串联型氮杂-迈克尔加成/分子内亲核取代反应构建1,3-硅杂四氢吡啶环

开发了2-硅-1,3-碘代对甲苯磺酰胺试剂。该试剂在碳酸钾促进下,可与炔酯以及烷基、芳基和杂环取代的炔酮发生串联型氮杂-迈克尔加成/分子内亲核取代反应,以中等至优秀的收率(40%~90%)得到相应的1,3-硅杂四氢吡啶产物。通过该方法,合成了16个结构新颖的1,3-硅杂四氢吡啶,其结构经¹H NMR,¹³C NMR和HR-MS(ESI)表征。      

2,7-二芳基呫吨螺芴二醇衍生物的合成

以2,7-二溴-9-芴酮、间苯二酚和苯硼酸的衍生物为原料,经过环化、羟乙基化和Suzuki偶联等3步反应,设计并合成了一系列2,7-芳基呫吨螺芴二醇衍生物,通过红外光谱、核磁光谱（¹H NMR, ¹³C NMR）、元素分析等表征了化合物的结构。折光率和紫外可见光谱测试结果表明:与2,7-无取代基的呫吨螺芴二乙醇衍生物相比,目标化合物具有更高的折光率(1.66~1.68)和良好的透光率,有望作为聚碳酸酯光学树脂的二醇单体,应用于光学透镜、光学膜等领域。     

新型氮杂环卡宾催化剂的合成及其在烯烃的自由基氟烷基酰化反应中的应用研究

以环庚酮及环己（庚）胺为起始原料,经溴代、环化、脱硫等反应,以良好的收率合成了环烷基取代的新型噻唑骨架的氮杂环卡宾催化剂。结果表明,在该催化剂催化下成功地实现了烯烃的自由基氟烷基酰化反应,以中等的收率完成了三种类型的γ-氟烷基取代酮的高效合成。所得化合物通过¹H NMR, ¹³C NMR, ¹⁹F NMR和HR-MS（ESI-TOF）进行表征。     

吸电子和亲水性Co-卟啉促进电催化氧还原反应的研究

研究影响电催化氧还原反应活性的因素对于合理设计高效的氧还原反应催化剂至关重要。调节催化剂电子结构通常被用于精确调控电催化氧还原反应活性。然而, 该反应发生在液/气/固界面, 很少有报道调控分子催化剂的亲疏水性来提高其催化活性。在此, 我们报道了两种钴卟啉NO₂-CoP（5,10,15,20-四（4-硝基苯基）钴卟啉）和5F-CoP（5,10,15,20-四（五氟苯基）钴卟啉）并研究了其电催化氧还原反应性能。通过同时调控meso-位取代基的电子结构和亲水性能, NO₂-CoP显示出比5F-CoP更高的电催化氧还原反应活性, 其半波电位向阳极方向移动近60 mV。NO₂-CoP比5F-CoP具有更好的亲水性。理论计算表明, NO₂-CoP比5F-CoP更容易有效地与O₂分子结合形成Co^III-O₂^·-。这项工作提供了一个简单而有效的策略, 通过使用吸电子和亲水取代基来提高钴卟啉的氧还原反应活性。该策略对于设计和开发其他用于电催化的分子催化剂体系也具有重要的启发意义。     

电化学合成纳米材料和小分子材料在电解制氢领域的应用

氢气是一种清洁、高效、可再生的新型能源,并且是未来碳中和能源供应中最具潜力的化石燃料替代品。因此,可持续氢能源制造具有极大的吸引力与迫切的需求,尤其是通过清洁、环保、零排放的电解水方法。然而,目前的电解水反应受到其缓慢的动力学以及低成本/能源效率的制约。在这些方面,电化学合成通过制造先进的电催化剂和提供更高效/增值的共电解替代品,为提高水电解的效率和效益提供了广阔的前景。它是一种环保、简单的通过电解或其他电化学操作,对从分子到纳米尺度的材料进行制造的方法。本文首先介绍了电化学合成的基本概念、设计方法以及常用方法。然后,总结了电化学合成技术在电解水领域的应用及进展。我们专注于电化学合成的纳米结构电催化剂以实现更高效的电解水制氢,以及小分子的电化学氧化以取代电解水制氢中的析氧共反应,实现更高效、 增值的共电解制氢。我们系统地讨论了电化学合成条件与产物的关系,以启发未来的探索。最后,本文讨论了电化学合成在先进电解水以及其他能量转换和储存应用方面的挑战和前景。     

用纳米羟基磷灰石@多孔碳构建锂硫电池高效反应界面

由于正极活性物质硫具有能量密度高、成本低廉和储量丰富等优点,锂硫（Li-S）电池受到了人们的极大关注。然而,锂硫电池充放电过程中产生的多硫化锂的“穿梭效应”严重阻碍了其实用化进程。为了解决这个问题,本研究借助动物软骨的组成和结构特点,制备了纳米羟基磷灰石@多孔碳（nano-HA@CCPC）复合材料,并以此设计了面向正极的锂硫电池隔膜涂层。研究表明,纳米羟基磷灰石不仅对多硫化物具有吸附固定作用,并且对多硫化锂的转化具有催化作用,加快了多硫化锂的氧化还原动力学,有效地提升了活性物质硫的利用率。另外,软骨基碳复合材料的多孔结构形成了很好的导电网络,为电化学反应提供了优良的电子传导路径;也有利于电解液的浸润,加快了离子传输;碳的氮原子掺杂进一步限制了多硫化物的穿梭效应。因此,采用nano-HA@CCPC隔膜涂层的锂硫电池表现出较长的循环寿命、低的容量损失以及高的倍率性能。在0.5 C下,循环325次后,电池仍然能保持815 mAh·g^-1的放电比容量,并且每次的容量衰减率仅为0.051%。nano-HA@CCPC的设计制备将为锂硫电池的发展提供新材料。     

狄尔斯-阿尔德反应催化剂

狄尔斯-阿尔德(Diels-Alder)可以构建结构丰富的有机化合物,被认为是现代有机化学中的基石反应之一。自1928年被发现以来,Diels-Alder (D-A)反应得到了深入发展,这主要是由于该反应能够产生六元环结构,可以一步反应得到具有四个立体中心的产物,从而大大增加分子的复杂性。这种特殊的转化已广泛应用于复杂天然产物的合成、药物化学以及材料科学等领域。近十年,大量天然生物酶(如SpnF、MaDA等)被发现可用于体外单独催化D-A反应,同时,大量的非酶催化剂(如路易斯酸、过渡金属与配体复合物等)也被应用于催化D-A反应。本文主要从D-A反应催化剂的类型分类,对近年来天然酶、酸、过渡金属、电催化等参与的D-A反应进行简要概述,同时对催化剂所存在的问题和局限性进行总结,并对今后发展做了展望。     

浅析高分子树脂无溶剂生产技术中的高分子凝聚态相关化学问题

在没有溶剂介质参与的高分子聚合反应中,高分子凝聚态的变化与化学反应之间的作用关系变得更加直接。以熔融聚合、反应挤出、固相聚合为代表的高分子树脂无溶剂生产技术是集高分子树脂合成、材料加工制备及工程一体化的新兴科学与技术,是当代材料科学领域发展的前沿领域,代表着高分子树脂生产技术发展的必然趋势。本文将上述这三种典型的树脂工业合成技术及相应机理进行了简要的介绍,并分别以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚乳酸(PLA)的实际生产研究情况为例,展示三种生产技术之间的相互联系,揭示这三种无溶剂型高分子制备技术过程中出现的高分子凝聚态变化与化学反应之间的基本问题,为广大科研工作提供一些有价值的参考。     

钴铁水滑石基材料在电催化析氧中的应用

析氧反应(OER)是电催化裂解水、二次金属-空气电池和可再生燃料电池等绿色可持续能源储存和转化技术中的关键步骤,但其较高的势垒和迟滞的动力学过程限制了反应的效率。因此,设计开发高效、稳定的非贵金属催化剂是新能源领域面临的挑战之一。钴铁水滑石(CoFe LDH)材料具有独特的二维层状结构、丰富多变的化学组成、高分散的金属阳离子、优异的稳定性和成本低廉等优点,在OER反应中有广泛的应用前景。但不良的导电性和有限的活性位点阻碍了CoFe LDH的工业化应用。本文首先介绍了CoFe LDH的结构并阐述了其OER反应机理,接着总结了CoFe LDH的制备工艺,并详细综述了近年来提升其 OER性能的改性策略:插层剥离、空位制造、材料复合、离子取代和衍生物等。最后讨论了水滑石材料现阶段存在的问题和未来在能源转化和利用领域的发展方向。     

零价铁去除水中(类)金属(含氧)离子技术发展的黄金十年(2011-2021)

应用零价铁(ZVI)去除水中(类)金属(含氧)离子是近年来研究的热点。在ZVI除污染过程中,同步提升ZVI除污的反应活性与电子效率对该技术进一步推广应用至关重要。本文综述了近十年(2011-2021年)ZVI的提升技术,主要涉及硫化、外加弱磁场、投加Fe²⁺、投加氧化剂以及其他新型技术。从不同体系广谱研究以及单一体系具体研究的角度,系统分析了这些技术对ZVI去除含氧水体中(类)金属(含氧)离子的反应活性、去除容量、电子效率的提升表现及作用机制。最后,对ZVI技术未来的研究方向作出了展望,以期促进ZVI技术的进一步完善与发展。本文有望为增强零价铁去除污染物的实际效能提供新的探索方向并完备相关理论基础。