材料化学展望

本文论述材料是现代科技的物质基础，新材料的研制、开发和应用，推动着社会文明的进步。在材料科技发展中，有关学科互相交叉渗透、改革和开放的必要性；化学理论和化学反应技术的重要作用。     

生物矿化中的凝聚态化学

不同于研究体相或分子与分子之间的常规化学,凝聚态化学重点关注的是多层次结构的凝聚态物质,主要研究凝聚态物质的化学性质与功能、构筑机制、凝聚态物质之间的反应以及结构与功能间的关系,也是生物矿化研究中特别感兴趣的科学问题。生物矿化是通过有机基质调控无机矿物的生成,构筑具有多层次结构和特殊功能(如保护、传感和运动等)的生物凝聚态物质。研究生物矿化中的化学构筑与结构-功能关系,通过仿生矿化可以设计并制备具有类生物矿物结构和先进功能的仿生凝聚态材料。本文从凝聚态化学的角度介绍生物矿化和仿生矿化领域的概况以及取得的重要成果和新认识,重点综述了本课题组近年来受生物矿化启发,基于无机离子寡聚体的仿生新材料构筑和功能方面的研究成果。相信生物矿化将为新兴凝聚态化学的研究和发展提供良好参考,同时从凝聚态化学的新高度看待和指导生物矿化,也将促进生物矿化研究走向新的台阶。     

高压条件下的凝聚态化学

本文介绍了高压条件对凝聚态物质电子结构和晶体结构的影响,其中包括高压对元素外层电子结构、能带结构和晶体缺陷的影响,高压导致的原子配位数的增加、元素非正常氧化态、结构相变和态变.同时从十个方面介绍了高压条件下凝聚态物质间的化学反应,最后对高压条件下凝聚态化学未来的发展做了展望.     

凝聚态化学视角下的生物矿化

凝聚态化学是研究凝聚态材料的合成、组分、结构、性能、相互作用及相关化学反应等多个领域的一门学科。近年来对生物矿物这种特殊的天然凝聚态材料不断深入的探索,极大扩展了凝聚态化学原有的研究视野。这些生物矿物常通过非经典的方式,在温和而复杂的体内甚至体外环境中形成;它们具有长期进化筛选出的跨尺度多级组织结构,充分利用了材料微观形态和不同凝聚态材料间的表、界面相互作用,因此具有非常优异的性能。本文通过分析生物矿物形成和转化过程中涉及的几种特殊机制,阐明真实环境条件下凝聚态材料合成和凝聚态化学反应的一些新特征。同时,还将介绍由生物矿物相关研究推动的凝聚态化学的实际应用。最后,对该领域未来需要解决的问题和重要发展方向做出展望。     

离子液体的凝聚态化学研究

离子液体是可以替代传统溶剂实现高效、低碳、清洁、循环新过程新技术的新型溶剂,在完成“双碳”目标中具有重要的应用价值。同时,离子液体是一种典型的“软凝聚态物质(软物质)”,对它的认识和应用依赖于对其内部多尺度微观结构的研究,这需要以“凝聚态化学”的思想作为未来的研究方向,即对离子液体体系的组成、结构、性质、功能及它们之间的内在关系进行多层次的研究,进而实现对实际应用体系中传递过程和反应过程的调控。在本文中,我们以“凝聚态化学”的视角简要综述了对离子液体的研究。首先介绍了离子液体的化学结构和物理性质,指出理解离子液体性质的变化必须要研究其内部的结构。然后,我们介绍了离子液体从分子层面到纳微尺度的结构,包括离子对、氢键、氢键网络、团簇、界面结构和纳米限域结构。最后,我们对离子液体“凝聚态化学”研究的未来进行了展望。     

高分子凝聚态结构与化学

高分子凝聚态的研究是高分子科学中的重要内容,在高分子凝聚态的形成机制及对宏观物理性能的影响方面已形成了较为系统的理论和应用实践基础,但在高分子凝聚态的化学性质方面虽有较多的研究工作,却鲜有系统性的归纳总结。凝聚态化学概念的提出,有助于科研人员更深入、系统地研究高分子聚集态结构与其化学性质之间的关系及相关规律。本文以高分子凝聚态为讨论对象,对高分子凝聚态化学性质的一些代表性研究工作进行了归纳和整理,内容包括:(1)高分子结构化学对高分子凝聚态的影响;(2)高分子凝聚态结构对进一步化学反应的影响;(3)高层级凝聚态的化学性质及其对化学反应的影响。希望通过对上述研究工作的实例分析和探讨,为科研人员从化学性质变化的角度去理解和开展高分子凝聚态的研究提供一些参考和启示。     

聚糖化学合成的挑战和可能的凝聚态化学问题

聚糖是自然界含量最丰富的有机高分子,是各类生命体中重要的结构支撑和能量储存物质;而且,细胞表面的聚糖在细胞识别、分化、发育、癌变和免疫等生命过程中发挥重要作用。相比于核酸和蛋白质,对于聚糖类功能的研究远远落后,这与难以获取结构明确的聚糖及缺乏在体内精确操控聚糖的手段相关。聚糖的合成化学在最近几十年里得到了飞速发展,为聚糖,特别是寡聚糖的结构和功能研究提供了强有力的工具。然而,相比于核酸和蛋白质的合成,聚糖的合成仍然效率低下,特别是对于其中一些具有特殊结构糖链的合成仍然是挑战性的课题。在聚糖的合成实验中,经常会出现意外的结果,多种因素可能影响特定糖苷键的合成效率和立体选择性。聚糖分子可以通过分子间非共价作用力形成聚集体,从而影响合成。特别是在脱除保护基的过程中,聚糖分子溶解性的巨大变化对反应历程产生决定性影响。这些由于聚集体形成而对反应性的影响尚没有深入研究;在具体合成中,仍然需要通过实验的不断试错来完成聚糖的合成。另外,生命体中的聚糖和糖缀合物也通过形成超分子结构来发挥功能。因此,研究聚糖和聚糖合成中的凝聚态化学具有重要意义。     

关于高分子凝聚态物理学范式的思考

每门成熟科学必然都存在一个范式,体现该门学科特殊的内在结构、基本理论框架,界定研究范围.但迄今为止,发展迅猛的高分子凝聚态物理学的范式尚未形成.本文梳理、总结了近二、三十年来高分子凝聚态物理学的重要成果,阐述并强调了软凝聚态物质、自相似、分形、标度律、关联效应、溶致凝聚、熵致相变、布朗运动、多体效应和对称破缺等基本概念及其意义,指出探究和凝练高分子凝聚态物理学的范式是摆在当前高分子物理学家面前亟待解决的问题.     

凝聚态物质的冲击波化学及其应用

介绍了凝聚态物质冲击波化学近年来的发展概况。文中简单介绍了冲击波引起的化学反应的某些特点。列举了一些可能的应用,包括:超硬材料的合成,高技术陶瓷材料的制备和加工,非晶态金属的压实,无机物质的活化与合成,对有机物质引起的反应等。     

机械研磨条件下凝聚态有机合成探究

通过研磨、剪切、拉伸等方式获得的机械力能促进化学反应,为合成化学开辟了新方向.机械研磨技术作为绿色无溶剂合成方法,应用前景广泛.本文综述了机械研磨技术应用于固态、黏稠状混合物等凝聚态下的有机合成反应,展望了机械研磨技术在有机反应中的发展前景.与传统液相反应相比,其不需要溶剂,具有反应效率高、反应时间短、选择性好、后处理...     

无溶剂或少溶剂的固态化学反应

根据热力学,固态化学反应一般具有一旦发生就必完全的特征;但在固体之间存在组成可连续变化的溶液(固熔体)时,固态化学反应体系有可能出现化学平衡。固态化学反应还可能导致立体选择性产物、产物颗粒不易长大、最低反应温度等特征。本文特别指出,为了促进固态化学反应快速、有效、安全地发生,可使用少量溶剂而不用担心固态化学反应无平衡特征的丧失,同时获得良好流动性的反应物浆料,并因此能使用适当的搅拌技术来促进反应;其次,任何复杂的固态化学反应都可以分解成若干双组分反应,可以按一定步骤实现复杂化合物的合成或装配。因此,研究固态化学反应可能会产生更加绿色的化学过程,具有非常现实的理论和应用价值。本文以固态配位化学反应为例来说明如上理论推演结果。这里,固态配位化学反应是固体无机金属化合物与固体有机或无机配体之间的化学反应,它们与固态有机化学反应一样,可以在室温~300 ℃的温度下、不存在任何溶剂的情况下发生。     

Ultrasonic Mastering of Filter Flow and Antifouling of Renewable Resources

Inadequate access to pure water and sanitation requires new cost‐effective, ergonomic methods with less consumption of energy and chemicals, leaving the environment cleaner and sustainable. Among such methods, ultrasound is a unique means to control the physics and chemistry of complex fluids (wastewater) with excellent performance regarding mass transfer, cleaning, and disinfection. In membrane filtration processes, it overcomes diffusion limits and can accelerate the fluid flow towards the filter preventing antifouling. Here, we outline the current state of knowledge and technological design, with a focus on physicochemical strategies of ultrasound for water cleaning. We highlight important parameters of ultrasound for the delivery of a fluid flow from a technical perspective employing principles of physics and chemistry. By introducing various ultrasonic methods, involving bubbles or cavitation in combination with external fields, we show advancements in flow acceleration and mass transportation to the filter. In most cases we emphasize the main role of streaming and the impact of cavitation with a perspective to prevent and remove fouling deposits during the flow. We also elaborate on the deficiencies of present technologies and on problems to be solved to achieve a wide‐spread application.     

1100 ℃合成La2/3Ca1/3Mn1-xCuxO3低场庞磁电阻效应

采用溶胶-凝胶法制备了La2/3Ca1/3Mn1-xCuxO3系列样品.实验研究了系列样品的电输运性质、高温导电机制和低场磁电阻效应.结果发现样品高温下导电遵从Mott变程跳跃机制;在0.3 T的磁场下,绝缘体-金属转变附近磁电阻(MR0=[R(H=0)-R(H)]/R(H=0))由没有掺杂时的2%增加到4%Cu掺杂时的80%;实验同时发现与颗粒晶界有关的磁电阻也有实质性的提高.实验结果表明少量的Cu掺杂可以大大提高低场磁电阻效应.     

La0.67-xErxSr0.33MnO3 (0.00≤x≤0.20)体系的磁电特性和低温电阻率反常

实验研究了La0.67-xErxSr0.33MnO3(x=0．00，0．10，0．20)体系的M-T曲线、ρ-T曲线和MR-T曲线。结果发现：随掺杂量增加，体系的磁结构从长程铁磁有序向自旋团簇玻璃态过渡，极低温区出现M-T曲线上翘；体系的电阻率随掺杂量的增加而增加，并出现低温极小值现象。体系磁电性质的变化来源于掺杂引起的额外磁性耦合，以及晶格畸变和局域磁矩引起的类似于磁性杂质对电子自旋散射造成的近藤效应(Kondo Effect)。     

Pr0.15TbxDy0.85-xFe2 内禀磁致伸缩的测量

对稀土金属间Laves相赝二元化合物进行X射线衍射分析。其(440)峰出现劈裂，由(440)峰劈裂的程度可以确定内禀磁致伸缩的大小。本文采用X射线衍射的方法对Pr0．15TbxDy0．85-xFe2系列粉末样品的(440)峰步进扫描，并对扫描结果进行拟合，对拟合得到的两组双线峰之间的间距计算得到内禀磁致伸缩λ111,拟合曲线与实验点符合很好，结果表明Pr0．15TbxDy0．85-xFe2的内禀磁致伸缩随Tb含量的增加而增加，并且用0．15的Pr替代Dy后，在x=0．3时，Pr0．15TbxDy0．85-xFe2的内禀磁致伸缩λ111比Tb0.27Dy0.73Fe2的内禀磁致伸缩λ1ll大。