聚合物材料在现代工业和科技领域占据重要地位, 但传统工业的聚合物改性方法往往面临着强度和韧性调节不可控制的难题, 限制了材料的高端应用. 为解决这一问题, 研究者们通过聚合物的结构优化以实现宏观性能的调控. 因此, 本综述以网络结构设计为切入点, 根据能量耗散途径的不同, 将聚合物改性的机制分为氢键作用、配位作用、主客体作用、力敏基团、机械互锁结构和其他作用六个方面. 随后, 分类综述了各个方面近年来具有代表性和创新性的工作, 通过结构分析和性能理解, 重点阐释了不同作用对于增强增韧聚合物材料的影响机制. 最后, 根据现有的研究内容, 指出了未来聚合物材料机械性能提升所面临的关键问题和重要挑战.

卡宾(R₂C:)为一类中性二价碳物种, 其中心碳原子具有六电子结构特征, 在化学与材料科学等领域具有重要应用价值. 当前研究领域中, 已成功分离的稳定卡宾主要呈现σ²π⁰基态电子构型, 少量通过谱学表征的卡宾为σ¹π¹态; 而具有反转电子态(σ⁰π²)的稳定卡宾迄今仅一例报道. 该σ⁰π²卡宾具有一个刚性 RhP₂C 四元金属杂环结构, 其中的卡宾碳原子在¹³C NMR中显示出低于－30的高场化学位移. 理论计算表明, 此类卡宾在小分子活化等过程中可能具有特殊反应活性. 本综述通过系统梳理该领域的研究进展, 重点分析其结构特征、稳定化策略及反应特性, 并展望其在惰性化学键活化、新型配体设计等方向的发展前景.

本工作报道了一类通过可见光催化活化N-氨基吡啶盐产生氮自由基, 并与乙烯基环丙烷的加成/环化反应. 该反应不仅扩展了氮自由基作为双功能试剂参与的反应类型的范围, 还为构建四氢吡啶类化合物提供了一种有效的合成策略. 在该反应中, N-氨基吡啶盐表现出双功能特性, 既作为氮自由基的前体, 又作为氮亲核试剂; 乙烯基环丙烷作为四原子组分的自由基受体和亲电试剂. 经过一系列条件优化, 确定了最优反应条件: 使用10-苯基吩噻嗪(Ph-PTZ)作为光催化剂, 1,2-二氯乙烷(DCE)作为溶剂, 并以波长为390 nm的紫光作为可见光的光源. 在此条件下, 对N-氨基吡啶盐和乙烯基环丙烷的底物适用范围进行了广泛考察, 以中等到较好的分离收率成功合成了42种1,2,3,6-四氢吡啶类化合物. 该方法可以放大至克级规模, 同时产物也能发生官能团的各种转化.

在DNA编码分子库(DNA-encoded library, DEL)中引入杂环优势骨架的合成方法具有重要意义. 本工作报道了一种DNA兼容的合成策略, 通过四氢吡咯促进的Knoevenagel缩合反应, 实现了5-亚芳基硫代乙内酰脲衍生物的合成. 在温和的反应条件下, 该方法表现出广泛的底物适用性, 大多数底物可实现中等至优异的转化率(50%~98%). 这种DNA兼容反应可用于DEL的构建, 从而进一步拓展其可及的化学空间.

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)通过氢氧电化学反应直接将化学能转化为电能, 为高效清洁能源转化提供了重要的途经. 质子交换膜作为PEMFC的核心功能组件, 通过定向传导质子实现电化学能的连续转换, 对电池性能具有决定性的作用. 共价有机框架(COFs)作为一种新型有机多孔材料, 具有高度结晶性、有序的多孔排列、功能可修饰性、结构可调性以及较高稳定性, 作为质子交换膜具有潜在的优势. COFs可功能修饰的骨架可以定制质子传导功能位点, 规整的孔道可以限域容纳多种质子载体/供体, 周期性分布的孔结构可以构建连续稳定的质子传输通道, 在含水/无水质子传导中均发挥出巨大的作用. 本文系统综述了近年来COFs材料的设计与质子传导性能研究进展, 重点讨论了COF骨架功能化设计、孔内限域和孔结构调控三种策略对质子传导性能的提升与传导机制解析, 并展望了该领域未来发展方向.

机械化学(Mechanochemistry, MC)是化学领域的一个新兴的快速发展学科, 其核心在于利用机械能驱动分子及原子排列的化学转化过程. 通过调控机械能诱导化学键的结合与重组, 机械化学能够构建独特的反应路径并生成传统化学方法难以实现的产物. 这种高强度能量输入的特性使其在处理难降解环境污染物方面展现出显著优势. 以典型污染物全氟辛烷磺酸(PFOS)的机械化学降解为例, 该方法无需添加化学试剂即可断裂C—F键, 实现近乎完全的脱氟, 为持久性污染物的绿色脱毒提供了新途径. 近期关于有机污染物压电催化降解的研究表明, 该技术在多次循环实验中降解效率始终维持在97%以上, 充分彰显了其技术稳定性及规模化环境修复应用的潜力. 在材料合成领域, 机械化学技术成功制备了单原子催化剂(SACs)、纳米零价铁(nZVI)和金属有机框架材料(MOFs)等新型功能材料. 其作用机制主要涉及机械活化诱导的物料活化、结构缺陷的定向引入以及反应动力学的显著提升. 早期研究已将机械化学工艺成功应用于固体废弃物处理及有毒重金属回收, 例如在退役锂离子电池正极材料选择性提取方面, 通过机械化学处理使金属分离系数从56.9提升至1475, 极大提高了资源回收效率. 当前机械化学研究正处在快速发展阶段, 未来需重点深化对水处理过程和危险固废处置等关键领域的机理认知. 通过系统研究机械化学过程中能量-物质-结构的协同作用机制, 有望突破传统环境治理技术中存在的处理成本高、化学药剂毒性大及次生危险废物产生等瓶颈问题, 为环境科学与工程领域提供新质生产力.

有机电致发光技术已广泛应用于全彩柔性显示和固态照明领域. 蓝色作为三原色之一, 蓝光材料是有机发光二极管(OLED)应用领域的研究重点. 将3,6-二叔丁基咔唑引入至联吡啶氮原子的邻、间和对位, 构建了三种不同的发光材料. 该材料中咔唑取代基与联吡啶核心发生强烈的扭曲, 形成位阻诱导的扭曲结构. 这种分子结构有效限制分子共轭体系的长度, 并抑制分子内振动对能量的消耗, 从而确保了蓝光具有很高的色纯度. 2,2'-双(3,6-二叔丁基-9H-咔唑-9-基)-3,3'-联吡啶(2TCzOBPy)和4,4'-双(3,6-二叔丁基-9H-咔唑-9-基)-3,3'-联吡啶(2TCzPBPy)器件的CIE坐标分别为(0.152, 0.063)和(0.172, 0.098), 它们的色度坐标y值均小于0.1, 属于高色纯度的深蓝光. 此外, 3,3'-双(3,6-二叔丁基-9H-咔唑-9-基)-4,4'-联吡啶(2TCzMBPy)器件获得的最大外量子效率(EQE)为3.6%, 获得最大亮度为5423 cd•m⁻².

近年来, 自由基化学领域迎来了前所未有的发展, 相关研究呈现爆发式增长. 作为合成化学领域的重要分支, 自由基参与的化学反应为复杂分子的构建提供了简洁高效的合成策略. 根据自由基的电子特性, 可以分为以下三类: 中性自由基、自由基阳离子和自由基阴离子. 随着近年来自由基化学的发展, 中性自由基参与的反应备受关注. 与之相反, 离子型自由基的研究却相对滞后. 由于硫醚和硫自由基阳离子在有机合成化学领域有着广泛的应用. 本综述以硫自由基阳离子为切入点, 详细介绍离子型自由基的产生方式和反应特点. 根据其产生方式, 本综述细分为三个部分, 分别是光催化硫醚类化合物的单电子氧化产生硫自由基阳离子, 光催化噻蒽盐类化合物的S—X键均裂产生硫自由基阳离子以及吩噻嗪类光催化剂的单电子转移产生硫自由基阳离子. 此外本综述还对硫自由基阳离子的发展趋势和未来前景进行了简单的探讨.

手性有机硒化合物在合成化学、材料科学、医药和农药等领域具有广泛的应用, 在不对称催化领域还可以用作手性配体或有机小分子催化剂. 因此, 手性有机硒化合物的不对称合成受到化学家们的重视. 利用含硒试剂与相应底物的催化不对称C—Se偶联反应是合成有机硒化合物最直接且最有效的策略之一. 此综述着重介绍了利用该策略构建手性有机硒化合物的研究进展. 根据不同的硒源类型, 将反应分为亲电有机硒试剂与亲核底物的不对称偶联反应和亲核有机硒试剂与亲电底物的不对称偶联反应两类. 另外, 对一些代表性反应的机理和底物适用范围做了简要介绍.

共价有机框架(covalent organic frameworks, COFs)凭借其结构可设计性、高比表面积和优异的化学稳定性, 近年来在质子导体领域引起广泛关注. 本综述概述了COFs在本征与非本征质子源体系中的质子传输机制、材料设计策略及相关研究进展, 阐明了Grotthuss机制与Vehicle机制的定义和判定标准. 将电化学阻抗谱、固体核磁、红外光谱等实验手段与密度泛函理论、分子动力学和从头算分子动力学模拟结合, 解析了COFs的微观质子传输机制及其与结构的构效关系. 最后, 本综述分析了COF质子导体在能源领域的应用前景, 并简要探讨了其结构设计、实验表征和理论模拟的发展方向.

生物纳米孔道单分子电化学测量技术具有无标记、高灵敏和高分辨等优势, 已广泛应用于DNA、RNA、多肽及糖类等生物小分子的检测. 然而, 对于在水相中溶解度较低的疏水分子, 通常需引入有机溶剂以提高其溶解性, 而传统纳米孔道技术所采用的磷脂支撑膜对有机溶剂耐受性有限, 限制了该技术在疏水分子测量及相关研究中的应用. 为此, 本研究利用两亲性嵌段共聚物聚乙二醇-聚甲基丙烯酸苯酯(PEG-b-PPhMA), 构建了一种对有机溶剂具有良好耐受性的仿生双分子层聚合物膜. 通过调控聚合度和溶剂组成, 实现了膜体系的高稳定性和优良的隔绝离子传输性能, 可应用于气单胞菌溶素(Aerolysin)生物蛋白质纳米孔道的单分子测量研究. 结果表明, 在V_丙酮/V_水=0.3混合缓冲体系中, 该“膜-孔”系统仍可保持长期稳定测量并获得高信噪比离子电流信号, 从而实现了疏水有机小分子的单分子电化学测量. 本研究构建的聚合物膜有效解决了生物纳米孔道在水-有机体系中的稳定性难题, 拓展了纳米孔道技术在药物研发、生命分析、环境监测和单分子反应等研究中对疏水分子的测量潜力.

报道了一种在可见光诱导下, 利用芳香酸酐的酰基自由基与α-三氟甲基烯烃进行二氟烯基化的新策略. 该方法以廉价易得的芳香酸酐为酰基源, 在温和条件下通过蓝光照射实现酰基自由基的原位生成, 展现出优异的官能团兼容性和宽泛的底物普适性(32个实例, 最高产率82%). 另外, 酸酐上取代基的电子性质(吸电子基团促进C—O键断裂)和空间位阻(影响区域选择性)是调控反应选择性的关键因素. 机理研究表明, 可见光引发的单电子转移在自由基链的激活中起关键作用, 并通过自由基/极性交叉过程成功构建了γ,γ-二氟烯丙基酮. 放大试验和后修饰验证了该方法的实用性, 预示其在有机合成中具有广阔的应用前景.

肿瘤新生抗原多肽具有高度的免疫原性和肿瘤特异性, 是肿瘤精准化治疗的理想策略之一. 然而, 受其个性化的特征限制, 目前临床研究肿瘤新生抗原多肽疫苗的生产中面临合成难度大、制备周期长和纯化复杂等挑战, 限制了其广泛应用. 针对目前面临的问题, 本研究提出了一种全新的利用片段肽树脂储存的方式, 将合成周期由2个月缩短至1个月; 并对合成方法进行优化, 大幅提高粗肽纯度, 降低纯化难度. 利用该方法, 可以在23个工作日内高效生产12条38个氨基酸长度的肿瘤新生抗原多肽, 以满足临床需求(纯度大于95%, 质量大于20 mg, 转成醋酸盐且三氟乙酸根残留小于1%, 内毒素残留小于10 EU/mg). 本研究在新生抗原多肽制备流程的设计与优化方面取得了显著进展, 不仅提高了合成肿瘤新生抗原多肽的质量, 还显著缩短了制备周期, 为肿瘤新生抗原多肽临床应用奠定了坚实基础.

铀(U)是核反应堆的主要燃料, 海水提铀是实现核能可持续发展的一种极具潜力的方法. 然而, 由于海水中铀含量极低、易形成碳酸盐配合物以及存在高浓度竞争性离子, 开发满足实际应用的吸附剂仍是当前一大挑战. 本研究发展了一种钛基金属有机框架(Ti-MOFs)孔径调节策略, 成功实现了高效率的铀酰提取. 相较于大孔径的MOF-902, 小孔径的MOF-901展现出更优异的吸附性能, 最大吸附容量可达468.5 mg•g⁻¹. X射线光电子能谱分析表明, MOF-901孔道中的N位点是其与铀酰配位的主要活性位点. 孔径与晶体结构分析进一步揭示, 孔径效应和空间位阻效应与Ti-MOFs的铀酰吸附容量紧密相关. 此外, MOF-901在模拟海水(浓度为10 mg•L⁻¹)的吸附实验中表现出超过99%的铀酰提取率, 证明了Ti-MOFs材料在海水提铀领域的应用潜力.

五元内酰胺螺环己二烯属于一类重要的螺环骨架, 但是该类骨架的构建策略非常有限和具有挑战性. 为了解决该类骨架构建中的挑战性问题, 本工作发展了钯催化下邻亚甲基苯醌与乙烯基𫫇唑二酮的化学选择性[2＋3]环化反应, 以中等至高的产率(49%~98%)、优秀的非对映选择性(均>95∶5 dr)构建了具有连续季碳中心的五元内酰胺螺环己二烯骨架. 该转化不仅拓展了邻亚甲基苯醌作为二元合成砌块在环化反应中的应用, 而且为五元内酰胺螺环己二烯骨架的高效、高非对映选择性构建提供了新的策略. 此外, 对该[2＋3]环化反应进行了初步的催化不对称研究, 显示钯-手性膦配体催化体系可以实现一定程度的对映选择性控制.

生命的起源和演化是人类面临的终极谜题之一. 传统化学起源学说涉及惰性气体分子活化、简单分子向复杂功能分子演化、生物分子同手性以及遗传密码起源等关键问题. “米勒-尤里”放电实验以来, “等离子体放电”被认为是生命分子起源的可能场景之一. 等离子体作为一种非平衡态的高能环境, 可通过高能电子、离子和自由基等活性物种驱动分子裂解与重组, 为复杂有机分子的形成、分子复杂化等过程提供重要的物理化学基础. 此外, 特定的物理化学界面(如气液界面)可为等离子体场景下分子的富集、组装等提供关键微环境. 本文综述了等离子体放电在生命化学起源中的研究进展, 旨在为探索生命起源的复杂化学过程提供新的研究视角.

放射性铅同位素自20世纪起就被广泛用于核科学、医学、地质学和环境科学等学科的研究中, 是各学科之间交叉的重要桥梁. 近年来, 随着核医学领域的快速发展, 铅-203和铅-212在癌症的诊断和治疗上显示出了诊疗一体化的巨大潜力. 铅-202和铅-205则是同位素稀释(ID-MS)铀-铅(U-Pb)定年法中铀-铅稀释剂的重要组成部分, 被广泛应用于地质年代学研究中. 铅-210作为铀-238衰变链中的一员, 常被用于沉积物年代测定及大气气溶胶的传输和沉降过程研究以及核设施运行情况监测等. 但目前上述的多种放射性铅同位素的制备仍十分具有挑战性, 未能满足各学科发展中日益高涨的需求. 本文综述了部分放射性铅同位素在交叉学科研究中的应用进展, 重点总结并分析了放射性铅同位素的制备和纯化方法, 同时对未来关键放射性铅同位素的制备及应用进行了展望.

钠硫电池作为极具潜力的储能装置, 其发展长期受能量转化过程中穿梭效应的制约. 工作状态的钠硫电池内部存在多个级联的氧化还原反应, 产物为多种溶于电解质溶液的钠硫化合物. 各类多硫化钠中间体在正负极间的扩散迁移是穿梭效应的主导因素. 目前关于穿梭效应的微观机制, 包括导致活性物质流失的具体化学物种及其氧化还原反应动力学机理仍不明确. 由于多硫化钠具有极快的反应动力学和高度动态的结构演化行为, 传统表征手段难以表征其瞬态过程. 本工作基于高精度量子化学从头计算, 研究了多种多硫化钠中间产物的共振拉曼和超快共振拉曼光谱. 结合了共振拉曼光谱在化学键尺度上的空间分辨能力和超快光谱在飞秒尺度上的时间分辨能力, 具备在钠硫电池工作过程中捕捉多硫化钠光谱特征的潜力. 计算结果表明, 不同多硫化钠中间体的共振拉曼信号同时具有激发波长选择性和电子振动耦合选择性, 其特征显著、易于区分. 本工作为多硫化钠中间体的高时空分辨、实时及原位表征提供了理论依据和参考, 为穿梭效应理论机制的研究提供借鉴.

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.

微纳制造技术作为材料与功能器件的关键桥梁, 在信息技术、柔性电子等领域具有重要应用. 传统互补金属氧化物半导体(Complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS)工艺受限于刻蚀和高温等苛刻条件, 难以满足新型材料的加工需求. 液相法虽具条件温和的优势, 但需解决宏观均匀性、微观精度及材料有序组装等多重挑战. 基于此, 超浸润界面调控的液桥限域组装技术通过精准操控微流体定向输运与材料单元有序排列, 为跨尺度制造提供了新范式. 此文系统阐释了液桥限域组装的动力学机制, 揭示了超浸润表面对三相接触线及液桥结构的调控规律. 该技术基于限域效应实现了有机分子、聚合物、量子点和微米粒子等跨尺度溶液加工材料的高精度图案化与长程有序组装. 此文还深入探讨了材料长程有序组装对于光学、光电子学与微电子学器件性能提升和功能拓展等方面的贡献, 并依次介绍了液桥限域组装技术在微激光器阵列、激光-波导耦合器件、量子点发光二极管、偏振光探测与方位识别、柔性可穿戴器件等前沿领域中的最新进展. 最后, 总结了液桥限域组装在多材料体系和复杂基底上的普适性与图案可控性, 展望了其在光子集成、可穿戴器件及量子信息等领域的进一步发展方向.

纳米孔测序技术作为一种革命性的单分子测序方法, 利用限域纳米孔与DNA分子的非共价相互作用解析碱基信息, 进而从单分子水平读取DNA序列. 这种直接的物理读取方法具有无标记、长读长、高通量、低成本和实时检测等独特优势, 在基因组学、医学研究等领域展现出巨大应用潜力. 本文系统性综述了纳米孔单分子测序的原理与发展历程, 重点阐述了纳米孔测量空间分辨率提升策略、基于马达蛋白的测序时间分辨率控制策略、纳米孔测序系统的构建, 并探讨这些关键因素之间的相互关系及影响. 在此基础上, 讨论纳米孔测序技术的应用现状与发展趋势.

神经递质作为介导神经元间信息传递、调控神经环路及维持脑功能稳态的关键信使分子, 其动态监测对解析神经生理/病理机制具有重要意义. 有机小分子荧光探针以其优异的结构稳定性、生物相容性、识别机制的可设计性, 以及发光特性的灵活可调性, 为神经递质的检测和成像提供了理想的方式. 此文从有机小分子荧光探针的分子设计策略、共价/非共价识别原理、信号转导机制, 以及生物成像性能等方面出发, 对神经递质荧光探针的最新研究进展进行综述. 在此基础上, 对当前探针的局限性进行了深入分析, 并对未来新型探针的设计方向进行了展望, 旨在为新一代高性能神经化学探针的研发提供理论框架与路线图, 以促进神经科学和临床诊断技术的发展.

窄谱带有机光电探测器因其高光谱分辨率和广阔应用前景成为光电子领域的研究热点. 传统依赖分光元件或器件工程策略的窄谱带光电探测器面临集成度低、成本高昂等问题. 有机光电材料通过分子结构设计可实现光谱响应的精确调控, 在构筑窄谱带光电探测器中展现出巨大潜力. 本工作聚焦于窄谱吸收材料的有机光电探测器, 从分子设计和聚集态调控两个角度剖析不同材料体系窄谱吸收机制, 并探讨其在探测器中的应用, 最后对该领域未来发展的机遇和挑战进行展望.

经过近一个世纪的研究发展, 官能团化的双烯体和亲双烯体参与的Diels-Alder反应以其良好的反应性和立体选择性控制, 已广泛应用于复杂天然产物、药物分子和各种功能分子的合成中. 最新研究表明, 在温和条件下进行的自由基介导亲双烯体和双烯体参与的formal Diels-Alder反应为立体选择性构建六元环体系提供了全新的合成策略. 本综述针对自由基介导formal Diels-Alder反应在活性复杂天然产物全合成的应用展开简单概述, 主要包括经自由基正离子介导formal Diels-Alder反应、单电子转移引发formal Diels-Alder反应和双自由基参与的formal Diels-Alder反应三种环化反应途径, 并对其在目标环系精准构建中的应用进行深入探讨.

采用直流电弧等离子体法, 以Zn粉, Er₂O₃和Yb₂O₃粉末为反应原料, 在氧气环境中成功制备了ZnO:Er³⁺/Yb³⁺分级纳米棒. 通过多种表征手段(X射线衍射、Raman、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和光致发光光谱), 系统分析了样品的晶体结构, 形貌和上转换发光性能. 在980 nm激光激发下, 样品在525 nm、546 nm以及662 nm呈现了发光峰. 变温发光(298~573 K)测试表明, 基于热耦合能级(²H_11/2和⁴S_3/2)和非热耦合能级(⁴S_3/2和⁴F_9/2)荧光强度比, 其最大相对灵敏度分别可达到1.03 %•K⁻¹和2.20 %•K⁻¹, 而基于⁴S_3/2能级荧光寿命的最大相对灵敏度更是高达2.43 %•K⁻¹. 本研究利用单一发光中心实现了三模态光学测温, 证明该分级纳米棒在宽温度范围内具有优异的信号区分度和高灵敏度, 在光学测温领域展现出重要应用潜力.

可见光催化可以将光能转化为化学能, 使其在温和条件下实现化学键的断裂与重组, 从而实现一些传统热反应无法实现的化学转化, 具有条件温和、绿色环保以及官能团耐受性高等优点. 可见光催化体系已成功应用于多种复杂分子的合成, 展现出突出的催化合成价值和工业应用潜力. 6-氟烷基菲啶是一种高价值的菲啶衍生物, 具有重要的生物活性和药理价值, 广泛存在于药物和生物活性化合物中. 因此, 6-氟烷基菲啶的高效制备受到了科研工作者的广泛关注. 本文以廉价易得的本征氧化铈半导体作为多相光催化剂, 二苯醚作为均相氧化还原助催化剂, 氟烷基亚磺酸钠作为自由基氟烷基化试剂, 发展了一种无需化学氧化剂和碱添加剂的二苯醚介导氧化铈半多相光催化2-异腈基联苯氟烷基化反应, 以60%~73%的收率合成了22种6-氟烷基菲啶化合物. 该半多相光催化合成方法具有反应条件温和、官能团耐受性好、实验操作简单等优点, 为6-氟烷基菲啶化合物的制备提供了一种绿色可持续的新方法.

细胞外基质(ECM)的力学异质性对细胞行为具有指导作用. 梯度水凝胶能够在体外模拟ECM的力学异质性. 然而, 当前的梯度水凝胶制备策略, 如光掩模聚合、扩散法, 存在操作复杂、适用范围窄及生物相容性不足等局限. 此研究以氧化透明质酸(oxi-HA)和明胶(gelatin)为原料, 通过可编程注射泵系统(PSPS)在600 μm的尺度内构建了黏弹性梯度水凝胶(GoHG). 水凝胶具有连续的刚度与应力松弛时间梯度和良好的细胞相容性. 此外, 成纤维细胞(NIH-3T3)和成肌细胞(C2C12)在不同黏弹性区域表现出显著的铺展行为差异, 证实了细胞对基质力学梯度的特异性响应. 该技术改善了当前梯度水凝胶构建方法的局限性, 为研究细胞-ECM力学互作及组织工程应用提供了高效、通用的平台.

氧化铝(Al₂O₃)材料因其高强度、高硬度、低导热性以及化学稳定性, 被广泛应用于航空航天、军事装备、牙齿修复、汽车制造、电子器件等领域. 然而, 其本征脆性导致的低断裂韧性显著限制了其在主承重部件中的规模化应用. 因此, 同步提升Al₂O₃材料的强度和韧性, 已成为材料领域亟需突破的技术瓶颈. 本综述首先简要概述了Al₂O₃材料的基本属性, 随后从物相、组分及仿生微纳结构三个方面系统总结了Al₂O₃材料的强韧化研究进展, 为后续高强高韧陶瓷基复合材料的高效构筑提供理论基础与技术参考.

碳基无空穴传输层CsPbI₂Br太阳能电池(C-PSCs)的制备工艺简单. 然而, CsPbI₂Br钙钛矿层与碳电极之间的界面存在大量缺陷, 通过引入2-氨基苯并噻唑(BTA)作为界面修饰剂, 改善界面质量, 以提升器件的性能和稳定性. 噻唑环的N和S原子以及BTA中的氨基通过路易斯酸碱配位有效降低了CsPbI₂Br表面的缺陷态密度. 这些相互作用有效抑制了电荷的非辐射复合, 并改善了钙钛矿薄膜和碳电极之间的界面接触. 此外, BTA分子的固有偶极矩在界面处起到电偶极层的作用, 从而调节了CsPbI₂Br表面的电子态和性质, 优化了能级排列并促进了空穴的快速提取和传输. 将C-PSCs的功率转换效率(PCE)提高到14.17%, 远高于未修饰器件的12.40%. 经过BTA处理的器件在空气环境中存放30 d后, 仍能保持初始PCE的80%, 重复性和环境稳定性显著增强.

根据电子结构特征, 硼自由基主要分为中性硼自由基与路易斯碱配位的硼自由基两类. 后者通过配位策略显著提高了硼自由基的稳定性与可控性, 是当前有机硼化学领域的研究热点. 其中, 胺配位的物种电子结构独特: 自旋密度主要定域于硼, 亲核性突出, 在合成转化中具有独特的应用潜力. 然而, 胺-硼烷自由基在早期因产生方法有限, 其应用受到了很大限制. 近五年, 得益于自由基化学的快速发展, 胺-硼烷自由基的产生方式和应用取得重要突破. 本文聚焦于胺-硼烷自由基, 内容分为四个部分, 依次介绍其参与的: (1)氢原子转移反应; (2)自由基加成反应; (3)卤原子转移反应; (4)自由基取代反应. 最后, 本文对该方向的未来发展前景进行了简要展望.

含氟化合物具有独特的理化性质, 广泛应用于医药、农药和材料等领域. 其中, 易制备的α-三氟甲基烯烃是合成各种含氟分子的通用结构单元. 近年来, 新兴的光催化技术为温和条件下探索高度官能化的分子提供了机会, 光化学条件下三氟甲基烯烃的转化备受关注. 此文综述了近年来光化学条件下, α-三氟甲基烯烃基于其双键的转化、基于自由基/极性交叉的S_N2型转化, 并且对部分的反应机理进行了阐述.

3,3-二烷基-2-吲哚酮骨架是广泛存在于天然产物和生物活性分子中的关键结构单元. 然而, 其传统合成方法通常依赖于卤代苯基丙烯酰胺的反应, 且需要使用贵金属或化学计量的有毒自由基引发剂. 本工作报道了一种无金属光化学合成3,3-二取代-2-吲哚酮的策略. 该方法以2-碘-N-甲基甲基丙烯酰胺为底物, 在可见光照射下, 利用廉价易得的汉斯酯同时作为化学计量的光还原剂和氢原子供体, 经分子内自由基环化反应高效构建目标产物. 该反应条件温和, 底物适用性广, 共合成了25个2-吲哚酮衍生物, 产率高达98%. 机理研究表明, 反应经由光诱导电子转移生成芳基自由基中间体, 随后发生5-exo-trig环化及氢原子转移, 最终得到3,3-二取代-2-吲哚酮.

透明光伏凭借其高透光特性可隐形集成于建筑及各种生活场景中, 能为高密度城市节能减排提供创新解决方案. 然而该技术在大规模应用前, 仍需解决一些关键技术问题, 包括在维持高视觉舒适度的基础上提升大面积器件的能量转换效率, 同步优化器件稳定性与成本控制. 为了应对这些技术挑战, 本综述重点探讨了发光太阳能聚光器-光伏(LSC-PV)组件这一种新型透明光伏的技术特点, 包括高太阳光利用率, 简便的制作工艺, 以及灵活的产品设计. 面对大面积LSC-PV效率限制的技术瓶颈, 本综述通过对LSC的光学效率影响因素的分析, 介绍了通过合成或者合成后修饰提高LSC内发光材料的荧光量子产率的方法, 同时讨论通过抑制发光材料在聚合物基质中的吸收-荧光光谱重叠系数提高LSC器件的波导效率的策略, 以获得高效率的LSC-PV组件. 最后, 通过介绍LSC与其他功能器件的联用技术, 表明透明光伏技术以及基于LSC-PV类型的透明光伏技术可通过持续的技术迭代与系统优化, 成为实现“双碳”战略目标的重要技术路径.

开发高效通用的多环合成策略是药物化学与有机合成领域的重要挑战. 基于开链醚的α-C—H键氧化/多烯环化串联反应, 成功构建了一系列具有稠合氧杂6/6/6三环骨架的化合物. 该策略通过原位生成高活性的氧鎓离子中间体, 并实现其精准分子内捕获, 从而将简单开链醚前体高效转化为复杂多环体系. 经系统性反应条件优化, 此反应在温和条件下展现出广泛的底物普适性和良好的官能团兼容性. 关键中间体的特定构象和烯烃构型诱导了分子内多烯环化的立体专一性过程, 从而实现了非对映选择性的高效控制.

精准调控化学反应转化是多相催化的终极目标. 沸石催化剂凭借其独特的择形选择性在化工生产中应用广泛, 但要实现高效反应转化仍依赖对活性位结构的精确调控, 以抑制副反应的发生. 沸石的活性中心由分布在晶体学不等价T位的铝(Al)原子构成, 因此, 调控Al在局域(T位)及区域(空间)层面的分布已成为该领域研究热点. 此综述以局域Al分布调控为主线, 系统综述了调控策略(自下而上与自上而下)及相关先进表征技术. 在自下而上策略中, 以典型的沸石结构为例, 重点阐明了有机/无机结构导向剂调控Al分布的机制, 结合理论计算揭示了范德华力、静电库仑作用及氢键对Al分布定位的影响规律; 在自上而下策略中, 基于不同T位点杂原子(或Al原子)的稳定性差异, 实现了Al的选择性脱除与植入, 并评述了该策略的优势与局限. Al分布结构的精准表征是评估Al分布调控效果的关键. 此综述还总结了关于Al分布表征的最新研究进展, 强调多技术联用可提供更可靠的结构信息. 最后, 基于各合成策略及表征手段的优势与挑战, 展望了人工智能与大数据驱动的高通量微通道沸石合成实现Al分布精准调控, 通过多表征技术融合实现Al分布的精确结构解析, 最终实现定向反应型高效沸石催化剂的理性设计.

开发高效稳定的光催化剂用于太阳能驱动过氧化氢(H₂O₂)合成是当前绿色化学研究的重要方向. 基于金属−碳键(M—C)配位策略, 成功设计并合成了一例新型银基金属有机框架(MOF)光催化剂Ag-TEPT (TEPT=2,4,6-三(4-乙炔基苯基)-1,3,5-三嗪). 在模拟太阳光照下, 该催化剂在不加任何牺牲剂的水-氧气体系中展现出优异的H₂O₂合成性能, 产率可达2880 μmol•g⁻¹•h⁻¹; 即使在空气氛围中仍能维持2024 μmol•g⁻¹•h⁻¹的高活性. 进一步的机理研究表明, H₂O₂的生成遵循两电子氧还原反应(ORR)与四电子水氧化反应(WOR)协同的双路径反应机制. 光致发光光谱和光电化学测试证实, 催化剂中活性位点与银−碳配位键协同调控, 不仅优化了催化剂的能带结构, 还显著促进了光生电子-空穴对的有效分离, 从而显著提升了光催化合成过氧化氢的活性.

零价态主族元素以不同键合方式形成种类丰富的同素异形体, 在合成化学和新材料开发领域展现了广泛的应用潜力. 近年来, 随着主族元素化学的不断发展, 配体稳定的低价态主族元素化合物逐渐受到重视, 相关的单核和双核零价态主族元素化合物的合成研究相继被报道. 配体稳定的单核和双核零价态主族元素化合物具有独特的电子结构, 其分离与表征有助于深入理解零价态主族元素的成键机制, 而其良好的溶解性则极大地拓展了它们在合成化学中的应用. 此外, 零价主族元素化合物因中心元素的不寻常氧化态, 展现出在小分子活化方面的潜力. 本文综述了配体稳定的单核和双核零价态主族元素化合物的合成, 重点总结了零价态主族元素化合物的分离及其化学反应性, 并探讨了这一领域面临的挑战及未来的发展方向.

钠金属电池因其理论比容量高(1076 mA•h•g^－1)和钠资源储量丰富, 被认为是下一代高能量密度电池的理想选择之一. 然而, 钠金属负极在循环过程中易形成枝晶, 引发短路问题, 导致电池循环寿命短和库仑效率低, 甚至存在安全隐患. 作为电池关键结构材料, 集流体的形貌结构设计可调控钠金属的沉积/剥离行为, 从而抑制枝晶生长. 其中, 三维碳集流体凭借其稳定的机械支撑、高比表面积和优化的离子传输路径, 能有效抑制枝晶形成, 显著提升电池的循环稳定性和电化学性能, 成为最具潜力的集流体材料之一. 系统综述了近年来碳集流体的制备工艺, 重点分析了三维碳基集流体的性能优化策略, 如原子掺杂提高亲钠特性、功能化改性三维碳材料电子结构、有机/无机复合策略提高界面稳定性以及孔径结构调节三维碳基集流体表面反应等方法, 并探讨了碳基材料的应用优势与研究进展. 最后, 对三维集流体在钠金属电池中的未来发展方向进行了展望.