磁粒子成像示踪剂的研究进展

磁粒子成像是基于功能和断层影像技术检测磁性纳米粒子空间分布的示踪方法, 具有正向的对比信号、 较低的组织背景、 无限的组织穿透深度、 非侵入性成像以及无电离辐射等优点, 是近年来一种很有前途的生物医学成像技术. 磁粒子成像信号是通过在无场点切换磁性纳米粒子的磁自旋矢量来产生的. 磁粒子成像的灵敏度和空间分辨率都高度依赖于作为磁粒子成像示踪剂的磁性纳米粒子本身的磁性能, 因此目前的研究主要集中在磁性纳米粒子的设计和合成上. 本文重点介绍了磁粒子成像示踪剂的最新研究进展, 总结了可作为磁粒子成像示踪剂的磁性纳米粒子的种类、 合成方法、 性能以及生物医学应用, 以期为磁粒子成像的未来研究提供参考.     

热稳定单原子催化剂的理性构筑:从原子级结构到实际应用

80%以上的工业生产过程涉及催化,如化工生产、能源转换、制药和废物处理等等.催化剂的使用显著提高了生产效率,降低了生产成本,为国民经济、地球环境和人类文明的可持续发展做出了很大贡献.为了满足日益增长的生产需求和最大的经济效益,开发高效、稳定、低成本的新型催化剂已成为当务之急.金属中心负载在载体上的负载型金属催化剂因其较好的催化活性和相对较低的金属用量而受到广泛关注.研究发现,负载型结构可增强传热和传质并增加活性金属中心的分散度,从而影响催化性能.此外,负载金属的颗粒尺寸对催化剂的性能有很大影响.迄今为止,科学家们一直在通过减小金属颗粒尺寸和提高原子利用效率来提高催化剂的活性.原子级尺寸的颗粒通常表现出与大尺寸颗粒显着不同的物理和化学性质,而当活性位点的尺寸缩小到单个原子时,单原子催化剂的概念应运而生.对于单原子催化剂,金属原子中心通过配位被载体中的缺陷锚定,从而调整金属原子的电子云分布.这种配位调整使得单原子催化剂拥有与传统催化剂不同的性能.作为催化领域的新前沿,单原子催化剂已经在许多催化反应中表现出前所未有的活性和选择性.然而,许多报道的单原子催化剂在高温环境或长期催化应用中容易受到奥斯特瓦尔德熟化过程的影响,从而导致催化剂烧结和失活.而烧结的原因在于金属原子和载体之间较弱的相互作用.失活催化剂的再生和回收将大大增加工业生产的时间和经济成本.因此,开发具有优异热稳定性的单原子催化剂以满足工业需求是十分必要的.本综述首先总结了近年来关于热稳定型单原子催化剂合成方法的基础研究,并从原子尺度上分析了这些方法所构建的金属中心的结构形态和配位环境.此外,结合近些年的研究中新的表征技术与理论计算手段解释了热稳定性的来源.重点讨论了热稳定单原子催化剂的实际催化应用.分析了热稳定单原子催化剂在热催化应用中的独特作用机理、并尝试为确定催化过程中真正的活性中心以及通过原子级调控手段进行高活性热稳定单原子催化剂的合成提供理论指导.最后总结了热稳定单原子催化剂发展的主要问题,并简要分析了单原子催化领域的研究挑战和发展前景.     

低共熔溶剂的应用研究现状

低共熔溶剂是两种或多种固体或液体物质通过氢键相互作用形成的液体溶剂,其熔点明显低于单一组分的熔点。与传统离子液体相比,低共熔溶剂成本更低,制备更容易,可生物降解,具有100%原子利用率和生物相容性及无毒无害等绿色特性,这些优点使其在许多研究领域被广泛研究。本文介绍了低共熔溶剂的最新分类,综述了低共熔溶剂在电化学、气体吸收、有机合成、功能材料合成、萃取分离、药物增溶及生物质预处理中的应用,并对低共熔溶剂的未来发展进行了展望。     

基于MXenes的功能纤维的制备及其在智能可穿戴领域的应用

在电子信息和物联网技术的推动下,人类对可穿戴电子器件和智能织物的需求愈发突出,功能纤维作为智能可穿戴设备的重要载体,近年来获得快速发展。功能纤维的性能很大程度上取决于纤维的基础构筑单元。过渡金属碳/氮化物(MXenes)作为一种新兴的二维材料,凭借其高电导率、优异的可加工性能、可调节的表面特性以及出色的机械强度等优点,受到了极大的关注,也逐渐成为构筑功能纤维的重要单元。本文将主要综述MXenes的湿化学、熔融盐、无氟试剂刻蚀等方法和力学、电学、光学和化学稳定性等性能,阐述基于该材料制备的功能纤维在传感、储能以及其他智能领域的应用,最后讨论了基于MXenes材料的功能纤维的未来应用前景和技术挑战。     

应用于染料敏化太阳能电池的基于染料R6的含有不同吸电子基团的有机染料的理论研究

Dye-sensitized solar cells (DSSCs) are the most promising alternatives to traditional fossil energy because of their advantages of low production cost, facile structure, relatively low environmental impact, relatively high photoelectronic absorption efficiency, and overall high efficiency. In addition, several studies on sensitizers as vital components have been conducted over the last three decades. Compared to metal dyes, metal-free organic dyes have been considered as promising candidates because of their simple fabrication, multiple structures, high molar absorption coefficients, easily tunable properties, and environmental friendliness. In this study, we systematically investigated the optoelectronic properties of six metal-free organic donor-acceptor dyes (RD1–6) derived from the known dye R6 by using the density functional theory (DFT) and time-dependent DFT methods. Cell performance parameters were discussed, including the geometrical and electronic structures, absorption spectrum, adsorption energy, light harvesting efficiency (LHE) curve, predictive short circuit current density (J_sc^Pred.), predictive open circuit voltage (V_oc^Pred.), and theoretical power conversion efficiency (PCE). Results revealed that all the designed dyes exhibited high theoretical PCE. In particular, dyes RD1, 2, and 4–6 showed greater conjugations, and dyes RD1–3 had smaller energy gaps than those of the reference dye. In addition, dyes RD1–3, 5, and 6 exhibited better light harvesting capacities that covered the entire visible region and extended to the near-infrared region with obviously red-shift maximum absorption wavelengths (λ_max), wider LHE curves, and higher J_sc^Pred. as compared to the reference dye. It was critical that dyes RD1 and 2 not only have greater conjugations and narrow band gaps but also good light harvesting capacities with more than 56-nm red-shift maximum absorption wavelengths and broadened LHE curves than those of the reference dye. Notably, mainly because of an average increment of 12.0% of J_sc^Pred., a remarkable increment of the theoretical power conversion efficiency was observed from 12.6% for dye R6 to 14.1% for dyes RD1 and 2. Thus, dyes RD1 and 2 exhibited superior cell performances and could be promising sensitizer candidates for highly efficient DSSCs. These results could be used to guide effective synthetic efforts in the discovery of efficient metal-free organic dye sensitizers in DSSCs.     

基于创新能力培养的化学专业本科实验教学新体系的构建与实践

课程体系是人才培养的载体。为了更好地培养拔尖创新人才,南京大学化学国家级实验教学示范中心依据化学学科的特点和发展趋势,以科学内容的内在联系和研究规律为主线构建了“化学实验基础?化学合成与表征+化学原理与测量?化学功能分子实验+化学生物学综合实验+基于项目的研究实验”实验课程新体系,按照一流课程建设要求(高阶性、创新性和挑战度)对实验教学内容进行了优化,并建立起与之相适应的实验教学平台。新课程体系综合考虑了化学一级学科的整体性和关联学科的交叉性,在南京大学化学化工学院“拔尖计划”和“强基计划”学生中实施,教学效果显著。     

线上线下混合式物理化学实验研究型教学改革

针对目前实验教学在创新型人才培养中存在的问题,介绍了北京航空航天大学化学学院物理化学实验教学的改革与实践情况。结合线上教学灵活、不受时空限制,以及线下教学培养学生动手操作能力和严谨求实的科学素养的特点,从递进式教学内容设计、个性化实验操作指导和训练、科研式论文报告总结、针对性展示和专题分析等方面进行了线上线下混合式研究型教学改革。将理论方法、虚拟操作、实际训练和总结提升等相结合,充分发挥教师指导和学生主体的优势,多维度培养和提升学生的科学素养、创新思维和综合创新能力,为提升实验教学质量和促进创新型人才培养提供了有益的借鉴。     

持续推进人才培养基地建设实现化学创新人才高质量培养

吉林大学化学学科自建立伊始,以创新型化学及相关交叉学科人才为根本目标,历经1993年开始的国家理科基础科学研究和教学人才培养基地建设、2009年开始的“基础学科拔尖学生培养试验计划”实施、2020年的“基础学科拔尖学生培养计划2.0基地”建设与基础学科招生改革试点(强基计划)的实施,通过近30年化学基地的持续建设,形成了具有吉大特色的以“厚基础、强能力、会创新”的化学创新人才培养模式。围绕基地持续建设过程中如何针对学科发展以及学生知识结构的变化,不断推进拔尖班、强基班的教学管理模式与课程体系建设,打造高水平师资队伍、加大优质课程建设、探索国家化培养模式等进行介绍。     

打造学科交叉国际育人平台 推动化学学科原始创新:吉林大学未来科学国际合作联合实验室*

学科交叉融合是前沿重大科学研究的重要特征,是学科原始创新及新学科产生的重要路径,更是拔尖创新人才培养的重要模式。学科交叉融合的根本目的在于打破传统学科之间的壁垒,运用知识的融通培养拔尖创新人才、开展跨学科研究创造新知识、解决前沿重大现实问题等。吉林大学未来科学国际合作联合实验室充分利用学科交叉培养人才的优势,整合化学学科和校内外、国内外优质资源,搭建多学科交叉科研平台,构建“大师-大平台-大学科”育人机制,产出原创性成果,促进化学学科原始创新。     

基于实践创新素养发展的高中教学设计——以“合成高分子”为例

实践创新素养是中学生核心素养的重要组成部分。以选择性必修模块3中“合成高分子”内容为例,以“棉粮争地”问题为背景,以项目式研究的形式在化学课堂上进行实践创新素养的教学尝试,并取得较好的结果。同时还引入了班内分层教学的尝试,为因材施教进行了有效的尝试。