分离方法,由于其离子选择性高、水回收率高和能耗低等优点受到广泛关注。与传统的基于碳电极的CDI相比,新兴的法拉第电极通过离子捕获的法拉第反应,提供了使得CDI的脱盐性能大幅提升的独特机会。而过渡金属基电极由于其高度可逆的法拉第响应,相对较高的导电性以及出色的理论赝电容值等优势,在CDI电极设计领域受到广泛关注。本文系统地归纳和梳理了过渡金属基电极在CDI应用中的材料分类,总结了针对其本征缺陷所进行改性工程,主要包括导电材料耦合、功能结构工程和缺陷工程等,并对其在海水淡化中的性能进行了总结; 此外,从离子选择性分离、金属离子去除和营养元素回收等方面介绍了过渡金属基电极在CDI中的特定应用。最后,概述了剩余的挑战和研究方向,为未来的过渡金属基电极的开发与研究提供指导。

滑动弧等离子体固氮研究进展
徐晓芳, 陈强, 张海宝
应用化学    2023, 40 (7): 923-937.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220352
摘要229)   HTML24)    PDF (5239KB)(410)   

传统工业固氮采用哈伯-博施(Haber-Bosch)工艺,但是需要高温高压,能耗高,污染严重。滑动弧等离子体(Gliding arc plasma, GAP)兼具热等离子体和冷等离子体的优点,能够高效地产生活性物种,显著提高能量效率,使其在固氮领域具有很大的潜在应用价值,近年来受到人们的广泛关注。然而,目前GAP固氮相关研究还比较零散,有必要对具体内容进行总结归纳。本文主要综述了近10年来国内外GAP固氮研究进展,主要包括GAP放电机制、反应器设计、工艺参数研究以及固氮反应机理研究。GAP放电存在击穿伴随滑动放电的B-G模式和持续稳定放电A-G模式,A-G模式放电有助于提高固氮效率。随着滑动弧放电技术的不断发展,GAP反应器中电极结构从传统的2D刀片结构演变到了多种3D柱形结构。通过工艺优化,GAP有助于N2分子的振动激发,从而促进N2分子的分裂转化。最后,对GAP固氮研究进行了展望。

《氢能源与燃料电池》专辑序言
葛君杰
应用化学    2023, 40 (8): 1061-1062.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230213
摘要227)   HTML25)    PDF (238KB)(230)   
非Pt基催化剂在质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应中的研究进展
董以宁, 李赫, 宫雪, 韩策, 宋平, 徐维林
应用化学    2023, 40 (8): 1077-1093.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230075
摘要227)   HTML15)    PDF (3790KB)(276)   

对绿色、高效能源储存装置日趋强烈的需求,使得用于清洁能源转换的先进技术获得了研究者的密切关注。具有环境友好、高能量转换效率等优势的燃料电池是传统能源转换装置极具希望的替代品。然而,工业催化界中商业化程度高的Pt体系催化剂存在成本高、稳定性差和抗毒化能力弱等问题,限制了燃料电池的进一步发展。开发储量丰富、成本低廉且性能优异的非Pt体系氧还原(ORR)催化剂是降低燃料电池成本,促进其大规模应用的有效途径。对此,结合近10年来国内外研究成果,系统介绍了当前各类非Pt体系ORR催化剂的研究进展,包括非贵金属基以及非金属基催化剂。同时,针对各类催化剂的优点、不足及改性策略进行了归纳与总结,并对未来ORR电催化剂的发展提出挑战、做出展望。

稀土元素改性钒基固溶体储氢合金研究进展
任权兵, 钟鸣, 郑波, 冯兰, 丁南, 尹东明, 程勇, 王立民
应用化学    2023, 40 (12): 1601-1612.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230201
摘要216)   HTML15)    PDF (3798KB)(167)   

钒基固溶体储氢合金具有体心立方(BCC)结构,储氢质量分数在3.8%以上,充放电容量为1052 mA·h/g,优于AB2和AB5等系列合金,并且在常温常压下表现出较高的氢溶解度和扩散系数,因此在氢储运系统以及氢能源供应等领域具有广阔的应用前景,但钒基固溶体合金存在着活化难度大、放氢条件苛刻、循环寿命短以及对氧敏感易氧化等问题。研究表明,稀土对多种固态储氢材料均有很好的改性作用,将稀土元素通过元素替代或掺杂的方式加入到钒基固溶体合金中,有助于生成高活性的稀土或稀土氧化物第二相,可明显改善材料的吸放氢热力学、循环稳定性以及抗毒化性质,同时可减少材料内的氧含量,提高材料的活化特性。电化学性能方面,稀土元素的添加能显著提升合金电极的循环稳定性、耐腐蚀能力以及高倍率放电性能。因此,稀土元素取代是实现钒基固溶体储氢材料实际应用的一项行之有效的方法。本文报道了近30年稀土改性钒基固溶体储氢合金的研究现状,重点总结了稀土元素的作用机制,并对今后重点研究方向进行了展望。

稀土配合物催化的乙烯、环烯烃和1-辛烯三元共聚
王琳枫, 田慧, 龚光碧, 吴春姬, 王保力, 崔冬梅
应用化学    2023, 40 (10): 1396-1404.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230100
摘要214)   HTML17)    PDF (1343KB)(199)   

环烯烃共聚物通常由乙烯和环烯烃共聚制得,因其具有较好的透明性和水汽阻隔性等特性,已经被用于制造光学器件和医疗容器等。通常,为了保证共聚物具有较高的玻璃化转变温度(Tg),需要提高环烯单体的插入率,但往往会导致材料韧性降低,限制了环烯烃共聚物在某些领域的应用。因而,将长链α-烯烃单体引入研究较为广泛的乙烯/环烯烃二元共聚物中,期望提高材料韧性、从而拓展环烯烃共聚物的应用领域。鉴于稀土催化剂在烯烃聚合领域中优异的催化性能,研究了由官能化的环戊二烯基稀土钪催化剂1-3、有机硼盐[Ph3C][B(C6F54]和三异丁基铝Al i Bu3组成的催化体系对乙烯/降冰片烯/1-辛烯、乙烯/双环戊二烯/1-辛烯的三元共聚合能力及相应共聚物的拉伸性能。稀土催化剂对上述三元共聚活性较高,为4.4×105~21.4×105 g/(mol(Sc)·h·bar); 所得共聚物数均相对分子质量(Mn)为3.8×104~20.3×104; 相对分子质量的多分散指数(PDI=1.2~2.4)分布较窄。1-辛烯的引入显著提高了乙烯/降冰片烯/1-辛烯共聚物的韧性,P3样品(Mn 13.7×104,降冰片烯37.1%,1-辛烯11.0%)比P1样品(Mn 14.0×104,降冰片烯42.6%,1-辛烯6.4%)的断裂伸长率提高约2.0倍(29.9% vs. 9.9%)。

乙烯基三(2 -甲氧基乙氧基)硅烷接枝乙烯 -醋酸乙烯酯共聚物(EVA - g -VT2MES)的制备和表征
王春博, 刘鹏博, 曹增文, 周光远
应用化学    2023, 40 (10): 1405-1411.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230086
摘要205)   HTML12)    PDF (1791KB)(136)   

以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)为基体树脂的热熔胶粘接强度较低,这主要是因为EVA的内聚强度较低及胶合表面极性单元较少。为解决这一问题,以EVA为基体,通过熔融接枝法将极性乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷(VT2MES)接枝到EVA主链上,得到乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA-g-VT2MES)。借助傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和核磁共振波谱仪(NMR)对产物的分子链结构进行了表征。结果表明,VT2MES可接枝到EVA分子链上,其接枝率最高可达2.37%。通过流变和熔融指数测试表明接枝产物的内聚强度得到了提高。将EVA和EVA-g-VT2MES制成胶膜黏合钢片,对比EVA,EVA-g-VT2MES的剥离强度最大可提升75.21%,表明了在EVA分子链上熔融接枝VT2MES可以大幅提高EVA基体的粘接强度。

稀土基氧化物忆阻器的研究进展
苏旺, 胡全丽, 刘景海
应用化学    2023, 40 (11): 1457-1474.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230106
摘要200)   HTML23)    PDF (4962KB)(160)   

忆阻器是一种将电荷和磁通量关联起来的电路学基本元器件,在量纲上它与电阻相同,表现为随电压电流变换的非线性电阻变换行为。作为一种新型的非易失性存储器件,忆阻器具有结构简单、存储密度高和能够模拟生物神经突触等特性。因其独特的“记忆特性”,在阻变存储器、人工神经网络和非线性运算电路设计等领域被广泛的研究。其中,稀土基氧化物忆阻器因其更加稳定的性能和多元的应用前景,成为忆阻器研究关注的热门材料。但目前对于稀土氧化物材料,尤其对重稀土元素并没有较为全面的总结和归纳。因此,文章从忆阻器的结构、组成和电阻转换机理进行了论述。以元素为分类标准,系统地梳理从Y元素到Lu元素,国内外每种稀土氧化物以及稀土掺杂氧化物忆阻器在阻变存储器,人工神经网络等方面应用的重点工作。最后,对目前稀土基忆阻器研究遇到的问题和挑战进行了分析,总结了稀土基氧化物忆阻器优缺点,提出了目前可行的方法,并展望了发展趋势和应用潜力。

磷系阻燃剂插层镁铝型水滑石复合物的制备及其在热塑性聚氨酯中的阻燃应用
史俊杰, 史哲航, 李红周
应用化学    2023, 40 (9): 1288-1301.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230044
摘要198)   HTML12)    PDF (6527KB)(161)   

采用直接的无溶剂制备方法,将3种磷系阻燃剂9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、聚磷酸铵(APP)和三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)分别插层到镁铝型水滑石(MAH)片层中,制备了3种含磷阻燃剂的MAH复合物(DOPO-MAH、APP-MAH和MPP-MAH),并采用模压成型法制备了MAH复合物与热塑性聚氨酯(TPU)的复合材料。采用X射线衍射、扫描电子显微镜和热重分析分别对复合物进行了表征,并且通过锥形量热仪对复合材料进行了表征。结果表明,MAH中MPP的分散性较差,DOPO和APP的分散性较好,并且磷元素分布均匀。MAH的初始层间距为4.11 nm,APP和MPP均在0.5 h时就已完成插层,最终层间距分别缩小到3.93和4.04 nm。DOPO则在0.5 h后完成,但插层后的层间距更小,为3.86 nm。与物理混合物所制得的复合材料相比,(DOPO-MAH-6h)/TPU和(APP-MAH-6h)/TPU的热释放速率峰值分别从669.3 kW/m2降至573.9 kW/m2,从657.7 kW/m2降至405.9 kW/m2,(MPP-MAH-6h)/TPU与(MPP+MAH)/TPU的热释放速率峰值的差别不大。与TPU热释放速率峰值的1236.6 kW/m2相比,(DOPO-MAH-6h)/TPU降低了53%,(APP-MAH-6h)/TPU降低了67%,(MPP-MAH-6h)/TPU降低了57%,以上表明DOPO-MAH、APP-MAH和MPP-MAH可以用来改善TPU的阻燃性能,但DOPO-MAH与APP-MAH在TPU中的阻燃应用前景更好。

高精度无损质子交换膜燃料电池膜电极Pt载量与分布测试方法
段骁, 曹锋, 周扬, 张斌, 董蔚雯, 魏伶俐, 李佳, 刘建国
应用化学    2023, 40 (6): 845-852.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220379
摘要198)   HTML2)    PDF (999KB)(256)   

随着质子交换膜燃料电池商业化的推进,为提高膜电极制造的可重现性, 保障膜电极制造工艺的产品控制,需要Pt载量和分布无损高精度在线检测提供技术支撑。根据欧姆定律与焦耳定律,利用质子交换膜燃料电池膜电极在直流激励电压下产生的电流密度和热分布信号可以对膜电极电阻进行分析,通过膜电极Pt载量与其电阻的关系就可以实现膜电极Pt载量和空间分布分析。通过不同直流激励电压下电流测试,证明了膜电极电阻与Pt载量反相关,Pt载量定量表征精度为0.0008~0.0025 mg/cm2; 利用红外热成像法对直流激励电压下膜电极热分布信息的采集成功实现了Pt载量分布的定性分析; 最后,通过直流激励前后膜电极性能的对比证明了该方法对膜电极性能是无损的。高精度无损的直流激励测试方法可以实现膜电极Pt载量的高效在线测试,提高膜电极质量和制造效率,降低膜电极制造成本,对于质子交换膜燃料电池大规模商用具有重要意义。

镍氮掺杂石墨炔用作高效氧还原电催化剂
惠连成, 庄鉴行, 肖顺, 李美平, 靳梦圆, 吕青
应用化学    2023, 40 (8): 1205-1213.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230120
摘要196)   HTML6)    PDF (4751KB)(254)   

氧还原反应是燃料电池中至关重要的一环。常规的氧还原反应催化剂是贵金属铂,但鉴于铂的高成本,研究者希望寻找一种低成本的替代催化剂,它更便宜并且具有相当于铂的催化效果。在前期研究中,已经对铁氮共掺杂石墨炔和钴氮共掺杂石墨炔进行了研究,它们均表现出了高效的氧还原反应活性,而与之具有相似电子结构的金属镍尚未研究。因此,此工作以氢取代石墨炔为基底,设计并合成了多种镍氮掺杂的石墨炔电催化剂,并进行了氧还原电化学测试,其中,镍质量分数2%并加入三聚氰胺进行烧制的镍氮掺杂石墨炔催化剂表现出最佳的氧还原电催化性能。对催化剂进行了一系列的物理表征: X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM),进一步分析了其结构和形貌。从物理表征及电化学测试结果可以看出,氮原子是构建催化活性位点的关键,而镍原子在提高催化剂性能方面起着至关重要的作用,氮和镍的协同作用使得镍氮掺杂石墨炔催化剂表现出优异的催化性能,这使其具有良好的应用前景。

金属间化合物电催化剂在氢电转换器件应用中的研究进展
梁锦辉, 梁乐程, 崔志明
应用化学    2023, 40 (8): 1140-1157.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230130
摘要195)   HTML5)    PDF (9078KB)(150)   

人类对可持续能源的高度重视,使得绿色环保的氢能成为研究热点。能量转换和存储技术(如燃料电池和电解水)可实现氢能源和电力的相互转换,但实现这些技术的前提是需要开发高效稳定的催化剂。结构有序的金属间化合物具有确定的组成和可调控的几何效应和电子效应的优势,已被探索作为能量转换和存储技术的有效电催化剂,金属间化合物表面均匀的活性位点分布也有利于研究催化剂活性和结构之间联系(即构效关系)的理想模型。本综述首先介绍了氢电转换装置催化剂所面临的挑战以及金属间化合物在电催化中的优势,其次从活性和稳定性的角度重点论述金属间化合物在氢电转换装置中的研究进展,最后总结并展望了金属间化合物电催化剂未来的发展前景。

运动鞋用橡塑材料的研究进展
刘三荣, 刘超, 赵卿波, 赵洪福, 毕吉福
应用化学    2023, 40 (10): 1376-1395.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230074
摘要194)   HTML13)    PDF (3641KB)(252)   

橡塑材料在运动鞋制造过程中被普遍应用,总结了运动鞋制造过程中天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶、再生橡胶、聚氯乙烯、聚烯烃弹性体、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚氨酯和嵌段聚醚酰胺树脂等橡塑材料的基本性能。分类别综述了相关橡塑材料近年的研究进展。 指出未来运动鞋用橡塑材料将向着轻量化、功能化、智能化和环保化的方向发展。

基于环糊精的抗肿瘤药物主客体递送系统研究进展
刘小英, 陈方敏, 张惠娟, 于海军
应用化学    2023, 40 (7): 964-975.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230055
摘要190)   HTML6)    PDF (5407KB)(378)   

恶性肿瘤是威胁人类健康的重大疾病。开发安全高效的抗肿瘤药物及其递送系统是改善抗肿瘤药物疗效的重要保证。近年来,基于环糊精的抗肿瘤药物主客体递送系统受到了广泛关注。环糊精是通过淀粉酶解获得的环状低聚糖,具有外部亲水内部疏水的特殊结构,在基因治疗、免疫细胞治疗、免疫靶向治疗和化疗中均得到了广泛的应用。本综述主要总结了环糊精作为抗癌药物递送载体近10年的相关进展,同时对主客体递送系统在癌症治疗方面的机遇和挑战进行了展望和讨论。

贻贝启发的抗菌骨粘合剂的制备与性能
刘嘉辉, 安佰超, 闫秋艳, 栾世方
应用化学    2023, 40 (9): 1258-1266.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230045
摘要188)   HTML14)    PDF (4768KB)(109)   

骨粘合剂因其快速且稳定的骨粘结性能而受到广泛关注。然而,商用粘合剂的较差生物相容性所导致的不良反应限制了其广泛使用。基于贻贝粘附剂的启发,利用氧化透明质酸(OHA)、单宁酸(TA)与聚赖氨酸(PL)三者共混制备了一种生物相容性良好的双交联网络抗菌骨粘合剂。该粘合剂的粘合粘结强度~450 kPa,搭接粘结强度为~250 kPa,其优异的粘附性能,自愈合性与可注射性可以满足多种临床应用场景,其良好的体外生物相容性为骨细胞增殖和组织愈合提供了稳定的生长环境。此外,单宁酸的抗菌性能使该粘合剂可杀死95%以上的金黄葡萄球菌与大肠杆菌,降低了骨折处发生细菌感染的风险。

贵金属离子印迹聚合物的制备及其应用的研究进展
潘阳, 鲁惠玲, 李浩, 潘建明
应用化学    2023, 40 (10): 1359-1375.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230068
摘要188)   HTML14)    PDF (3321KB)(145)   

近年来,由于对贵金属需求的快速增长而矿产资源有限,供需矛盾日益严重。因此,从富含贵金属的电子废弃物等二次资源中选择性分离回收贵金属至关重要。离子印迹聚合物(Ion-imprinted polymers, IIPs)具有制备简单、空腔固定、结构稳定、环境适应性好、再生能力强和对模板离子具有选择性等优点,在固相萃取、预浓缩、水处理、膜分离和电化学传感器等领域得到了广泛应用。本文综述了近10年来国内外离子印迹技术在贵金属的分离回收领域的最新研究,重点介绍了贵金属离子印迹聚合物的制备、性能及应用,并对贵金属离子印迹技术目前存在的问题和未来发展方向进行了分析和展望。

本体金属氧化物在丙烷无氧脱氢中的研究进展
于宜辰, 张雨宸, 张耀远, 吴芹, 史大昕, 陈康成, 黎汉生
应用化学    2023, 40 (6): 789-805.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220414
摘要181)   HTML5)    PDF (5349KB)(371)   

丙烯作为基本的化工原料,近年来需求不断增加,传统蒸汽裂解和催化裂化工艺难以满足丙烯需求。丙烷脱氢(PDH)工艺因原料来源丰富、丙烯选择性高和产物简单易分离等优势备受关注。传统PDH催化剂为Pt-Sn/Al2O3和CrO x /Al2O3,但铂基催化剂价格昂贵,铬基催化剂毒性较高。本体金属氧化物(氧化锆、氧化钛、氧化铝、氧化钨、氧化铕和氧化钆)催化剂具有本征活性高、价格低廉和无毒环保等优势,展现出一定的应用前景。基于此,主要从反应机理和催化剂结构性质调控2个方面综述本体金属氧化物在PDH反应中的研究进展。总结发现配位不饱和的金属阳离子(M c u s + )是主要的脱氢活性位点,其浓度可通过晶粒尺寸、晶相、金属掺杂、贵金属纳米粒子负载和还原性气体(氢气、一氧化碳)预处理等方式进行调控,进而提高PDH反应性能。最后,指出在本体金属氧化物基础上耦合其它脱氢活性位点(金属或金属氧化物)是进一步提高PDH催化性能的有效途径。

硅丙乳液的表征、性能及其在模拟病害壁画修复中的应用
方晓芸, 赵林毅, 王磊, 李菱志, 俞洁, 陆泉芳, 李燕飞
应用化学    2023, 40 (7): 1004-1016.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220372
摘要180)   HTML5)    PDF (6049KB)(129)   

为了在理论上建立起一套完整、客观的性能评价方法,对硅丙乳液的颗粒尺寸、热稳定性、结构和形貌进行了表征,测定了乳液质量分数与其粘度、表面张力等关系。通过用硅丙乳液修复模拟起甲和酥碱的壁画,进一步验证乳液的性能。结果表明,硅丙乳液属于非晶态(无定形态)结构,乳胶粒子形貌接近球形,平均粒径为190 nm,颗粒无团聚现象,较小的粒径可以提高乳液的渗透能力; Si—O—Si键的引入有效提高了硅丙乳液的热稳定性和耐热老化性; 随着硅丙乳液质量分数的增大,表面张力下降,相对粘度升高; 硅丙乳液的机械稳定性、贮存稳定性、热稳定性和耐盐性较好。硅丙乳液在修复起甲、酥碱壁画后,分别循环20和12次老化,颜料层未发生显著差异,说明硅丙乳液可以作为一种性能优异的胶凝材料用于起甲、酥碱壁画的修复中。

浇注型环氧树脂基耐高温中子屏蔽复合材料
韩志鹏, 秦冲, 周金向, 余明, 陈兆彬
应用化学    2023, 40 (10): 1420-1429.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230164
摘要174)   HTML1)    PDF (3008KB)(114)   

提出“自驱动梯度升温”概念,研制了一种耐高温,且综合性能优异的环氧树脂基中子屏蔽复合材料。通过反应动力学研究,确定基体为混合多官能度缩水甘油胺环氧树脂和混合改性酚醛胺固化剂,基体中高反应活性树脂体系固化反应放热触发低反应活性树脂体系的固化反应,实现了室温浇注工艺条件下,高性能环氧树脂无外部热源输入即可固化成型,制备耐高温中子屏蔽材料的目的。在基体材料分子结构中刚/柔性基团的匹配、体系复杂相态下的传热和功能填料的筛选等几方面研究基础上,最终得到了玻璃化转变温度(Tg)>150 ℃、负荷热变形温度>150 ℃、快中子屏蔽系数(252Cf,40 mm)>2.5、热中子屏蔽率(252Cf,40 mm)>99.98%、物理机械性能优异的中子屏蔽复合材料。该材料在服役工况苛刻的核辐射二次屏蔽领域具有现实应用场景。

聚左旋乳酸遥爪离聚物的静态结晶及剪切诱导结晶行为
刘凡, 黄绍永, 陈全
应用化学    2023, 40 (10): 1412-1419.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230107
摘要171)   HTML2)    PDF (1459KB)(142)   

遥爪离聚物体系由于易形成相对均匀的可逆网络,受到高性能材料领域学者的广泛关注。通过引入磺酸根和Na+反离子,设计合成了一种分子链轻微缠结的聚左旋乳酸遥爪离聚物,由于离子聚集的“锚定”作用,其静态结晶动力学显著延迟。通过时温叠加得到的样品线性黏弹准主曲线显示出宽平台和末端松弛延迟的特点,这反映了强缔合的特点。在韦森堡数大于1的剪切流场作用下,该材料表现出剪切增稠和结晶加速行为。研究发现,增稠是剪切诱导结晶引起的,增稠可能发生在两个区域,即在剪切应力稳定之前或者之后,并且增稠发生在剪切应力稳定之后所需的临界功明显更高,这可能与稳定后缔合点连续的解离和再缔合导致的能量损耗相关。

基于水通道蛋白设计的人工水通道研究进展
程道侦, 王真然, 上官华媛
应用化学    2023, 40 (9): 1245-1257.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230025
摘要167)   HTML8)    PDF (3712KB)(258)   

水通道蛋白(AQPs)对水分子具有高选择性和渗透性,是介导水分子转运的膜蛋白。人工水通道一般由各种有机或无机材料(如碳材料、有机化合物以及多肽等)组装而成,旨在模仿天然水通道蛋白的结构和功能。本文介绍了天然、生物启发及合成水通道的种类、结构及其渗透机理,并比较了单分子、超分子及碳纳米材料等人工水通道在近20年间的研究进展。详细地阐述了不同的人工水通道材料特性对结构和功能的影响,并重点剖析了人工水通道的不足以及开发新型人工水通道面临的挑战,最后展望了人工水通道的未来前景。

烷基链长度对非对称含噻吩五元稠环化合物传输性能的影响
李骅峰, 李伟利, 田洪坤, 王利祥
应用化学    2023, 40 (7): 1054-1060.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230082
摘要163)   HTML5)    PDF (2629KB)(174)   

含噻吩并苯类分子是一类代表性的高迁移率有机半导体材料,以其为共轭骨架构建的不对称分子在薄膜中倾向于形成双层排列结构,并以二维层状方式生长,有利于实现高迁移率。烷基取代基的长度会对有机半导体材料的堆积形貌产生影响。本文设计合成了不同长度烷基链取代的噻吩并[4,5-b][1]苯并噻吩并[3,2-b][1]苯并噻吩(syn-BTBTT-Cnn=4,5,6,7,8,10),系统研究了烷基链长度对化合物热稳定性、能级、载流子传输能力、堆积结构和薄膜形貌等方面的影响。结果表明,所有化合物均不具备液晶性,热稳定性良好。在所制备的蒸镀薄膜中所有分子均形成双层堆积结构,共轭核在层内形成鱼骨架堆积,烷基链长度会影响薄膜的有序度和堆积的紧密程度。基于该类材料制备的有机薄膜晶体管(OTFT)器件的迁移率都超过7.0 cm2/(V·s),其中syn-BTBTT-C8分子的迁移率最高可达13.8 cm2/(V·s),平均值为12.5 cm2/(V·s)。