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2021年 第72卷 第1期 刊出日期:2021-01-05
    本期中英文目录、封面、广告页
    化工学报. 2021, 72(1):  0-0. 
    摘要 ( 241 )   PDF (146822KB) ( 274 )  
    相关文章 | 多维度评价
    综述与专论
    光动力治疗中提高光敏剂靶向性的研究进展
    杨宇鑫, 赵学泽, 樊江莉, 彭孝军
    化工学报. 2021, 72(1):  1-13.  doi:10.11949/0438-1157.20201047
    摘要 ( 718 )   HTML ( 37 )   PDF (1238KB) ( 755 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    由于具有微创、时空选择性高、重复应用不产生耐药性等优点,光动力治疗被认为是一种极具前景的新型癌症治疗方法。但是,传统的光敏剂靶向性有限,会对正常组织产生毒副作用,极大地限制了光动力治疗的临床应用。构建靶标型光敏剂和可激活光敏剂是提高光敏剂肿瘤靶向性的有效途径。本文按靶标型光敏剂和可激活型光敏剂进行分类,对目前的研究进展进行总结概述,并对未来光动力治疗所面临的挑战进行了展望。

    稀有气体Xe/Kr吸附分离研究进展
    陈润道, 郑芳, 郭立东, 杨启炜, 张治国, 杨亦文, 任其龙, 鲍宗必
    化工学报. 2021, 72(1):  14-26.  doi:10.11949/0438-1157.20200863
    摘要 ( 1047 )   HTML ( 37 )   PDF (4451KB) ( 611 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    稀有气体Xe/Kr的高效捕集分离是气体工业、核环境监测和乏燃料处理等领域的重要分离过程之一。氙与氪结构与极化率相似,传统低温精馏方法借助氙与氪的沸点差异实现二者分离,能耗巨大,吸附分离是较为理想的替代分离技术。以金属有机框架材料为代表的新型多孔材料具有结构多样性与高度可设计性,通过调节材料微孔表面的极化环境与孔道窗口结构,借助氙与氪极化率的微小差异,可实现对二者的精准辨识,有良好的吸附分离性能与应用前景。重点综述了金属有机框架材料在氙氪分离中的研究进展,归纳了材料的极化环境、孔道结构、框架柔性等因素对氙氪吸附分离性能的影响规律,探讨了金属有机框架材料在氙氪吸附分离研究中存在的问题和局限,并对未来发展方向进行了展望。

    遗传算法在催化体系的全局结构优化中的应用
    石向成, 赵志坚, 巩金龙
    化工学报. 2021, 72(1):  27-41.  doi:10.11949/0438-1157.20201037
    摘要 ( 842 )   HTML ( 22 )   PDF (3159KB) ( 829 )  
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    对催化体系进行全局结构优化,搜寻基态结构对预测催化剂结构、分析反应物的吸附特性、研究多相催化反应机理、构建实际反应路径等方面至关重要。遗传算法通过交叉、变异和选择等操作,模拟了自然淘汰进化过程,来搜索势能面上的基态结构。作为一种无偏优化算法,遗传算法的优化过程不依赖于输入结构,具有很强的全局搜索能力。对遗传算法在催化体系的全局结构优化问题中的应用进行了综述,介绍了遗传算法在实空间上进行全局结构优化的基本程序框架以及近年来结合并行计算、机器学习等技术发展的改进框架,并讨论了它们在团簇优化、负载型催化剂的结构优化问题上的相关应用,为遗传算法的进一步改进以及更广泛的应用提供理论指导。

    微流控液滴模板法可控构建功能微颗粒材料
    苏瑶瑶, 李平凡, 汪伟, 巨晓洁, 谢锐, 刘壮, 褚良银
    化工学报. 2021, 72(1):  42-60.  doi:10.11949/0438-1157.20201099
    摘要 ( 442 )   HTML ( 61 )   PDF (10326KB) ( 237 )  
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    功能微颗粒材料因其微型化和多功能化等优点而在诸多领域具有广泛的应用。微流控技术作为一种崭新的材料制备技术平台,在可控构建功能微颗粒方面展现出了传统制备技术所不具备的独特创造性和优越性。综述了近年来基于微流控液滴模板来可控构建面向化工、医药、储能、环境等领域的多样化功能微颗粒材料的研究新进展。重点介绍了如何基于微流控乳液液滴模板的结构组分设计来理性设计和可控构建多孔结构球形微颗粒、腔室结构球形微颗粒、多样化结构非球形微颗粒等功能微颗粒材料,探讨了基于微颗粒的微观结构和化学组成的耦合来构筑其独特功能特性的设计策略,展望了微流控技术在可控构建新型功能微颗粒材料方面的未来发展趋势。

    固态金属锂电池研究进展:外部压力和内部应力的影响
    南皓雄, 赵辰孜, 袁洪, 卢洋, 沈馨, 朱高龙, 刘全兵, 黄佳琦, 张强
    化工学报. 2021, 72(1):  61-70.  doi:10.11949/0438-1157.20201201
    摘要 ( 914 )   HTML ( 27 )   PDF (1246KB) ( 701 )  
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    固态锂金属电池具有理论能量密度高、安全性高等优势,是极有前景的下一代储能系统。然而,固体电极与固体电解质之间有限的固–固接触严重阻碍了界面离子的传输。因此,增加外部压力是增加固–固接触及延长电池循环寿命的重要途径。同时,在充放电过程中,电极体积变化产生的内应力也将影响电池界面特性。通过介绍两种基本物理接触模型,结合硫化物、氧化物、聚合物电解质以及金属锂的物理性质,综述了外压和内部应力对电解质、电极及电池的影响。最后,对外压力与内应力在全固态金属锂电池中的作用进行了总结和展望。

    用于空气净化的双疏膜制备及应用进展
    朱肖, 冯厦厦, 仲兆祥, 邢卫红
    化工学报. 2021, 72(1):  71-85.  doi:10.11949/0438-1157.20201356
    摘要 ( 456 )   HTML ( 5 )   PDF (5347KB) ( 313 )  
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    工业烟气中经常含有大量油性气溶胶,而传统过滤材料基本都是亲油性的,导致吸附污染严重。双疏型膜材料在面向高湿、含油性气溶胶的复杂烟气体系时,具有分离效率高、抗污染性强和易清洁等优点。本文系统总结了用于空气净化过程的双疏膜材料制备方法,通过对应用过程油性气溶胶与膜表面之间的微观作用分析,阐释了影响膜污染形成与控制的表界面作用机理。最后,对双疏膜材料在空气净化领域的发展前景做了分析和研讨。

    碳纳米管水平阵列的结构控制生长:进展与展望
    石晓飞, 姜沁源, 李润, 崔一鸣, 刘青雄, 魏飞, 张如范
    化工学报. 2021, 72(1):  86-115.  doi:10.11949/0438-1157.20200992
    摘要 ( 769 )   HTML ( 26 )   PDF (28500KB) ( 681 )  
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    碳纳米管水平阵列是指生长于平整基底上且与沿基底平行排列的一种碳纳米管类型。与其他类型的碳纳米管相比,水平阵列类型的碳纳米管具有很低的结构缺陷和优异的力学、电学、热学性能,在微电子、超强纤维、航空航天等尖端领域有广阔和重要的应用前景。这些应用对碳纳米管的缺陷浓度、手性分布、半导体型纯度及阵列密度等指标的要求十分严苛,因而碳纳米管水平阵列的结构控制与批量制备是其实现性能应用的关键。在过去的近三十年中,研究者们已在碳纳米管水平阵列的结构控制生长上取得了大量进展,但同时也面临不少挑战。本文对碳纳米管水平阵列的结构控制、批量制备及前沿应用的研究进展进行了回顾,并对其面临的挑战和未来发展方向进行了讨论。

    丙烯氢氧环氧化动力学与反应器概念设计研究进展
    杜威, 张志华, 段学志, 周兴贵
    化工学报. 2021, 72(1):  116-131.  doi:10.11949/0438-1157.20201247
    摘要 ( 526 )   HTML ( 23 )   PDF (3348KB) ( 342 )  
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    环氧丙烷(PO)在全球产能最高的35种化学品中,是仅次于聚丙烯的第二大丙烯衍生物,主要用于生产聚醚多元醇、聚氨酯等。相比传统的氯醇法、共氧化法和双氧水直接氧化法(HPPO)等PO生产工艺,丙烯在氢氧混合气中一步环氧化制PO(HOPO)具有工艺简单、选择性高、产物易分离、能耗低等突出优势,是生产PO的理想工艺。重点介绍了丙烯氢氧环氧化反应动力学研究进展,包括主、副反应动力学模型以及催化剂失活模型。总结了基于该过程安全操作的反应器概念设计进展。分析了丙烯氢氧环氧化反应存在的挑战,从副产物生成途径、失活动力学及颗粒催化剂上的动力学等方面展望了可能的研究方向。

    高温质子交换膜研究进展
    李慧, 杨正金, 徐铜文
    化工学报. 2021, 72(1):  132-142.  doi:10.11949/0438-1157.20201073
    摘要 ( 773 )   HTML ( 29 )   PDF (2521KB) ( 451 )  
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    高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFCs)因其具有催化剂CO耐受性良好,能量转化率高,水热管理简单等优点,成为了能源领域重要的研究方向之一。高温质子交换膜(HTPEM)是它的主要部件之一,分别以水、磷酸分子和咪唑分子为质子传导载体分析了目前HTPEM的研究现状,比较后得出了以磷酸为质子载体的HTPEM性能最佳的结论,指出了研究中尚存的问题,并展望了未来HTPEM可能的研究方向。

    微尺度过程强化的结晶颗粒制备研究进展
    盛磊, 李培钰, 牛宇超, 贺高红, 姜晓滨
    化工学报. 2021, 72(1):  143-157.  doi:10.11949/0438-1157.20201051
    摘要 ( 434 )   HTML ( 12 )   PDF (4362KB) ( 300 )  
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    结晶颗粒制备技术在化工、医药、电子、生物等领域具有不可替代的作用。近年来,随着化工过程强化和微化工技术的快速发展,基于微尺度的过程强化方法在晶体颗粒制备过程中得到广泛的应用,成为高端颗粒制备的前沿技术。本文系统综述了该领域的研究进展:围绕微流控组件,简述微结构混合器、微流体技术对提高微观混合效率的原理及其在纳米材料、药物结晶等领域的应用;围绕微尺度力场,综述超重力旋转填充床的结构设计、可视化研究,超声场为代表的声空化效应及外加力场对超细纳米颗粒制备和药物连续结晶过程的应用;进一步,针对新型膜微尺度传质强化过程,分析微孔膜材料强化传质过程以及膜表面的晶体颗粒“黏附-生长-脱落”运动行为,阐明影响微孔膜分散传质强化过程的关键结构和过程参数,系统论述致密膜液层强化传质的表面更新机制和控制结晶颗粒制备的多级膜操作系统。最后,展望微尺度过程传质强化的结晶颗粒制备技术发展趋势。

    霍夫曼重排反应过程的研究进展
    黄晋培, 黄丹, 王法军, 徐建鸿
    化工学报. 2021, 72(1):  158-166.  doi:10.11949/0438-1157.20200890
    摘要 ( 1598 )   HTML ( 43 )   PDF (1084KB) ( 862 )  
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    霍夫曼重排反应作为制备伯胺及其衍生物的一种重要手段,在药物合成和功能材料制备等领域有广泛的应用。传统霍夫曼重排反应工艺存在反应效率低、流程烦琐和安全性差等问题。针对以上问题,研究者们主要从反应条件优化和过程强化两方面入手。通过反应条件优化,发展了许多温和、高选择性的反应工艺条件,为不同酰胺底物的反应方案设计提供了更多选择;微波辅助、电化学合成以及微化工技术等新型反应过程强化技术的出现,为实现高效绿色的霍夫曼重排反应创造了有利的条件。本文重点阐述了霍夫曼重排反应在反应条件优化和过程强化方面的最新研究进展。在此基础上,对该反应未来的研究方向进行了展望。

    MOF复合材料在气体吸附分离中的研究进展
    李建惠, 兰天昊, 陈杨, 杨江峰, 李立博, 李晋平
    化工学报. 2021, 72(1):  167-179.  doi:10.11949/0438-1157.20200925
    摘要 ( 1148 )   HTML ( 58 )   PDF (7364KB) ( 550 )  
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    作为一种新型多孔材料,金属有机骨架(metal-organic framework, MOF)材料因其具有高孔隙率、大比表面积、孔尺寸高度可调、结构多样等优点,近年来在气体吸附与分离领域显示出广阔的应用前景。然而,在MOF材料的工业化进程中,仍存在稳定性差等问题需要解决。将MOF材料与其他功能材料进行复合,实现不同材料间的协同效应,在保证吸附分离性能的同时,显著提升MOF材料的结构稳定性。本综述概述了MOF基复合材料的构筑策略,与MOFs构筑复合材料的材料,包括碳基材料、离子液体、MOFs、分子筛等。分析了各种MOF复合材料在气体吸附与分离领域的应用进展,并对该研究方向进行了展望。

    氨硼烷水解制氢研究进展
    王雨桐, 潘伦, 张香文, 邹吉军
    化工学报. 2021, 72(1):  180-191.  doi:10.11949/0438-1157.20200976
    摘要 ( 853 )   HTML ( 43 )   PDF (4344KB) ( 477 )  
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    氢能是替代传统化石能源的重要清洁能源,然而实现氢能的高质量密度储存与温和条件下快速释放仍是一大瓶颈。氨硼烷储氢密度高达19.6%(质量),在室温下水解即可制得氢气,是最有发展前景的储氢材料之一。然而氨硼烷在水中放氢速度缓慢,因此开发加速其水解过程的催化剂至关重要。对氨硼烷的水解催化剂的研究主要集中在金属单质、金属化合物与光催化剂三类材料。本文从实践方面,介绍了氨硼烷水解制氢的研究方法,从理论方面,通过介绍催化剂的发展,综述了氨硼烷水解反应的步骤与机理。通过对产氢过程的深入描述,介绍了对氨硼烷水解制氢反应正面调控的方法,并依据已有的研究提出了未来该类催化剂的设计策略。

    基于18-冠-6的铅离子检测技术研究进展
    刘玉琼, 李瑶, 巨晓洁, 谢锐, 汪伟, 刘壮, 褚良银
    化工学报. 2021, 72(1):  192-204.  doi:10.11949/0438-1157.20201161
    摘要 ( 371 )   HTML ( 5 )   PDF (2942KB) ( 171 )  
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    铅是一种对环境和人体有严重危害的重金属污染物,研究铅离子(Pb2+)检测技术具有重要的实用意义。近年来,利用18-冠-6的Pb2+特异识别性能,研究者们设计构建了一系列智能高分子材料系统,为Pb2+检测提供了新的策略和途径。本文综述了近年来基于18-冠-6的Pb2+检测技术研究进展,重点介绍了基于智能膜、智能光学元件、智能微芯片、智能微胶囊等智能材料系统的Pb2+检测技术,讨论了这些Pb2+检测技术在实际应用中需要重点关注和解决的问题,以期为这类基于18-冠-6的Pb2+检测技术的进一步开发和应用提供参考。

    生物催化C—N成键反应合成手性胺的研究进展
    成雅琪, 吴静, 刘立明, 宋伟
    化工学报. 2021, 72(1):  205-215.  doi:10.11949/0438-1157.20201075
    摘要 ( 566 )   HTML ( 10 )   PDF (2491KB) ( 385 )  
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    生物催化C—N键的成键反应主要是用于合成手性胺类化合物,它广泛应用于食品、精细化学品和药物中间体的制备过程中。酶法生产手性胺具有高对映体选择性、转化率和时空产率的特点。主要介绍了CN键成键的三种方式,分别为还原胺化反应、氢胺化反应和转氨化反应。并根据不同的反应类型对相关的酶进行了归纳总结。

    生物催化C—C成键反应及其应用
    齐娜, 宋伟, 刘立明, 吴静
    化工学报. 2021, 72(1):  216-228.  doi:10.11949/0438-1157.20201098
    摘要 ( 750 )   HTML ( 12 )   PDF (2541KB) ( 324 )  
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    C—C成键反应是有机合成中构建有机分子碳骨架的关键反应综述了近年来生物催化Aldol、Acyloin condensation、Stetter 、Pictet-Spengler 等C—C成键反应的关键酶制剂,以及这些酶制剂催化合成β-羟基-α-氨基、α-羟基酮、1,4-二酮、β-咔啉、四氢异喹啉等精细化学品的研究进展。此外,还对生物催化C—C成键反应的应用前景进行了展望,从而扩大生物催化在化学品生产中的应用范围。

    基于金刚烷-二氧杂环丁烷化学发光探针的研究进展
    江龙, 王开杰, 孔晴, 陆晟, 陈小强
    化工学报. 2021, 72(1):  229-246.  doi:10.11949/0438-1157.20201090
    摘要 ( 731 )   HTML ( 27 )   PDF (5868KB) ( 355 )  
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    化学发光是利用自身化学反应释放的能量代替光能激发产生光学信号,具有低背景、无自体荧光干扰、灵敏度高等优点。近几年来,化学发光成像技术,尤其是二氧杂环丁烷类化学发光探针在生物学成像领域得到了快速发展。辉光型的金刚烷-二氧杂环丁烷类化学发光被应用于离子检测(氟离子)、生物活性物种(活性氧、活性硫)、生物标志酶(β-半乳糖苷酶、硝基还原酶、组织蛋白酶B等)的特异性识别以及该类化学发光材料的开发。本文总结了近几年金刚烷-二氧杂环丁烷类化学发光在上述四个方面的研究进展,并对该领域的研究方向进行了展望。

    离子液体在生物质溶解分离中的应用与机理研究
    赵金政, 周国辉, 刘晓敏
    化工学报. 2021, 72(1):  247-258.  doi:10.11949/0438-1157.20201065
    摘要 ( 488 )   HTML ( 13 )   PDF (1394KB) ( 220 )  
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    生物质是自然界中最丰富的可再生资源之一,将生物质转化为高附加值化工产品首先要进行生物质预处理,即利用物理、化学和生物等手段削弱细胞壁分子之间的作用,使生物质更容易降解。离子液体具有诸多优异的物理和化学性质,在众多领域引起了广泛关注,近年来在生物质预处理过程中同样展现出良好的效果。综述了近年来离子液体作为木质纤维素溶剂的主要研究成果,重点介绍了溶解机理方面相关研究。介绍了阴阳离子种类及氢键的影响,总结了木质纤维素与离子液体在分子水平上的相互作用机制,最后探讨了离子液体溶解生物质方面的发展前景。

    半导体材料在光催化低浓度氮氧化物的研究进展
    张顾平, 王贝贝, 周舟, 陈冬赟, 路建美
    化工学报. 2021, 72(1):  259-275.  doi:10.11949/0438-1157.20201018
    摘要 ( 595 )   HTML ( 12 )   PDF (3893KB) ( 189 )  
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    氮氧化物(NOx)是一类有害的空气污染物,会引发酸雨、雾霾、光化学烟雾等严重的环境问题。目前,如何有效地去除空气中低浓度的NOx(十亿分之一)是研究的热点和难点。半导体光催化氧化法可以将空气中低浓度NOx氧化成无毒的硝酸盐,是一种经济有效的净化技术之一。本文主要围绕二氧化钛(TiO2),氮化碳(g-C3N4)和Bi系三类半导体光催化材料,对近年来包括本课题组在内的国内外对光催化去除低浓度NOx研究进行了简要概述。其中,通过代表性的工作介绍了贵金属沉积、元素掺杂、构建异质结和表面空位缺陷工程等改性策略,以提高半导体材料在去除低浓度NOx的光催化活性和性能。此外,对半导体材料在光净化低浓度NOx的未来发展进行了展望,以期待为高性能半导体光催化剂的理性设计和制备以及催化机理的探索等方面的研究提供思路。

    离子液体反应型萃取燃油脱硫研究进展
    吴沛文, 荀苏杭, 蒋伟, 李华明, 朱文帅
    化工学报. 2021, 72(1):  276-291.  doi:10.11949/0438-1157.20201131
    摘要 ( 698 )   HTML ( 15 )   PDF (2071KB) ( 326 )  
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    随着社会不断发展,汽、柴油的消耗量逐年增大,开发温和条件下对芳香族硫化物具有优异脱除性能的非加氢脱硫方法对我国汽、柴油标准升级具有重要意义。萃取脱硫法能够在室温常压条件下脱除油品中的芳香族硫化物,且能够通过萃取剂结构设计实现选择性脱硫。综述了近年来离子液体反应型萃取脱硫方法的研究进展,主要探讨了离子液体反应型萃取脱硫方法的原理和萃取作用机制,重点论述了离子液体反应型萃取脱硫方法中离子液体设计、氧化剂类型、外场强化作用、离子液体的分离回收等研究现状,分析了制约反应型萃取脱硫广泛工业化应用的瓶颈,并提出合适的解决策略,以期推动基于离子液体反应型萃取脱硫方法和技术的进一步工业化应用。

    氢氧直接合成过氧化氢用钯基催化剂研究进展
    张眉佳, 吴登峰, 许昊翔, 程道建
    化工学报. 2021, 72(1):  292-303.  doi:10.11949/0438-1157.20201168
    摘要 ( 576 )   HTML ( 11 )   PDF (3753KB) ( 430 )  
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    开发高活性、高选择性的催化剂是实现氢氧直接合成过氧化氢(DSHP)工业化应用的关键。本文系统性地综述了Pd基DSHP催化剂的设计、制备与开发,从催化作用机理、活性组分优化、形貌与尺寸调控、载体选择、制备方法改进、反应添加剂选择、反应环境调节等角度,着重讨论了目前对Pd基催化剂的活性和选择性的优化策略。最后对DSHP用Pd基催化剂的研究进展进行了总结,并对其未来发展前景进行了展望。

    电吸附技术及吸附电极材料研究进展
    卞维柏, 潘建明
    化工学报. 2021, 72(1):  304-319.  doi:10.11949/0438-1157.20201019
    摘要 ( 568 )   HTML ( 31 )   PDF (7292KB) ( 143 )  
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    电吸附技术得益于环保、清洁、简单和节能的技术优势,在海水脱盐淡化及污染物吸附处理领域具有重要的应用潜力。如何构建高电荷容量的吸附电极是构建高效电吸附装置、提高吸附效率的关键所在。本文从电吸附技术原理出发,介绍了电吸附技术吸附储存离子的双电层理论模型,并对电吸附技术的研究进展进行了总结。随后从吸附电极材料制备角度对碳吸附电极、层状金属氧化物吸附电极、复合型吸附电极分别进行综述,对每一类电极材料特点及不足进行了总结,归纳分析了针对各类材料不足之处的解决方案,并基于高效电吸附技术实际应用目标,对吸附电极材料的设计制备进行了展望。

    木脂素的生物合成及其微生物法生产的研究进展
    王炼, 吴迪, 周景文
    化工学报. 2021, 72(1):  320-333.  doi:10.11949/0438-1157.20201089
    摘要 ( 629 )   HTML ( 14 )   PDF (1964KB) ( 289 )  
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    木脂素是一类分布于植物中的次级代谢产物,由两分子苯丙素衍生物聚合而成。木脂素具有抗细菌、抗病毒和抗真菌活性,被广泛用于药物和食品中。目前,木脂素的生产主要依赖于植物提取。植物生长周期长、木脂素含量低等问题,限制了木脂素的商业应用。随着木脂素合成路径和关键酶的不断解析,木脂素的生物催化合成过程受到了越来越多的关注。本文总结了典型木脂素的生物活性、生物合成路径和微生物法生产的研究进展,可以为深入研究木脂素的微生物合成提供参考。

    一/二价离子分离膜材料研究进展
    黄清波, 刘公平, 金万勤
    化工学报. 2021, 72(1):  334-350.  doi:10.11949/0438-1157.20200920
    摘要 ( 692 )   HTML ( 22 )   PDF (7077KB) ( 304 )  
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    一/二价离子分离膜在能源存储和转换、污染监测和控制、清洁工业过程等领域发挥重要作用。本文旨在回顾近年来一/二价离子分离膜材料的研究进展,重点综述聚合物膜、混合基质膜及金属有机骨架和二维材料等新型膜用于一/二价离子分离的研究现状,深入讨论界面聚合、层层组装、沉积、共混等不同制备方法对膜微结构和分离性能的影响,探讨一/二价离子分离膜面临的主要挑战和未来研究方向。

    代谢工程改造解脂耶氏酵母生产脂肪酸及其衍生物
    王凯峰, 王金鹏, 韦萍, 纪晓俊
    化工学报. 2021, 72(1):  351-365.  doi:10.11949/0438-1157.20201043
    摘要 ( 872 )   HTML ( 24 )   PDF (2186KB) ( 570 )  
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    微生物来源的脂肪酸及其衍生物广泛应用于能源、材料和营养化学品等领域,可用于生产航空燃油、聚合物、增塑剂、润滑剂和食品添加剂等。解脂耶氏酵母是一种研究最为透彻的产油脂酵母,具有高产各种脂肪酸及其衍生物的潜力。本文综述了近年来解脂耶氏酵母遗传操作工具的发展,并介绍了通过代谢工程技术改造解脂耶氏酵母生产脂肪酸及其衍生物的进展,在此基础上,展望了通过构建解脂耶氏酵母细胞工厂合成特定脂肪酸及其衍生物的未来发展方向。

    低维纳米受限离子液体的研究进展
    王琛璐, 王艳磊, 赵秋, 吕玉苗, 霍锋, 何宏艳
    化工学报. 2021, 72(1):  366-383.  doi:10.11949/0438-1157.20201146
    摘要 ( 628 )   HTML ( 10 )   PDF (3676KB) ( 586 )  
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    离子液体受限于低维纳米空间时,分子热运动会受到极大限制,导致其结构和性质与三维体相离子液体相比具有显著差异。电场、磁场和温度等外部条件及限域通道的尺寸、表面物化性质和几何形貌等因素会极大地影响低维纳米受限离子液体的微观结构与物化性质。本综述围绕低维纳米受限离子液体的最新研究进展,介绍了常用的实验和理论方法,总结了低维纳米受限离子液体结构和氢键网络的动态调控机理,讨论了不同低维纳米受限离子液体体系的热力学性质、物化性质和结构相变等特性,梳理了低维纳米受限离子液体体系在气体分离、限域催化和超级电容器储能等方面的应用,最后展望了低维纳米受限离子液体未来的前景与挑战。

    金属大环化合物基氧还原电催化剂的研究进展
    郭佳宁, 向中华
    化工学报. 2021, 72(1):  384-397.  doi:10.11949/0438-1157.20201256
    摘要 ( 323 )   HTML ( 11 )   PDF (2568KB) ( 312 )  
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    作为燃料电池的关键反应,阴极电极上的氧还原反应(ORR)的反应动力学缓慢,需要大量昂贵的铂基电催化剂提高反应动力学。然而,铂的价格昂贵、稀缺和耐久性差等问题严重阻碍了燃料电池系统在实际中的广泛应用。因此,发展廉价高活性的非贵金属氧还原反应催化剂是实现燃料电池商业应用关键途径之一。大环化合物基催化剂以其独特的配位结构和高共轭化学性质发展迅速,被认为是铂基材料的潜在替代品。本文总结了近年来金属大环化合物基氧还原催化剂的发展和研究成果,着重探讨了金属大环化合物基氧还原催化剂的设计和制备,并概述了金属大环化合物基氧还原催化剂面临的挑战和未来的发展方向。

    超薄二维材料光/电催化CO2还原的最新进展
    任静, 谭玲, 赵宇飞, 宋宇飞
    化工学报. 2021, 72(1):  398-424.  doi:10.11949/0438-1157.20201297
    摘要 ( 575 )   HTML ( 21 )   PDF (9325KB) ( 260 )  
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    能源短缺和环境污染是全人类面临的巨大挑战,对化石燃料的过度依赖使CO2的排放量急剧增加,如何将过量的温室气体通过清洁的方式转变为燃料或其他高值化学品,已成为全球范围内的研究热点和难点。在过去几十年的研究中,通过太阳能和电化学方法来还原CO2被证明是十分清洁有效的方法,可以有效降低全球碳足迹,实现化石资源的高效利用。近几年来,超薄二维材料(诸如水滑石、氧化物、钙钛矿等)在催化领域的卓越性能引起了人们的广泛关注,其电子结构存在更多的调变可能,并且可以通过修饰其表面,使其在更多催化反应中发挥作用。本文总结了近几年来超薄二维材料在光催化和电催化还原CO2的前沿进展,并总结其调变规律,为设计高效光、电催化剂提供参考。

    聚甲氧基二甲醚研究及应用进展
    魏然, 郑妍妍, 刘昉, 王铁峰
    化工学报. 2021, 72(1):  425-439.  doi:10.11949/0438-1157.20201189
    摘要 ( 928 )   HTML ( 14 )   PDF (1693KB) ( 469 )  
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    聚甲氧基二甲醚(PODEn)具有十六烷值高、含氧量高、挥发性好、无硫及芳香烃等特点,被认为是最具应用前景的柴油调和组分。在柴油或宽馏分油中以合适比例掺混PODEn,能够提高内燃机热效率,降低发动机污染物排放,对改善环境污染及节约能源具有重要意义。PODEn以甲醇及其衍生物为原料,契合我国资源特点且利于优化能源结构调整,是我国新型煤化工发展的重要方向。近几年,PODEn合成及应用得到广泛研究,本文详细介绍了PODEn的特性及应用情况,总结了国内外合成PODEn的常见反应体系及特点,详细分析了PODEn合成反应动力学、机理及聚合产物分布等研究情况,同时介绍了现阶段我国PODEn的产业化情况,为PODEn的进一步研究发展提供指导。

    内酯和环氧烷烃共聚合成聚酯-聚醚共聚物的研究进展
    高宏娟,任伟民
    化工学报. 2021, 72(1):  440-451.  doi:10.11949/0438-1157.20200944
    摘要 ( 486 )   HTML ( 10 )   PDF (1093KB) ( 238 )  
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    脂肪族聚酯作为一种高性能、多用途的生物可降解材料,被认为是具有吸引力的石油基聚合物替代品之一。现有的脂肪族聚酯存在的结构单一、亲水性差以及脆性较强等缺点,限制了其在医药卫生等领域的应用。因此,高效地实现聚酯的改性具有重要的理论研究意义和实际应用价值。其中,将醚类官能团与酯链段相结合得到聚醚-聚酯共聚物是提高聚酯性能的一类行之有效的改性方法。本文综述了内酯和环氧烷烃共聚合成聚酯-聚醚共聚物的研究进展。以共聚物的主链序列分类,分别介绍了嵌段、无规以及交替共聚物的合成方法以及相应聚合物的性质和性能。

    微尺度内液-液传质及反应过程强化的研究进展
    李光晓,刘塞尔,苏远海
    化工学报. 2021, 72(1):  452-467.  doi:10.11949/0438-1157.20201114
    摘要 ( 644 )   HTML ( 23 )   PDF (12910KB) ( 314 )  
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    微化工技术作为一种高效的过程强化技术获得了广泛应用。本文从流动、传递及反应三者之间的耦合机制出发,系统综述了近十五年以来关于微尺度内液-液两相流动与传质过程特征、强化传质的微反应器、评价标准及其在化学品合成与材料制备中的应用等方面的研究进展,并对其未来发展方向进行了展望。

    产电细胞的合成生物学设计构建
    赵贞尧, 张保财, 李锋, 宋浩
    化工学报. 2021, 72(1):  468-482.  doi:10.11949/0438-1157.20201100
    摘要 ( 453 )   HTML ( 10 )   PDF (2495KB) ( 345 )  
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    以产电微生物为核心的微生物电催化系统在能源、环境等诸多领域有着广泛的应用,然而自然环境中野生型产电微生物可利用底物谱窄、底物摄取代谢强度弱,胞内电子池容量小、还原力再生效率差,胞外电子传递速率慢、电子通量小,这已成为限制其工业化应用的主要瓶颈。本文基于产电微生物介导的化学能到电能的能量转化路径,总结阐明了产电微生物的胞内电子生成过程与胞外电子传递机制,系统综述了近五年国内外利用合成生物学增强产电微生物底物摄取利用、强化胞内电子生成、加速胞外电子传递方面的研究进展,并对未来设计构建高效产电细胞研究进行了展望。

    环隙式离心萃取器内部两相流动研究进展
    杨晓勇, 代健, 王炳捷, 严圣林, 杨航, 白志山, 彭冲
    化工学报. 2021, 72(1):  483-494.  doi:10.11949/0438-1157.20201126
    摘要 ( 657 )   HTML ( 7 )   PDF (3834KB) ( 186 )  
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    环隙式离心萃取器是集成液-液混合与液-液分离于一体的高性能萃取设备,其广泛应用于核工业、化工环保、有色冶金、生物医药等领域。离心萃取器具有优异的水力学特性和传质特性,这主要得益于其环隙中的泰勒涡流以及转鼓内的离心分离流等特殊流动。本文主要依据离心萃取器结构和两相流动特点,综述了环隙内气-液界面变化规律、气泡流动特性、液-液两相流型、液滴流动特性,以及转鼓内的气-液界面等方面的研究进展,还总结了环隙螺旋隔板、转鼓径向叶片等结构的优化对于两相流动、混合或分离效果的影响。在后续研究中,可以从离心萃取过程中的液滴分散和聚并机理、三相流动测试及模拟、结构的模型化设计方法等方面开展更加深入的研究。

    硫化镍矿中镍提取技术研究进展
    饶富, 马恩, 郑晓洪, 张西华, 吕伟光, 姚沛帆, 孙峙
    化工学报. 2021, 72(1):  495-507.  doi:10.11949/0438-1157.20201091
    摘要 ( 630 )   HTML ( 13 )   PDF (2265KB) ( 707 )  
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    作为一种战略金属,镍广泛应用于不锈钢、特殊金属合金、二次电池等领域。近年来,随着新能源汽车产业的快速发展以及动力电池正极材料“无钴高镍”发展趋势,对镍的需求量持续攀升。然而,我国镍资源的对外依存度高达86%,供需矛盾日益突出。针对镍冶炼主要原料的硫化镍矿开采、富集较为困难,传统冶炼方法存在回收率低、环境风险高等瓶颈问题,本研究在分析硫化镍矿矿物学特性的基础上,系统综述了硫化镍矿中镍提取技术的研究进展及存在的问题,综合考虑镍的回收率、物质和能量消耗、环境影响等因素,提出了强化硫化镍矿中镍提取技术研发的建议,同时对硫化镍矿中镍提取技术发展趋势进行了展望。

    热力学
    聚合物辅料对阿司匹林结晶动力学影响机制的非平衡热力学建模及预测
    吉远辉, 陈俏, 翁靖云
    化工学报. 2021, 72(1):  508-520.  doi:10.11949/0438-1157.20201192
    摘要 ( 419 )   HTML ( 9 )   PDF (1812KB) ( 150 )  
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    探究聚合物辅料对难溶性药物结晶的影响机制,是指导无定形固体分散体制剂设计和制备中辅料筛选的关键。研究了不同因素(温度、搅拌速率、聚合物浓度、聚合物分子量和聚合物种类等)对阿司匹林晶体生长动力学的影响。首先,采用基于三种不同晶体生长机制的化学势梯度模型结合UNIQUAC活度系数模型,描述和预测了阿司匹林在不同条件下的结晶动力学。进一步分析了不同因素对晶体生长速率常数kt和结晶热力学推动力?μ的影响以及对阿司匹林结晶动力学的影响机制。结果表明,阿司匹林晶体生长速率随着结晶温度、聚合物浓度的增加而降低,随搅拌速率的增加而升高;聚乙烯吡咯烷酮(PVP K25)和羟丙基甲基纤维素(HPMC E3)显著抑制了阿司匹林的晶体生长,在PVP K25和HPMC E3水溶液体系下阿司匹林的晶体生长属于二维成核机制,在纯水和PEGs水溶液体系下晶体生长属于粗糙生长机制。所采用的化学势梯度模型能很好预测不同温度和搅拌速率下阿司匹林的结晶动力学,可有效减少实验所需的人力、物力和财力。研究可为固体分散体制剂制备中聚合物的筛选提供理论研究基础。

    流体力学与传递现象
    连续操作密相流化床颗粒停留时间分布特性模拟放大研究
    兰斌, 徐骥, 刘志成, 王军武
    化工学报. 2021, 72(1):  521-533.  doi:10.11949/0438-1157.20201004
    摘要 ( 515 )   HTML ( 6 )   PDF (1147KB) ( 322 )  
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    采用基于GPU(graphics processing unit)大规模并行的粗粒化CFD-DEM(computational fluid dynamics-discrete element method)方法,耦合多分散、非球形颗粒曳力模型,对连续操作的三维流化床进行了长时间颗粒停留时间模拟。通过对不同尺寸(长度)流化床的模拟发现不同粒径颗粒平均停留时间(mean residence time,MRT)与流化床长度呈线性关系,该关系可以用来预测更大尺寸流化床内的颗粒停留时间。随着流化床长度的增加,不同粒径颗粒MRT的差异变大,说明流化床长度的增加对不同尺寸颗粒的停留时间具有一定的调控能力。

    催化、动力学与反应器
    NiZnCe复合氧化物的制备及其催化氧化正丁烷脱氢性能
    王炼, 万超, 程党国, 陈丰秋, 詹晓力
    化工学报. 2021, 72(1):  534-542.  doi:10.11949/0438-1157.20201041
    摘要 ( 328 )   HTML ( 5 )   PDF (1552KB) ( 153 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    采用溶胶凝胶法制镍锌铈(NiZnCe)复合氧化物催化剂,分别考察了NiZnCe复合氧化物催化剂中Zn和Ce含量对正丁烷氧化脱氢性能的影响。研究结果表明,NiZn0.5Ce0.3催化剂的转化率和烯烃选择性较高。采用H2-TPR、XPS及TPRO的表征方法来揭示催化剂中氧移动循环的不同步骤对催化剂性能的影响。表征结果显示,Ce元素的引入对催化剂的氧移动性产生较大的影响,且催化剂性能与氧容量(参与反应的催化剂中的氧量)呈正相关。此外,Ni与Ce的相互作用导致了Ni阳离子化合价和可接受电子能力的提高,活性Ni更容易吸附活性氧物种,金属与氧气的循环往复反应更活泼。

    溶剂对丁腈橡胶溶解、尺寸、结构和催化加氢的影响研究
    葛冰青, 阴义轩, 王亚溪, 张宏伟, 袁珮
    化工学报. 2021, 72(1):  543-554.  doi:10.11949/0438-1157.20201045
    摘要 ( 1181 )   HTML ( 29 )   PDF (3523KB) ( 641 )  
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    丁腈橡胶(NBR)是由丁二烯和丙烯腈共聚而制得的一种重要的合成橡胶,而由NBR选择性加氢制得的氢化丁腈橡胶(HNBR),不仅保持了NBR原有的耐油和耐磨性,其耐侯性、耐臭氧性等均得到极大改善,被广泛用于武器部件、航天用密封件等领域,是不饱和聚合物化学改性领域的一个重要研究课题。本文采用纳米粒度仪、乌氏黏度计、傅里叶变换红外等表征手段,结合密度泛函理论计算(DFT),系统研究了溶剂性质对NBR在溶剂中的溶解行为、尺寸分布、分子结构及催化加氢性能等的影响。实验结果表明强亲电子溶剂不能溶解NBR,给电子溶剂及部分弱亲电子溶剂能较好地溶解NBR,特别是在酮类溶剂中,NBR粒径小且分布集中。DFT结果表明相比于气相氛围,在所有溶剂氛围中NBR链段里双键的键长均有所增长,且随着溶剂的极性增加而呈增长的趋势,NBR的偶极矩也随着溶剂极性增加而增加。特别是在酮类溶剂中,受溶剂效应的影响NBR分子的HOMO轨道由分子边缘向分子内部移动,表明对链段内部CC双键可能产生积极的影响。加氢结果表明在给电子溶剂中的加氢效果均优于弱亲电子溶剂,但无论选择何种溶剂,对NBR中CC双键的加氢选择性均为100%。该研究为NBR非均相溶液加氢体系中溶剂的筛选提供了理论依据。

    分离工程
    ZIFs椭圆形孔窗的精细调控及糠醛/5-羟甲基糠醛吸附分离性能研究
    赵宇, 石琪, 董晋湘
    化工学报. 2021, 72(1):  555-568.  doi:10.11949/0438-1157.20201071
    摘要 ( 359 )   HTML ( 6 )   PDF (2891KB) ( 109 )  
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    在生物质催化炼制呋喃化合物的过程中,通常得到的是低浓度糠醛(Fur)和5-羟甲基糠醛(5-HMF)的混合物。基于Fur和5-HMF都是椭圆形分子,因此通过设计构筑和调控椭圆形孔窗的吸附剂可以实现Fur和5-HMF的筛分分离。选用二价钴盐和三种烷基取代基团逐渐增大的咪唑配体(2-乙基咪唑/2-eIm、2-丙基咪唑/2-pIm和2-丁基咪唑/2-bIm)合成了三种椭圆形孔窗尺寸逐渐减小的ANA拓扑ZIFs材料:ANA-[Co(eIm)2]、ANA-[Co(pIm)2]和ANA-[Co(bIm)2]。首先解析了这三种ZIFs材料的晶体结构,并对其进行了PXRD、水蒸气吸附、N2吸脱附和SEM等基本表征,然后采用静态吸附和动态柱吸附研究了这三种材料对Fur和5-HMF的吸附分离性能。静态吸附、单组分动态柱吸附以及综合速率模型模拟计算结果显示:ANA-[Co(pIm)2]狭窄的椭圆形孔窗与Fur分子尺寸接近,但小于5-HMF,使得Fur分子可以吸附进入椭圆形孔窗,而5-HMF分子几乎不能通过。进一步在双组分Fur/5-HMF(5%/5%,质量分数)动态柱吸附中,ANA-[Co(pIm)2]对Fur的吸附量为91.7 mg·g-1,不吸附5-HMF。因此,通过改变咪唑配体取代基团精细调控ZIFs椭圆形孔窗尺寸,并利用ZIFs椭圆形孔窗的位阻效应实现了Fur和5-HMF的筛分分离。

    TMCS修饰MFI分子筛膜的制备及乙醇/水分离稳定性的研究
    彭莉, 吴政奇, 王博轩, 王兴, 顾学红
    化工学报. 2021, 72(1):  569-577.  doi:10.11949/0438-1157.20201083
    摘要 ( 497 )   HTML ( 8 )   PDF (3214KB) ( 144 )  
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    采用三甲基氯硅烷(TMCS)作为修饰源对MFI分子筛膜进行表面改性,系统考察了TMCS浓度以及修饰时间对于MFI分子筛膜在分离乙醇/水混合物时的性能影响。SEM、XRD、29Si NMR、FT-IR、接触角实验及分离实验结果表明,TMCS可以与硅羟基反应,嫁接分子筛膜表面,在消除膜表面硅缺陷的同时提高膜的疏水性及膜分离性能的稳定性。随着TMCS浓度以及反应时间的增加,修饰后MFI分子筛膜的通量及分离因子略有下降,但稳定性增强。在TMCS的浓度为0.4%(质量),修饰时间为2 h时,所得到的膜具有最佳渗透汽化分离性能,并可在60℃下分离5%(质量)乙醇/水混合物时保持良好的稳定性。在连续90 h渗透汽化分离过程中,其渗透通量稳定在1.61 kg·m-2·h-1 左右,分离因子保持在20以上。

    用于混合一价盐分离的纳滤膜的制备及性能研究
    刘宁, 褚昌辉, 王乾, 孙世鹏
    化工学报. 2021, 72(1):  578-588.  doi:10.11949/0438-1157.20200955
    摘要 ( 374 )   HTML ( 5 )   PDF (1782KB) ( 194 )  
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    针对有机颜料废水中单价相似离子(例如CH3COO-和Cl-)分离难的问题,以表面活化能与脱水现象协同作用的分离机制为指导,在界面聚合中加入3,5-二氨基苯甲酸(DMA)来调控孔径、电性等性质,制备对醋酸根和氯离子具有高选择性的复合纳滤膜。XPS结果表明DMA参与界面聚合反应,形成疏松选择层;Zeta电位表明膜表面负电性增强。通过pH、操作压力等条件优化,得出0.6%(质量) DMA-TFC膜性能最佳,水通量较未改性复合膜提高44%,对于醋酸钠与硫酸钠的分离比达到15.0。本工作为相似离子分离纳滤膜的设计与制备提供了理论和实践基础,在颜料废水等水处理、物料分离等领域展现了良好的应用前景。

    能源和环境工程
    聚醚砜-聚乙烯吡咯烷酮高温聚合物电解质膜及燃料电池堆性能研究
    张劲, 郭志斌, 张巨佳, 王海宁, 相艳, 蒋三平, 卢善富
    化工学报. 2021, 72(1):  589-596.  doi:10.11949/0438-1157.20200962
    摘要 ( 513 )   HTML ( 18 )   PDF (1153KB) ( 214 )  
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    基于磷酸掺杂聚苯并咪唑膜(PA/PBI)的高温聚合物电解质膜燃料电池具有高的输出功率和优异的稳定性,然而PBI膜昂贵的价格和复杂的制备工艺限制了高温聚合物电解质膜燃料电池的商业化应用。本研究以成本低和制备工艺简单的聚醚砜-聚乙烯吡咯烷酮(PES-PVP)膜的商业化应用为目标,小规模制备了幅宽为40 cm的PES-PVP复合膜,证实了流延法放大制备PES-PVP复合膜的可行性。PES-PVP膜中每个PVP重复单元的吸附量达4.9个磷酸(PA)分子,且在180℃的质子电导率达85 mS·cm-1。此外,尺寸为165 cm2的PA/PES-PVP高温膜电极在150℃的输出功率达0.19 W·cm-2@0.6 V,与同尺寸的商业化PA/PBI高温膜电极的输出功率相当,并在近3000 h的寿命测试中展示出良好的稳定性。最后,将PA/PES-PVP高温膜电极(单片有效面积200 cm2)组装高温膜燃料电池短堆,其中基于3片膜电极的短堆展现出良好的电堆启停稳定性;基于20片膜电极电堆的峰值功率达1.15 kW。以上结果表明所制备的PA/PES-PVP是一种性能优良、价格便宜的高温聚合物电解质膜材料,并且基于该膜材料组装的高温聚合物电解质膜电池和电堆性能优异。本研究工作为高温聚合物电解质膜燃料电池关键材料和电堆的国产化提供了研究基础。

    材料化学工程与纳米技术
    血清白蛋白-铜酞菁纳米粒子用于线粒体靶向光疗
    于富强, 杜健军, 路杨, 马贺, 樊江莉, 孙文, 龙飒然, 彭孝军
    化工学报. 2021, 72(1):  597-608.  doi:10.11949/0438-1157.20201078
    摘要 ( 418 )   HTML ( 12 )   PDF (4701KB) ( 245 )  
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    铜酞菁是一类具有优异光物理性质和良好光热稳定性的染料,在印染、太阳能电池、传感器等领域中应用广泛。血清白蛋白作为血液中主要的转运蛋白,常用于小分子和药物的负载和运输。通过牛血清白蛋白(BSA)和铜酞菁类染料(LGS-CuPc)的自组装,构建了LGS-CuPc-BSA纳米粒子(LGS-CuPc-BSA NPs),研究了其作为光动力和光热一体化试剂在光疗中的作用。在671 nm光照下(800 mW·cm-2),LGS-CuPc-BSA NPs活性氧产率达到23.3%,光热转换效率为36.8%。与LGS-CuPc比较,LGS-CuPc-BSA NPs光动力和光热治疗效果明显提升,且表现出较低的细胞毒性、良好的生物相容性以及在肿瘤细胞线粒体的定位能力,实现对肿瘤细胞的有效杀伤。

    硼高效掺杂LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料及其性能提升机制
    朱华威, 余海峰, 江仟仟, 杨兆峰, 江浩, 李春忠
    化工学报. 2021, 72(1):  609-618.  doi:10.11949/0438-1157.20200836
    摘要 ( 486 )   HTML ( 18 )   PDF (6964KB) ( 168 )  
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    高键能异质原子的高效掺杂是稳定高电压LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM)三元正极材料并提升其电化学性能的有效策略。借助含硼前体在二次颗粒表面富集及随后高温煅烧强化B3+体相扩散的策略,构建了硼离子高效掺杂NCM正极材料(NCM-B)。引入B—O键(键能:809 kJ·mol-1)抑制了电化学反应过程中晶格氧析出,进而稳定材料的氧离子框架;此外,表面残余的高锂离子导体Li2O-B2O3包覆层可以在一定程度上稳定电极-电解液界面。与改性前NCM相比,改性后的NCM-B正极材料在3.0~4.5 V电压区间的可逆比电容量可以达到193.7 mA·h·g-1,在10 C大功率下,比电容量仍保持120 mA·h·g-1(NCM仅为78.2 mA·h·g-1)。1 C下连续循环100圈后,比电容量保持率从73%提升到90%。表面富集和扩散强化的思想也有望实现其他正极材料的高效掺杂。

    一步法制备生物相容油核微胶囊及其可控释放
    石盼, 颜肖潇, 王行政, 冯乐耘, 陈东
    化工学报. 2021, 72(1):  619-627.  doi:10.11949/0438-1157.20201000
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    一步法可控制备生物相容油核微胶囊对工业制备微胶囊及其应用具有重要意义。通过设计微流控器件,成功实现一步法制备尺寸均一可控的生物相容油核微胶囊。利用玻璃毛细管管套管的方法制备了微流控器件。通过外相水凝胶相剪切内相油相得到油核液滴,同时油核液滴和外相水凝胶相在重力作用下脱离管口,形成油核微胶囊,再通过交联水凝胶壳层得到稳定的结构。系统研究了微流控器件结构、内相流速、外相流速等参数对油核微胶囊油核数量、微胶囊直径、壁厚等性质的影响规律。生物相容油核微胶囊作为活性物质的理想载体,可以实现pH改变触发的快速释放和壁厚调节的缓慢释放,为其实际应用奠定了基础。