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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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钙钛矿光伏电池封装材料与工艺研究进展
王婷, 魏奇, 付强, 李伟, 王世伟
应用化学    2022, 39 (9): 1321-1344.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210521
摘要1967)   HTML90)    PDF (9149KB)(1227)   

钙钛矿太阳能电池作为第3代新概念太阳能电池,具有高光电转换效率、低成本和可柔性加工等优点,近年来发展迅速,其光电转换效率从一开始的3.8%增长到近期的25.5%,逐渐比肩硅电池,已接近商业化应用水平。目前,实现钙钛矿太阳能电池产业应用的关键环节在于电池封装,它不仅可以解决钙钛矿光伏器件稳定性问题,还可以实现电池安全、环保和延长使用寿命等要求。结合近十几年来钙钛矿光伏电池封装材料和封装工艺两方面的发展现状,文中介绍了钙钛矿电池封装领域取得的成果和存在的不足,讨论了目前现有封装技术的优缺点,以及它们适用的不同器件类型。着重在不同温度湿度条件下,比较了不同封装材料性能、封装工艺条件对钙钛矿电池效率及稳定性的影响,归纳出影响钙钛矿电池薄膜封装效果的3个关键因素: 聚合物的弹性模量、水蒸气透过率、加工温度。比较了不同聚合物薄膜封装材料适宜的加工温度、优缺点及加工成本。可以看出,随着钙钛矿光伏电池工业化需求的强烈增长和人们对其封装材料研究的不断深入,研究适合大面积生产和光伏建筑一体化的新型功能聚合物封装材料将是必然趋势。

锂离子电池电解液除酸除水添加剂的研究进展
宋林虎, 李世友, 王洁, 张晶晶, 张宁霜, 赵冬妮, 徐菲
应用化学    2022, 39 (5): 697-706.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210129
摘要1292)   HTML84)    PDF (2413KB)(2243)   

商用锂离子电池电解液在应用过程中存在电解质锂盐六氟磷酸锂(LiPF6)易在痕量水环境中发生水解反应,进而导致锂离子电池体系的综合电化学性能受损。因此,亟需控制电解液本体中痕量水的引入以及减小锂盐与痕量水反应产物对电池体系影响的措施。本文主要综述了含有不同官能团的添加剂在除去电解液中痕量水和酸时所具有的特性,并重点分析介绍了其除酸除水的作用机理。 最后,对除酸、除水型添加剂未来的研究方向和应用前景进行了展望。

基于柠檬酸的石墨烯量子点的制备及其应用
郭峤志, 杨振华, 张月霞, 孟雅婷, 曹宇娟, 孙宣森, 张琪琦, 双少敏, 董川
应用化学    2022, 39 (6): 888-899.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210211
摘要1183)   HTML48)    PDF (2575KB)(822)   

石墨烯量子点(GQDs)是一种新型碳基准零维材料,不但具有石墨烯的独特平面结构,同时具备碳点的量子限制效应和边界效应。GQDs具有独特的光学性质、低毒性、高荧光稳定性和高生物相容性,被广泛应用于检测、传感、催化、细胞成像、药物递送和污染治理等领域。GQDs的合成分为自上而下法和自下而上法,前者将大尺寸的石墨烯、石墨、碳材料切割成纳米级的量子点,后者使用不同的前驱体,通过水热法、热裂解法等方法合成石墨烯量子点。柠檬酸(CA)是一种重要的有机酸,室温下是白色结晶状粉末,是自下而上法合成GQDs的一种常用前驱体,近年来有许多关于以CA为前驱体合成不同GQDs的研究,以CA为前驱体合成的GQDs(CA-GQDs)在生物医药、荧光检测、成像等领域均有应用,具有较好的应用前景。对近年来基于CA的合成方法和具体应用进行了总结和回顾,旨在将现有CA-GQDs的相关成果尽可能汇总和展现,以对相关领域研究工作者提供一定参考,并对未来CA-GQDs较有前景的研究方向进行了展望。

酸性条件下的DNA构象变化加速DNA变性解链
严磊, 毛秀海, 左小磊
应用化学    2022, 39 (5): 837-842.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210257
摘要1022)   HTML19)    PDF (837KB)(598)   

调控DNA的变性解链过程是DNA扩增与检测的关键步骤。对于传统的热循环DNA扩增策略,由于变温过程中热量分布不均一以及变温速度慢等不利因素,会直接影响DNA变性解链过程,从而降低DNA检测放大的效果、延长检测的时长。因此,探索快速、高效的调控DNA变性解链的方法具有重要的研究意义。本文发展了以胞嘧啶在酸性条件下的质子化反应为基础,通过改变溶液的pH值,来诱导DNA构象在Watson-Crick(WC)碱基对与Hoogsteen(HG)碱基对之间的分子构象转换,从而实现精准、快速、高效的DNA变性解链调控目标。结果表明,相较于传统的温控方法,pH调控方法能显著提高DNA变性的速率约6倍以上。本文发现pH调控方法通过降低双链DNA的反应焓约160 kJ/mol,从而提高双链DNA变性速率和效率。该方法具有用于DNA信号放大与检测等相关应用的潜力。

先进光刻材料
李自力, 徐兴冉, 湛江浩, 胡晓华, 张子英, 熊诗圣
应用化学    2022, 39 (6): 859-870.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220031
摘要950)   HTML50)    PDF (2169KB)(1142)   

随着半导体产业的技术发展与进步,芯片制造在摩尔定律的推动下也在不断向先进工艺节点推进。与此同时,我们迫切需要开发与之相匹配的光刻材料来满足光刻图形化的快速发展需求。本文从光刻材料的成分和性能出发,介绍了光刻图形化技术所用的从紫外光刻胶、深紫外光刻胶、极紫外光胶、共轭聚合物光刻材料到导向自组装光刻材料,分析了光刻材料的发展现状,最后总结全文并对国内光刻材料的未来发展趋势进行展望。

表面配位金属-有机框架薄膜HKUST-1在光电应用中的研究进展
杨雪贤, 张健, 谷志刚
应用化学    2022, 39 (7): 1013-1025.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210310
摘要896)   HTML27)    PDF (8081KB)(841)   

金属-有机框架(MOFs)作为一种无机-有机杂化材料,由于其结构的多样性和独特的功能而在众多领域有着潜在的应用价值。尤其是液相外延层层组装的MOFs薄膜(称为表面配位MOFs薄膜,SURMOFs)因其具有可控的厚度、优选的生长取向以及均匀的表面等优点备受关注。本文总结了液相外延(LPE)层层组装MOFs薄膜的技术方法,如层层浸渍法、层层泵式法、层层喷雾法、层层旋涂法等组装方法,并介绍了经典的SURMOF HKUST-1的层层组装策略以及其在光致发光、光致变色、光催化以及电催化方面的相关应用。HKUST-1是经典的SURMOF材料之一,在光电领域具有广泛的应用,SURMOF HKUST-1具有以下独特的性能:可以作为发光载体实现良好的光学性能;具有独特的Cu催化活性位点的优势,有效地降解水中的污染物;因其具有介电特性而在电子器件方面有着潜在的应用。虽然HKUST-1在许多方面均具有独特的性能,但也面临着一些挑战:需要将薄膜的合成步骤简单化;薄膜结构和电催化行为间的机理也需要进一步的研究;降低HKUST-1的内阻的方法也需要进行改进。SURMOFs在大规模工业应用和扩展到其它未探索的领域还任重道远。

氢能的发展机遇与面临的挑战
李星国
应用化学    2022, 39 (7): 1157-1166.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220059
摘要840)   HTML31)    PDF (2820KB)(728)   

氢能作为一种重要的清洁可再生能源受到越来越多的关注。本文首先从能源资源、CO2减排、大规模能源储存3个方面简略地说明了氢能的发展机遇。 随后更多的是对氢能发展面临的一些挑战进行了介绍,这些也是氢能发展的瓶颈,这些问题不解决,氢能难以产业化应用。所以本文围绕着制氢、储运、基础设施、关键设备、安全等一些领域,对国内外的研究状况以及最新动态进行了介绍,并对一些具体问题和技术做了进一步的说明,给出了一些方向和技术指标。另外,对氢能应用,也提出了一些多样化的建议,可供产业化开发参考。

二甲基亚砜对乙酸气相色谱保留时间的影响及其机理
牧仁, 那顺, 那仁朝格图, 李重九
应用化学    2022, 39 (5): 852-854.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210175
摘要750)   HTML15)    PDF (659KB)(741)   

通过气相色谱、红外光谱分析和量子化学计算,探究溶于二甲基亚砜(DMSO)中乙酸保留时间发生波动的原因。 结果显示,乙酸保留时间变化与DMSO体积等量递增呈线性关系,R2=0.99301;根据红外光谱分析得出,DMSO和乙酸之间生成了氢键,以DMSO-乙酸分子的形式通过色谱柱;根据Gaussian09程序计算结果,DMSO电子密度大的部分给予电子,与乙酸之间形成了氢键,而DMSO电子密度小的部分容易获得电子与具有强偶极矩的色谱柱固定液聚乙二醇产生作用力,吸附在固定液上。因此,在上述一系列复杂的分子间作用力的共同影响下,乙酸保留时间发生了波动,且随着溶剂DMSO体积比增加,乙酸保留时间不断延长。

含硫高折射率光学树脂合成及性能研究进展
郭晓峰, 李佳林, 王宇博, 金君素
应用化学    2022, 39 (5): 723-735.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210136
摘要718)   HTML33)    PDF (1305KB)(1631)   

作为无机玻璃的替代品,有机光学树脂具有轻质、抗冲击性好、易加工和可调性强等优点。折射率是光学树脂的主要参数之一,折射率的高低可直接影响成品镜片的厚度、美观性和舒适度。在不降低光学树脂综合性能的基础上提升光学树脂折射率一直是该领域的热点和难点,在光学树脂中引入高摩尔折射率的硫元素被认为是最有效和常用的方法之一。本文将含硫光学树脂分为烯烃类、环氧类、环硫类、多环类和聚氨酯类,简要综述了国内外近几年的研究进展,涉及单体合成、单体聚合以及单体结构对光学树脂综合性能影响,系统总结了以上材料的特性及发展。

锂钠合金的原位电化学制备及“锂+钠”共储特性
吴利军, 郭守杰, 张超, 李知声, 李唯聪, 杨长春
应用化学    2022, 39 (11): 1757-1765.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220074
摘要717)   HTML11)    PDF (3325KB)(4906)   

锂钠合金相较于单一锂或者单一钠具有更优异的性能,以钠金属为正极、锂金属为负极,以LiPF6、NaClO4以及锂钠混合离子电解液作为电解液,组装成纽扣电池,在梯度电流密度下进行充放电,成功实现了锂钠合金的原位电化学制备。得益于锂、钠双电化学活性离子的协同效应,不同钠含量的锂钠合金为负极的锂钠混合离子电容器均呈现良好的电化学性能。尤其是低钠量的锂钠合金负极,添加NaClO4电解液时,活化的柠檬酸钾衍生碳(SCDC-活化)正极在1 A/g电流密度下循环300圈时仍能保持238 mA·h/g的比容量和99%的容量保持率。高钠量的锂钠合金负极,添加锂钠混合离子电解液时,SCDC-活化呈现了319 mA·h/g的比容量,并在循环1040圈时仍能保持93 mA·h/g的高比容量和98%的容量保持率。

电化学分析方法检测重金属离子研究进展
刘明言, 石秀顶, 李天国, 王静
应用化学    2023, 40 (4): 463-475.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220228
摘要716)   HTML322)    PDF (1081KB)(619)   

重金属难以生物降解,对环境和人类生命健康造成了严重威胁,因此,重金属的检测和重金属污染的治理十分必要。近年来,电化学分析方法对重金属离子的检测具有灵敏度高,分析速度快,可同时对多种金属离子进行检测等优点,成为了重金属检测领域的研究热点。本文综述了常见电化学检测方法的检测原理和发展现状,通过引入线性范围、检出限和回收率等参数,分别对电位分析法、电位溶出法和伏安法的检测效果进行阐述,讨论了各种方法的优缺点,并指出以后的研究方向,以期为电化学传感器的应用提供基础。

单原子催化剂电催化还原二氧化碳研究进展
张超
应用化学    2022, 39 (6): 871-887.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210244
摘要664)   HTML36)    PDF (14422KB)(441)   

电催化CO2还原能够在常温常压下利用电能将CO2转化为含碳清洁能源,具有很好的应用前景。 但其应用仍受缓慢的阴极催化剂限制。众所周知,催化剂的尺寸对其活性有很大的影响,将金属催化剂减少到纳米颗粒级别,能够显著提升其暴露的活性位点数和本征活性,从而提升其催化性能。在这一思路下,如果将催化剂的尺寸降低到单原子分散级别,催化剂的活性能够得到明显提升。近几年,由于单原子分散催化剂具有特殊的微观几何结构和电子态,已经成为电催化还原CO2领域的研究热点。在本综述中,对单原子分散催化剂在电催化还原CO2方面的研究进行了总结和回顾,并对未来单原子分散催化剂在电催化还原CO2领域的难点问题和进一步研究方向进行了分析和讨论。

类沸石咪唑酯骨架材料⁃8的形貌调控及其催化制氢性能
李旺
应用化学    2022, 39 (7): 1065-1072.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210214
摘要653)   HTML19)    PDF (1576KB)(767)   

类沸石咪唑酯骨架材料-8(ZIF-8)是一种具有较大比表面积和较强稳定性的多孔材料,被广泛应用在气体存储分离、催化等领域。 该工作报道了不同实验条件如Zn2+/2-甲基咪唑的物质的量比、表面活性剂用量和不同的反应溶剂对ZIF-8形貌和尺寸的影响,其中Zn2+/2-甲基咪唑配比是影响形貌及尺寸的关键因素。通过扫描电子显微镜(SEM)、BET、和X射线衍射(XRD)对合成制备的ZIF-8纳米粒子进行表征,发现调变投料比可将样品粒径从1500 nm逐渐减小至850~250 nm,形貌由截角立方体转变为截角十二面体,最终变为十二面体。其中粒径为250 nm的ZIF-8纳米粒子比表面积为1730 m2/g,孔径和孔容分别为1.5 nm和0.6 cm3/g,由此可知该粒径ZIF-8具备非常优异的载体特性,故进一步采用浸渍法,以硼氨为还原剂,在该尺寸ZIF-8纳米粒子上原位负载贵金属/金属纳米粒子,并对其进行组分优化。所设计合成的催化剂ZIF-8/Pt0.002@Ni0.2在催化氨硼烷制氢实验中表现出卓越的性能,60 s即可催化氨硼烷完全放氢。

电解海水析氢反应过渡金属基催化剂的研究进展
王岩, 张树聪, 汪兴坤, 刘志承, 王焕磊, 黄明华
应用化学    2022, 39 (6): 927-940.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210386
摘要649)   HTML21)    PDF (6791KB)(569)   

海水作为地球上最丰富的自然资源之一,在实现大规模的电解水制氢方面具有得天独厚的优势。然而,海水中的Cl-、Ca2+和Mg2+等使催化剂在阴极发生腐蚀、毒化或降解,导致其稳定性、活性以及使用寿命显著降低。近年来,为了解决上述问题,人们致力于设计开发廉价的高效稳定析氢反应(HER)催化剂,进而提高电解海水制氢效率。本文首先介绍了电解海水的优势及其HER所面临的挑战,其次从活性和稳定性等方面重点论述了硒化物、硫化物、氮化物以及磷化物等过渡金属基催化剂在电解海水HER中的研究进展,最后总结和展望了电解海水HER催化剂未来的发展前景。

多级孔Beta沸石合成研究进展
李世帅, 刘佳奇, 王佳一, 杨江峰
应用化学    2022, 39 (6): 912-926.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210246
摘要648)   HTML18)    PDF (6506KB)(708)   

沸石分子筛是许多工业过程中不可缺少的催化剂。其中,Beta沸石因其具有三维大微孔结构而成为生产广泛并且具有重要工业意义的沸石材料之一。与传统微孔Beta沸石相比,多级孔Beta沸石具有更小的空间位阻,更高的传质效率等诸多优点,从而能减少其在作为催化剂时积碳的形成,从而延长催化剂的使用寿命,提高催化剂利用效率。本文以Beta沸石为代表,从“自下而上”(直接合成)和“自上而下”(后期修饰)两种策略详细地介绍了多级孔沸石合成的研究进展,对硬模板剂法、软模板剂法、无介孔模板剂法、脱铝法和脱硅法进行了全面的介绍,并简要介绍了多级孔Beta沸石的特点,最后总结了各种合成方法的优点及存在的问题并对其未来发展前景进行了展望。

Pt/C催化剂长时间ORR过程性能衰减的机理
李赫, 李宫, 宫雪, 阮明波, 韩策, 宋平, 徐维林
应用化学    2022, 39 (10): 1564-1571.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210574
摘要634)   HTML23)    PDF (2690KB)(677)   

燃料电池的成本、性能和耐久性是决定其商业化的核心问题。燃料电池性能下降的主要原因是在其运行过程中催化剂的老化或瞬态时的电化学活性面积的损失,这些损失主要来自催化剂中金属的溶解和碳载体的腐蚀,这种连续不可逆的过程会大大缩短燃料电池的使用寿命。为探究此问题,基于硫酸刻蚀的碳载体制备了20%(质量分数)的Pt/C催化剂,形貌表征测试可知其分散均匀、粒径尺寸均一,被认为是进行长时间氧还原反应(ORR)稳定性测试的优异材料。接下来通过不同循环伏安(CV)圈数的ORR稳定性测试方法来观察其性能衰减情况,并利用一系列的物理表征:透射电子显微镜(TEM)、高分辨电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱仪(Raman)进一步直观解析其衰减机理。报道了Pt/C催化剂稳定性衰减的原因主要来自于Pt粒子的溶解、团聚、氧化和迁移以及碳载体的腐蚀的现象。本研究解析了燃料电池在运行过程中稳定性受影响的来源,为设计高稳定性的商业ORR催化剂提供了参考。

熔盐电化学还原二氧化碳制备碳材料研究进展
乔志强, 纪德强, 王鹏, 赫英明, 李志达, 纪德彬, 吴红军
应用化学    2022, 39 (7): 1026-1038.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210313
摘要627)   HTML14)    PDF (6994KB)(677)   

二氧化碳浓度持续升高导致的温室效应已在全球范围内引发极端天气、冰川融化等一系列生态环境问题。为降低二氧化碳含量,改善气候变暖带来的恶劣影响,研发高效、绿色、安全的二氧化碳处理技术,促进碳资源循环可持续发展刻不容缓。熔盐离子液体作为一种良好的电化学转化介质,为二氧化碳还原提供了一条极具应用前景的技术路线。综述了国内外近几年高温熔盐中二氧化碳的捕获与电化学还原的研究,简述了熔盐电沉积碳的电化学机理和热力学机制,对不同形貌高附加值碳材料:无定形碳、碳球和碳纳米管的制备进行了总结,最后对未来发展方向做出展望。

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552)   HTML30)    PDF (2334KB)(548)   

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。

碳量子点纳米材料在铅卤钙钛矿太阳能电池中的应用研究进展
董国华, 郝丽娟, 张文治, 柴东凤, 赵明, 郎坤
应用化学    2022, 39 (5): 707-722.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210133
摘要545)   HTML28)    PDF (4792KB)(896)   

碳量子点(CQDs)是一类粒径较小,光学性能显著,且电荷传输性能优异的类半导体纳米材料,在钙钛矿太阳能电池的性能调控和改善中得到广泛的应用。从CQDs纳米材料的合成、性能及应用出发,综述了CQDs纳米材料在钙钛矿太阳能光电器件中电子传输层、钙钛矿光吸收层和空穴传输层等方面的应用进展,并展望了该类材料调控钙钛矿太阳能器件性能的发展趋势。

小分子凝胶的分子动力学模拟和汉森溶解度参数研究进展
张万年, 于芳, 赵杉林, 张志强, 何宇鹏
应用化学    2022, 39 (12): 1803-1817.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220053
摘要540)   HTML23)    PDF (8690KB)(718)   

近年来,使用分子动力学(Molecular Dynamics, MD)模拟和汉森溶解度参数等计算方法,研究小分子凝胶行为备受关注。分子动力学模拟是一种基于经典力学的计算方法,用于理解小分子凝胶过程的首选技术之一,通过分子动力学模拟可以更精准地分析小分子凝胶的凝胶化趋势或组装行为,动态图形化地展现凝胶组装过程,有效揭示小分子凝胶因子结构与凝胶行为之间的关系,定量分析凝胶组装中的氢键、π-π堆积、范德华作用、离子键作用和疏溶剂作用等非共价键作用。通过对已知的凝胶/非凝胶分子进行分子动力学模拟,提取模拟数据中与凝胶行为相关的参数,并通过拟合Pearson相关系数衡量线性相关关系,最终实现预测某一类小分子是否可以凝胶化的目的。另一方面,根据汉森溶解度参数(Hansen Solubility Parameters, HSPs)发展形成的经验模型最具有代表性,该模型由分子之间的色散作用能量(δd)、极性作用能量(δp)和氢键能量(δh)确定三维空间(即汉森空间)的坐标点,根据该坐标点所在的范围可以确定有机小分子在特定的溶剂是否能形成凝胶。本文就近几年有机小分子凝胶领域分子动力学模拟和汉森溶解度参数中的一些工作进行综述,对凝胶的组装行为、非共价键作用对凝胶能力的调控和预测等方面作出评论。

泊沙康唑的合成、检测及其临床应用研究进展
田秦秦, 张佳, 陈峙, 何炜, 张生勇
应用化学    2022, 39 (8): 1177-1189.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210537
摘要520)   HTML22)    PDF (1273KB)(760)   

泊沙康唑作为第2代三唑类抗真菌药物,抗真菌谱广,抗菌活性强,在临床应用非常广泛,然而该药问世8年之久才在我国批准上市。为了能够更好地了解泊沙康唑这一临床需求量非常大的一线用药,本文总结了国内外文献中泊沙康唑的药动学特征、药理特性与临床应用以及合成工艺路线。希望能填补国内该药原料药市场空白、打破原料药完全依赖进口的现状,为其产业化研发提供有益的借鉴。

荧光法检测重金属铅离子的研究进展
薛晨怡, 刘林佳, 王婷, 宫磊, 金龙, 韩建刚, 李胎花
应用化学    2022, 39 (7): 1039-1051.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210341
摘要495)   HTML21)    PDF (1403KB)(833)   

铅作为一种重金属,广泛应用于工业生产,对环境和人体健康具有显著影响。因此,开发铅离子检测技术是一项具有重要意义的研究内容。荧光法与传统重金属离子检测方法相比,具有灵敏度高、选择性好等优点,故荧光法常用于水体等实际样品中重金属离子的定性或定量分析。本文围绕近几年报道的基于荧光法检测铅离子的研究现状进行介绍,包括荧光染料、荧光纳米材料、荧光生物材料包括荧光蛋白等3种检测材料,并在此基础上提出荧光法检测铅离子领域面临的主要挑战,对未来的研究趋势进行了展望。

原子级精确的币金属纳米团簇在光催化应用方面的研究进展
逯慧, 李江, 王丽华, 诸颖, 陈静
应用化学    2022, 39 (11): 1652-1664.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220119
摘要494)   HTML26)    PDF (5366KB)(807)   

光催化技术可以直接将太阳能转化为化学能,制造化学燃料或环境友好的产品。然而,常用的光催化剂大多为具有宽能隙的半导体材料,所需光源大多在紫外区,对太阳光的利用率不高;并且电子-空穴复合率高,导致光催化反应效率低。币金属纳米团簇具有超小尺寸(<2 nm)和分立能级,能够实现电子和空穴的分离,电子结构可调,可以通过调节其电子结构进而提高其光催化性能。同时,精确的原子级组成和结构使其成为一种在原子水平上探索光催化机制的理想模型。本文报道了基于币金属纳米团簇的光催化反应的现状,包括水分解产氢、有机污染物降解和光催化氧化胺等。通过探讨调节币金属纳米团簇的光催化性能的策略,对币金属纳米团簇光催化剂的发展前景予以展望。

植物纤维的热裂解过程
郑泉兴, 李巧灵, 张柯, 周培琛, 刘江生, 刘秀彩, 黄朝章, 李斌, 许寒春, 蓝洪桥, 刘加增, 马鹏飞, 谢卫, 伊晓东
应用化学    2022, 39 (7): 1073-1082.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210227
摘要484)   HTML12)    PDF (4861KB)(522)   

天然植物纤维的相对分子质量大且结构、成分复杂,因此导致其热裂解的产物种类和成分分布也较为复杂。通过快速热解-全二维气相色谱-飞行时间质谱(Py-GC×GC-TOF/MS),热重-红外(TG-FT-IR)联用和原位红外(in situ FT-IR)等技术手段研究了6种不同天然纤维的热裂解过程,分别对不同纤维种类的热裂解温度、产物分布和主要产物类型进行了充分的研究和讨论。 研究结果表明,纤维热解产物主要包括醇、醛、酮、酸、酯、碳氢化合物、脱水糖和CO2等,不同天然植物纤维的热裂解产物种类差异性明显,得到的主要产物类型均有所不同。 同时,原位红外光谱和时间质谱结果表明,热解产物与热解温度密切相关。 原位红外实验结果表明,当热解温度低于100 ℃时,纤维结构表面的吸附水发生脱附,但是纤维结构不发生明显变化,当热解温度区间在100~200 ℃时,温度对裂解过程影响不大,而当温度超过300 ℃以后,纤维热解反应加剧且表面结构发生明显变化,产物主要有醛和酮。

抗污界面构建及其电化学生物传感应用进展
黎振华, 诸颖, 陈静, 宋世平
应用化学    2022, 39 (5): 736-748.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210144
摘要481)   HTML15)    PDF (3318KB)(693)   

电化学生物传感器具有灵敏度高、便携性好、响应快速和易于集成等优点,在临床检测方面有很大应用潜力,并在可穿戴健康监测领域得到了快速发展。但在实际临床生物样本检测中,非靶标生物物质会在电极表面产生非特异性吸附(即生物污染),影响了电化学生物传感器的性能。因此,构建具有防污染能力的传感界面(抗污界面),防止非靶标物质吸附到电极表面,对于扩大电化学生物传感器的实际应用范围,实现在复杂生物样本中的检测至关重要。本文概述了物理、化学和生物抗污电极界面的构建及其在临床相关生物标志物检测中的应用,为电化学生物传感器实际应用性能的提升提供技术参考,并通过对界面抗污原理和存在问题的探讨,对抗污界面发展前景和未来趋势予以展望。

金属-有机框架MIL-88A(Fe)及其复合材料在水处理中的研究进展
王华宇, 张超, 陈柯铭, 葛明
应用化学    2023, 40 (2): 155-168.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220259
摘要448)   HTML40)    PDF (2951KB)(865)   

具有多重功能的金属-有机框架MIL-88A(Fe)作为一种新兴的材料在水处理领域具有一定的应用潜力。利用MIL-88A(Fe)独特的理化特性(如多孔结构、不饱和金属位点、优良的可见光吸收能力),将其和其它功能材料(如碳材料、无机半导体材料)异质复合,可以提升MIL-88A(Fe)的吸附及催化性能。详细综述了MIL-88A(Fe)及其复合材料作为吸附剂和催化剂在水处理中的应用,总结它们吸附去除污染物(尤其是重金属离子)的机制、介绍了它们作为光催化技术、类芬顿技术、过二硫酸盐高级氧化技术和催化臭氧技术的催化剂来降解水体中有机污染物的反应机理。指出基于MIL-88A(Fe)的功能材料处理水体污染存在适用pH范围窄和难回收利用等问题。未来研究需优化MIL-88A(Fe)的制备条件来提高产率和保证MIL-88A(Fe)的规整形貌、小尺寸和高结晶度,通过表面包裹技术改善MIL-88A(Fe)的稳定性以及赋予MIL-88A(Fe)磁性来提升回收利用性能。另外,需要根据目标有机污染物的结构和水质条件,合理调控基于MIL-88A(Fe)的高级氧化过程中自由基途径和非自由基途径对目标物的降解贡献,以期达到最佳去污效果。

钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料研究进展
师文君, 孙中辉, 宋忠乾, 许佳楠, 韩冬雪, 牛利
应用化学    2023, 40 (4): 583-596.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220320
摘要447)   HTML20)    PDF (5754KB)(629)   

钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料具有价格低廉、比容量相对高的特点,是未来大型储能电站等能源转型设施的重要候选者,与锂离子电池在市场中的应用场景互为补充,为能源转型提供了有力支持,钠离子电池以Na+特有的理化性质而具有极大的开发潜力。然而,层状过渡金属氧化物正极材料在充放电过程伴随着钠离子的嵌入、脱出会产生一系列不利于其电化学性能的变化,如过渡金属溶解、结构相转变、相对较低的能量密度和较差的空气稳定性与循环稳定性,因此对正极材料的结构与性能进行优化变得尤为重要。近10年来许多研究学者针对层状正极材料的失效机制进行了结构上的优化,得到了性能相对良好的正极材料,报道了当前层状过渡金属氧化物正极材料的电化学性能失效机制、改性手段的现状,对钠离子层状氧化物正极材料面临的挑战进行了总结,并对未来发展需要解决的关键问题做出了展望。

短肽超分子自组装驱动力及调控策略的研究发展
张伟强, 王晨, 赵玉荣, 王栋, 王继乾, 徐海
应用化学    2022, 39 (8): 1190-1201.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210507
摘要447)   HTML25)    PDF (3621KB)(301)   

短肽分子在弱相互作用力驱动下可以自发形成形貌多样的自组装体。这些弱相互作用力包括静电作用、氢键作用和π-π堆积作用等,它们相互耦合,协同驱动短肽自组装过程。通过对短肽分子有目的性的序列设计和修饰,可以针对性调节自组装驱动力,从而实现对自组装体结构和形貌的有效调控,进而实现肽基超分子材料的可控制造与功能化。本文系统综述了氢键作用、π-π堆积作用、静电作用、疏水效应、金属离子配位和手性中心等因素对短肽自组装行为的影响规律,以及通过氨基酸序列设计与分子修饰、改变溶液pH值和短肽分子浓度、金属离子配位等因素对组装驱动力的调控机制。最后,对肽基超分子材料在生物医学、生物催化等领域的特定功能开发进行了展望。

水性聚硅氧烷和聚乙烯醇复合物制备及其作为皮肤屏障材料的性能
陈炳刚, 刘三荣, 蒋子江, 于喜飞
应用化学    2022, 39 (8): 1224-1236.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210500
摘要441)   HTML15)    PDF (4400KB)(669)   

皮肤作为人体最外层的器官,容易遭受损伤,构建能够为皮肤提供保护作用的屏障材料具有非常重要的意义。基于皮肤屏障材料性能要求,将亲水改性的聚硅氧烷(PSI)和聚乙烯醇(PVA)相结合,通过原位Ca2+离子交联构建了一种复合多功能的皮肤屏障材料PSI-PVA。研究表明,该材料具有较好的干态和湿态力学性能,以及较好的皮肤相容性、可清洗性、亲水性、透气性、可修饰性和生物相容性。当PVA质量分数为20%时,溶胀率可达149%;随着PVA用量的增加,材料的清洗容易程度提高;紫外吸收剂羟基苯甲酮修饰后,材料的紫外光(200~400 nm)透过率在20%以下,在材料的保护下,小鼠胚胎成纤维细胞(NIH 3T3)在UVB(311 nm)照射后具有较高的存活率(71%)。因此,PSI-PVA可以满足皮肤屏障材料多项性能需求,在皮肤保护和受损修复等领域具有较好的应用前景。

大米淀粉膜的制备及其性能
王静雯, 吕雅文, 尚亚卓, 刘洪来
应用化学    2022, 39 (11): 1693-1702.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220004
摘要431)   HTML28)    PDF (1487KB)(859)   

大米淀粉颗粒粒径较小且均匀,在水中有较好的分散性,具有良好的成膜性并且可以在自然中降解,在食品包装、医用敷料及化妆品行业中有着广泛的应用。以大米淀粉为原料,NaOH为糊化剂,甘油为增塑剂,柠檬酸为交联剂和pH调节剂,采用流延法制备了淀粉膜。通过对淀粉颗粒的形貌观察及糊化温度、淀粉溶液的表观粘度及pH值测定、淀粉膜的力学性能、透光率及承载甘草酸二钾释放性能等的测定,研究了大米淀粉的糊化条件,柠檬酸、淀粉和甘油质量分数对淀粉膜性质的影响以及承载物质的释放情况。结果表明,大米淀粉呈光滑的多边形颗粒,直径为5~8 μm,在偏光显微镜下呈现马耳他十字结构,糊化温度范围为82.5~100.8 ℃。柠檬酸在淀粉成膜过程中会与淀粉分子相互作用,同时能够调节溶液的pH值以适应人体皮肤。淀粉质量分数越高,淀粉膜断裂伸长率越低,拉伸强度越高;甘油质量分数越高,淀粉膜断裂伸长率越高,拉伸强度越低。在甘油质量分数为3.0%时淀粉膜透光率最佳,结晶度最低。制备的淀粉膜能够承载且能高效释放抗炎物质甘草酸二钾,在护肤领域具有广泛的应用前景。

无机-无机复合电致变色材料的研究进展
谷欣, 王文庆, 侯钧贺, 高露, 黄明华, 苏革
应用化学    2022, 39 (9): 1345-1359.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220049
摘要428)   HTML20)    PDF (6075KB)(702)   

在外加电压的作用下,电致变色材料的光学性能(颜色、透光率等)能够可控制、可逆地变化,在节能减排领域有重要应用前景。随着相关研究的不断创新、深入和拓展,单一组分的电致变色材料因受到其自身结构和性能的限制,不能表现出人们所期望的电致变色性能,并且在结构和性能上不具有可设计和调控性,因而越来越无法满足实际应用的需求。与非复合电致变色材料相比较,复合型材料在这方面具有明显的优势,其优势体现在通过合理的材料设计,借助复合材料各组分的协调作用,充分激发各组分的优点,克服各自的缺点,可以获得结构和性能优异的电致变色材料。因此,近年来越来越多的研究聚焦于复合型电致变色材料。目前已开展研究的复合型电致变色材料的种类很多,根据复合组分是无机材料还是有机材料来对复合型电致变色材料分类的话主要可分为无机-无机复合、无机-有机复合和有机-有机复合3大类。相比有机电致变色材料,无机电致变色材料在材料成分控制、机械性能、光调制、使用稳定性、寿命等方面优势显著,因此,单一组分的和复合型的无机电致变色材料始终是本领域研究的重要方向。因此,本文致力于近年来无机-无机复合电致变色材料、器件和电解质的研究现状和未来的发展动态,对其研究进展、所存在的问题和发展趋势进行了归纳总结,为复合型电致变色材料的进一步研发和应用提供依据。

评价表面活性剂溶液泡沫性能的方法—真球气泡法
焦陈斯帆, 郑少波, 许鹏军, 王炜, Takebe Hiromichi, Mukai Kusuhiro, 余仲达
应用化学    2022, 39 (7): 1108-1118.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210289
摘要419)   HTML12)    PDF (1596KB)(304)   

通过真球气泡法测定了不同价数和浓度的无机盐体系下十二烷基硫酸钠(SDS)表面活性剂溶液的表面张力和表面扩展黏度;通过Ross-Miles法测定了相应同一溶液的发泡力和泡沫稳定性;结果表明:SDS溶液的表面张力值随着各种无机盐浓度的增加而减小至不变,此时的无机盐浓度作为相对浓度100%来考察时,发现临界胶束浓度(CMC)值与添加盐的种类无关,只随无机盐的相对浓度的增加而减少;即CMC值随着无机盐的相对浓度的增加从不含无机盐时的8.3 mmol/L均收敛至最小值3.0 mmol/L;表面张力值和对应的发泡力值呈负线性关系,由此推断表面张力值可以评价发泡力;表面扩展黏度值和对应的泡沫稳定性值呈正线性关系,由此推断表面扩展黏度可以评价泡沫稳定性;无机盐种类对SDS表面活性剂发泡力和泡沫稳定性的影响力随阳离子价数(Na+、Cu2+、Fe3+)增加而增加。

用于油/水分离的环保无氟超疏水织物的制备与性能
丁小健, 曹从军, 侯成敏, 马含笑, 胡娇, 任梦洁, 杨国勇
应用化学    2022, 39 (9): 1391-1400.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210374
摘要414)   HTML2)    PDF (2992KB)(441)   

针对目前用于油/水分离的超疏水材料普遍存在的原料不环保、不可降解、涂层耐久性差等缺点,采用简便的浸渍法,制备了一种环保、工艺简单且性能优良的超疏水材料。首先,使用水性聚氨酯(WPU)将聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯P(MMA-r-GMA)微球固定在棉织物表面,构造微纳米级粗糙结构。其次,通过水解-缩合反应,将无毒的十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)与甲基三乙氧基硅烷(MTES)锚定在棉织物表面,制备得到超疏水棉织物。结果表明,改性棉织物接触角最高可达157.3(°),滚动角为5(°)。同时具有很好的耐溶剂性,在酸碱溶液中浸泡30 min后,接触角几乎无变化。油水分离效率最高可达97.8%,即使在经过10次循环分离之后,油水分离效率仍然在95%以上。该超疏水织物具有出色的油水分离效率和优良的稳定性,可用于可持续且环保的油水分离领域。

多孔纳米立方FeSe 2/石墨烯复合材料的可控构建及在钠离子电池中的应用
王福洋, 宋伟明, 孙立, 冯建, 叶军, 杨芷奇
应用化学    2022, 39 (5): 779-786.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210141
摘要410)   HTML13)    PDF (2004KB)(577)   

设计具有较高比容量和循环稳定性的负极材料对于钠离子电池的发展至关重要。过渡金属硒化物因其具有较高的理论容量而成为潜在的负极材料。但是,硒化物电导率低下且在钠离子嵌入/脱出的过程中会发生较大程度的体积膨胀,导致比容量快速下降。因此,结构调控显得尤为重要。通过常规水热法在二维还原氧化石墨烯(rGO)上原位生长多孔纳米立方体FeSe2,制备了具有更多活性位点和结构更加稳定的FeSe2/rGO复合材料。当用作钠离子电池的负极时,复合材料FeSe2/rGO在0.2 A/g时比容量为694.6 mA?h/g,在2.0 A/g电流密度下,循环300圈后比容量为300 mA?h/g。

基于框架核酸的细胞表面受体配体相互作用研究进展
郭琳洁, 彭红珍, 李江, 王丽华, 诸颖
应用化学    2022, 39 (10): 1475-1487.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220032
摘要405)   HTML36)    PDF (4929KB)(487)   

细胞表面受体与配体之间的特异性相互作用在细胞生物学过程中起着重要作用。然而,与均相溶液不同,受体分子在细胞膜上的分布是非连续的、动态的,因此细胞表面的受体配体相互作用通常呈现复杂的非线性结合模式。框架核酸作为一类具有确定几何形状的DNA纳米支架,可用于多价配体的偶联,为深入揭示受体配体相互作用机制提供了可靠的工具。利用框架核酸纳米分辨率的可寻址特性,可实现对配体数目、间距及空间构象等参数的精确调控,进而研究细胞表面受体配体的结合特性及影响因素,优化结合条件最终实现高效的分子识别及靶向治疗。本文综述了基于框架核酸的细胞表面受体配体相互作用研究进展,通过探讨细胞表面受体配体相互作用的重要影响因素及生物学应用,对该研究领域的发展前景和未来趋势予以展望。

样品质量控制对X射线衍射测量结果的影响
肖娟, 石志锋, 刘佳, 李冰, 徐昕荣
应用化学    2023, 40 (5): 720-729.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220349
摘要404)   HTML4)    PDF (2744KB)(281)   

以生物材料羟基磷灰石(HA)为样品模型,系统研究了HA样品在不同质量状态下对X射线衍射测试结果的作用。通过考察样品状态确认(块体、层状和粉末等)、实验方法选择(粉末多晶衍射和薄膜掠入射衍射等)以及环境条件控制(温度、湿度及X射线下辐照时间等)等因素,评价样品的质量控制对X射线衍射(XRD)检测数据准确性与真实性的影响。结果表明,与HA块状样品相比,经过研磨过筛处理后的粉末试样XRD特征峰强度显著增强,差异可增加至1倍以上。针对HA多层状生长样品,结合掠入射和常规粉末衍射可精准实现各层物相解析。HA粉末样品的粒径、样品量及对应的装填方式会影响XRD检测结果,粒径37 μm的HA粉末样品的特征峰强是粒径137 μm样品1倍左右;而少量样品的中部空置制样,可导致特征峰峰位由31.8(°)偏移至31.4(°),峰强从11213.68降到601.65。另外,对于稳定性不佳或对环境温湿度敏感的试样,采取合适的保存和检测方式,可有效预防和避免错误的检测与结果分析。因此,全面的质量控制对高质量的XRD检测数据获取和确保实验数据质量至关重要。

二硫化钼量子点/还原氧化石墨烯复合材料的制备及其光催化降解有机染料、四环素和Cr(VI)
徐一鑫, 王爽, 全静, 高婉婷, 宋天群, 杨梅
应用化学    2022, 39 (5): 769-778.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210115
摘要402)   HTML24)    PDF (4173KB)(1150)   

以钼酸钠、L-半胱氨酸和氧化石墨烯为原料,采用一锅溶剂热还原法制备了二硫化钼量子点/还原氧化石墨烯(MoS2 QDs/rGO)复合材料,分别以罗丹明B、亚甲基蓝、四环素和Cr(VI)为目标污染物,研究了复合材料的可见光响应光催化降解性能。结果显示,MoS2 QDs/rGO对两种染料和Cr(VI)的光催化降解率均可达97%以上,对四环素的光催化降解率为69%;循环使用10次,对目标染料的降解率均保持在90%以上。说明MoS2 QDs/rGO具有良好的催化活性和稳定性。在降解体系中分别加入异丙醇、对苯醌和乙二胺四乙酸二钠捕获剂,结果显示,超氧自由基(?O2-)是MoS2 QDs/rGO光催化反应的主要活性物种。

高选择性快速识别汞(Ⅱ)离子的磺酰腙型探针的合成及在吸附中的应用
薛松松, 解正峰, 何佳伟, 张天怡, 夏保平, 李雨芹
应用化学    2022, 39 (5): 760-768.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210107
摘要401)   HTML8)    PDF (3616KB)(342)   

以苯磺酰肼和1-芘甲醛为原料,设计合成了一种结构简单的可快速识别汞(Ⅱ)离子(Hg2+)的磺酰腙型荧光探针(Z)-N'-(芘-1-基亚甲基)苯磺酰腙(BSB),并通过氢核磁共振波谱仪(1H NMR)对其结构进行了表征。BSB对Hg2+展示出高选择性、专一性和快速响应性,检测限为2.07×10-7 mol/L,响应时间仅需15 s。通过job's曲线,1H NMR滴定实验和高分辨率质谱(HRMS)对响应机理进行了探究,并且BSB可以检测不同水样中的Hg2+。有趣的是,将BSB和聚丙烯酰胺(PAM)相掺杂制备出了对Hg2+具有高去除性能的新型高分子材料(PAM?BSB),去除率达到99.63%,并通过扫描电子显微镜(SEM)对PAM?BSB吸附前后的微观形貌进行了观察。

氮硫掺杂碳点的制备及检测铜离子
齐海燕, 张琛琪, 李金龙, 李军
应用化学    2022, 39 (6): 980-989.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.210263
摘要400)   HTML11)    PDF (2381KB)(952)   

以柠檬酸为碳源,通过水热合成制备N、S掺杂的蓝色荧光碳点(NS-CDs),用于实际样品中铜离子检测。采用高分辨率透射电子显微镜、X射线衍射光谱、红外吸收光谱、X射线光电子能谱、荧光光谱对其结构、组成和光学性质进行表征。结果表明,NS-CDs分散性好,尺寸分布在0.6~2.2 nm之间,具有无定形碳的结构;碳点表面含有羟基、羧基、酰胺等官能团,C、N、O和S元素质量分数别为54.01%、24.49%、19.39%及2.11%;该碳点具有良好的耐盐性、pH稳定性、光稳定性,其荧光量子产率为25%。基于Cu2+离子与碳点表面多个官能团发生相互作用形成聚集的网络结构,导致荧光猝灭的现象,建立了检测Cu2+的荧光分析新方法,本方法对Cu2+离子具有良好的选择性和较高的灵敏度,在0.2~10、10~50和50~100 μmol/L范围均有良好的线性响应,检出限为41 nmol/L(S/N=3)满足《土壤环境质量标准》对土壤中Cu2+检测国家标准的要求(6.25 mmol/L)。测定了实际土壤中Cu2+的含量,检测结果为2.55 μmol/L,加标回收率在104.9%~105.6%之间,实现了Cu2+的快速、灵敏、高选择性检测。

蓝靛果的化学成分及其提取分离研究进展
张龄予, 侯苏芯, 张文尉, 姜姗, 刘俊潼, 越皓, 张楠
应用化学    2022, 39 (11): 1629-1640.   DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220030
摘要398)   HTML33)    PDF (678KB)(1118)   

蓝靛果(Lonicera cearulea L.)是一种天然野生的可食用浆果,具有清除自由基、抑制炎症通路相关蛋白的磷酸化、抑制癌细胞增殖等生理活性,其抗氧化、调节血脂、抗肿瘤和防辐射等保健功效可应用于调节肠道菌群结构、抗癌、抗肥胖和保护视力等多个功能食品领域,且蓝靛果抗寒能力强,易于种植,具有极高的市场开发价值。研究总结整理了蓝靛果中活性化学成分(原花青素类、花青素类、花色苷类、黄酮类、有机酸类、多糖类及其它类化合物)的化学信息,归纳整理了不同类型化学成分的提取分离技术(溶剂提取法、酶解法、微波辅助提取法等),以期为蓝靛果深入研发及深加工产品的开发提供依据。