功能高分子材料的研究进展

摘要:功能高分子材料是一类具有催化性、导电性、光敏性、生物活性等特殊功能的高分子材料,对物质、能量、信息具有传输、转换或贮存的作用。功能高分子材料具有质量轻、种类多样、专用性强等特点,广泛应用于机械、信息技术、生物医学等多个领域。功能高分子材料的发展非常迅速,为满足各领域对新技术发展的需要,功能高分子材料逐渐往多功能化方向发展,比如电磁材料、光热材料等相继出现。而随着智能高分子的出现,功能高分子材料也逐渐向着智能化发展,比如自修复功能高分子材料、形状记忆材料等。本文综述了近年来功能高分子材料的研究进展,重点介绍了反应型功能高分子材料、光功能高分子材料、电功能高分子材料、生物医用功能高分子材料、环境降解高分子材料、形状记忆高分子材料及智能高分子水凝胶这几类功能高分子材料,并对其应用做了简要阐述。目前功能高分子材料更多的是仅有光电等传统功能或形状记忆等特殊功能,相信兼有传统功能和特殊功能的功能高分子材料将是未来材料的发展方向。

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

摘要: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。

自由基多烯环化反应在天然产物全合成中的应用

摘要:多环化合物普遍存在于天然产物、合成药物、农药化学品和精细化学品中, 具有广泛的生物活性, 因此如何高效合成多环化合物是有机合成的一个重要研究方向. 近年来, 多烯烃的自由基串联环化反应越来越成为构建多环骨架的一种可靠、简便途径, 然而目前有关自由基串联环化方面的研究论文特别是近年来发展的环氧均裂开环引发自由基多烯环化反应并未被总结归纳. 因此主要综述了自由基多烯环化反应的引发方法及其在多环天然产物合成中的应用,将着重介绍环氧多烯在Ti(III)作用下的自由基多烯串联环化反应。

有机余辉材料的类别及其在生物分析成像中的研究进展

摘要: 有机余辉材料是一类具有余辉特性的光学材料,可在光照结束后进行长时间发光,从而延长成像时间,并提高成像灵敏度。有机余辉材料凭借其灵活的可设计性与良好的生物相容性已被广泛应用于生物分析成像中。此外,余辉成像由于不需要实时激发光源,因而可有效消除生物组织自身荧光信号的干扰。因此,余辉成像在活体成像信背比和分析灵敏度方面具有明显的优势。基于此,作者综述了近年来有机余辉材料的最新进展,对已报道的有机余辉材料在生物分析和余辉成像中的医学应用进行了总结,讨论了有机余辉材料在分子构建及临床成像中的应用前景及存在的挑战。

手性膦催化的氮杂环合成研究进展

摘要:手性氮杂环是一类重要的有机分子, 这类骨架广泛存在于药物、农药以及许多具有生物活性的天然产物分子中, 手性含氮杂环的合成是有机合成化学中的重要研究领域, 有机催化反应是合成氮杂环的重要方法, 在这些方法中, 手 性有机膦催化的氮杂环的合成被证明是一个实用且强大的方法. 对近年来手性膦催化的氮杂环的合成反应进行了综 述, 并对该领域的发展方向进行了展望。

非贵金属基催化剂用于催化降解有机污染物的研究进展

摘要:碳达峰、碳中和是一场极其广泛的绿色革命,可以推动经济社会高质量发展,对实现全球绿色转型具有重大意义。当前,随着环境问题的日益加剧,工业废水产生了大量有毒的有机化合物,将这些物质释放到水生环境中会对人类健康造成极大的威胁,因此,对有机污染物的合理处理变得尤为重要,制备具有高催化效率、高循环稳定性、低成本和绿色环保的非贵金属催化剂可以促进绿色可持续发展。阐述了非贵金属基催化剂的研究进展,包括最常用的单/双金属、单/双金属氧化物、层状双金属氢氧化物以及金属基复合催化剂,可以将有机污染物通过绿色环保的方法降解为无毒、无害的物质,符合可持续发展理念。对提高催化降解效果的关键影响因素进行了分析和总结,并对未来研发更加多样化的降解污染物的催化剂指出了方向。

新型功能性低维金属有机磁体的第一性原理设计

摘要:低维磁性材料能够同时利用电子的自旋和电荷自由度进行信息的存储、处理和传递, 在下一代高速信息技术中展现出重要应用前景. 然而, 低维磁性材料发展面临着实验合成和表征困难、居里温度低、功能单一等问题. 针对这一现状, 通过第一性原理计算方法对低维磁性材料进行性能定制是解决上述问题的重要途径之一. 在此背景下, 金属有机配位体系凭借其独特的结构可设计性受到广泛的关注, 其丰富的过渡金属中心和多样化的有机配体库为低维磁性材料设计提供了广阔空间. 其中, 可精确调控的配位化学环境能有效地调制金属/配体的电荷态和自旋态, 从而诱导产生自旋极化. 而且, 金属和配体之间为配位键, 轨道耦合形式多样且可调, 为实现高居里温度、多样的磁相互作用提供了理想平台. 此外, 有机配体方便进行化学修饰和构象调控, 有利于实现磁性相变体系和多功能集成的自旋电子器件.为此, 系统总结了低维磁性金属有机材料第一性原理设计的最新研究进展, 重点阐述了金属有机体系实现特定功能性磁体的几个关键设计策略, 包括: 室温稳定亚铁磁体的构筑方法、磁性相变的化学调控策略、多铁磁体设计方法、具有显著Rashba效应的金属有机材料设计方案、双极磁性分子的设计原理、新型交变磁体的创制途径, 以及电场调控磁性的微观机制等. 最后, 探讨了结合机器学习方法实现具有高磁晶各向异性能的低维金属有机磁体的研究进展. 通过系统总结金属有机体系在低维磁性材料设计中的独特优势与现存挑战, 该展望期待能为后续相关研究提供前瞻性的理论指导与技术路线.

聚氧化乙烯降解行为的研究进展

摘要:聚氧化乙烯(PEO) 是一种水溶性高分子,具有增稠、缓释、润滑、分散、保水等性能,被广泛应用于食品、医药、化工、能源电池等领域。然而,由于PEO 分子链上醚氧键的键能较低,在加工和使用过程中易受外部因素的影响,导致键断裂,进而引发PEO 分子量的下降,严重限制了PEO 的加工条件以及最终产品的性能与使用寿命。本文基于目前对于PEO 材料的性能要求,综述了近年国内外对于PEO 降解的研究进展,重点介绍了目前PEO 在热、辐照、机械应力和超声条件下的降解行为与机理。此外,还介绍了预防PEO 降解的措施,结合案例讨论了各种措施的预防降解机制并对相关领域未来的发展方向进行了展望,为PEO 的生产和加工提供了有益的参考。

共价有机框架材料在电催化CO2还原中的应用

摘要:二氧化碳的大量排放加剧全球变暖。因此,开发二氧化碳转化技术迫在眉睫。各种转化技术中,电催化还原二氧化碳可以高效且持续转换二氧化碳。然而,电催化还原二氧化碳通常需要克服更高的活化能垒。传统电催化剂如金属、金属二硫化物、过渡金属氧化物和无金属2D材料(g-C3N4)在均相体系中易失活、电子转移效率低、二氧化碳吸附和活化能力较弱、反应动力学较慢、产物选择性较差。共价有机框架材料(COFs)是一类通过共价键连接而成的新兴多孔有机聚合物。层间的有序堆积和π-π相互作用促进载流子的运输。高比表面积和适当的孔径使二氧化碳吸附,产生更多的活性位点。这些特性使COFs成为电化学还原二氧化碳的理想材料。本文首先总结基于拓扑结构的二维和三维共价有机框架的合成和结构多样性。其次,简要介绍二维和三维共价有机框架在电化学还原二氧化碳领域的发展。最后,讨论COFs在电化学还原二氧化碳方面的潜在发展前景。

电子导电金属有机框架电化学传感器的研究进展

摘要:电化学传感器因其具有灵敏度高、选择性好、成本低廉、操作简便等特点,在疾病诊断、环境监测和食品安全等领域得到了广泛应用。电子导电金属有机框架(electrically conductive metal‐organic frameworks,EC-MOFs)凭借其高比表面积、丰富的孔结构、灵活可调的设计特性以及优异的催化性能、高效的电子传输能力和显著的信号放大效应,为电化学传感领域提供了全新的研究机遇和发展方向。本文系统总结了EC-MOFs材料在电化学传感领域的最新研究进展,重点探讨了基于EC-MOFs电化学传感器工作电极的设计合成策略,详细评述了其在生物分子识别、环境污染物监测等方面的突破性应用,同时深入分析了EC-MOFs在电化学传感领域面临的关键挑战,并对其未来发展方向进行了展望。