单原子催化材料在电化学氢循环应用中的研究进展

单原子催化剂(SACs)是一类仅含有孤立的单个金属原子作为催化活性中心的催化材料. 由于其具有100%的原子利用率、 独特的化学结构及优异的催化活性等优点, 近年来在电化学催化和电能转换设备领域备受关注. 本文综合评述了单原子催化材料的设计理念、 合成方法和表征方法, 同时对其在氢电化学循环 (电解水制氢和氢燃料电池领域)的实际应用进行了系统介绍, 并对单原子催化材料的研究和应用前景进行了展望.     

单原子催化剂在电化学合成氨中的理论研究进展

传统Haber-Bosch工艺合成氨需要大量的能源消耗和复杂的工厂基础设备。在可再生能源的推动下,将氮气电化学还原为氨被认为是替代Haber-Bosch工艺最有效的方法,这在科学界引起了极大的关注。然而,这个过程受到氨产量和法拉第效率低的影响,因此开发更有效的电催化剂对其实际应用至关重要。在之前报告的催化剂中,单原子催化剂（SACs）在高效利用原子和不饱和配位方面表现出显著优势,这为优化催化剂性能提供了巨大的空间。文章综述了单原子催化剂在电化学合成氨中的理论研究,详细分析了贵金属催化剂、非贵金属催化剂和非金属催化剂这3类单原子催化剂的性能表现,旨在为电化学合成氨技术的发展提供理论参考。     

单原子纳米酶在生物医学中的应用

新近发展的单原子纳米酶(SAzymes),兼具纳米材料与酶的特性,可以精确模仿天然酶结构,在生物传感、疾病治疗等领域有着广泛的应用.SAzymes具有均匀分散的单原子结构和良好的配位环境,表现出显著的催化活性和稳定性.本文综述了近年来SAzymes在生物医学领域的应用,包括生物传感、肿瘤治疗、抗菌和抗氧化,并展望了 S...     

单原子催化剂在电化学中的研究进展

目前单原子催化剂的研究呈现爆发式增长, 已然成为材料科学和催化领域的明星材料和研究热点. 前期报道的单原子催化剂研究主要针对某一个应用方向进行探讨, 较少研究催化剂的双功能或多功能应用. 近年来, 为了拓展单原子催化剂在更多领域和方向的应用, 具有双功能甚至多功能的单原子催化剂的设计开发备受关注. 本文综合评述了近年来具有双功能活性的单原子催化剂的研究进展, 重点介绍了其在电化学领域中的最新应用研究. 最后, 对具有双功能活性的单原子催化剂发展研究中存在的问题进行了简要分析, 并对未来发展前景进行了展望.     

基于石墨烯修饰电极的电化学生物传感

石墨烯是一种具有单原子厚度的二维碳纳米材料,具有大的比表面积、高的导电性和室温电子迁移率,以及优异的机械力学性能.石墨烯还具有电化学窗口宽,电化学稳定性好,电荷传递电阻小,电催化活性高和电子转移速率快等电化学特性.化学修饰石墨烯,特别是氧化石墨烯(GO)和还原氧化石墨烯(rGO),可以被宏量、廉价地制备出来.它们具有可加工性能,可以被组装、加工或复合成具有可控组成和微结构的宏观电极材料.因此,石墨烯及其化学修饰衍生物是用于电化学生物传感的独特而诱人的电极材料.例如,GO是一种化学修饰石墨烯,也是石墨烯的重要前驱体;其边缘具有大量的羧基可用于共价固定酶,从而能实现酶电极的生物检测.在GO上的不可逆蛋白吸附也可以促进蛋白质的直接电子转移以提高其电化学检测性能.但是,GO大量的含氧官能团破坏了石墨烯本征的共轭结构,降低了其电学性能并限制了其实际应用.GO可以通过化学、电化学、热还原等技术转化成rGO,从而能部分修复其共轭结构,提高其导电性与传感性能.另一方面,石墨烯是一种零带隙材料;原子掺杂可以调控其能带结构,提高其电催化性能.石墨烯材料也常常需要通过与其它功能材料的复合进一步改善其可分散与可加工性能,提高其电催化活性和电化学选择性.本文综述了本征石墨烯(包括GO,rGO和掺杂石墨烯)以及石墨烯与生物分子、高分子、离子液体、金属或金属氧化物纳米粒子等复合材料修饰电极在检测各种生物分子方面的研究进展,并对该研究领域进行了展望.     

有机磷毒剂的电化学传感研究进展

有机磷毒剂是一类含磷（膦）酸或磷（膦）酸酯类高毒有机物及其衍生物的统称,能破坏正常神经传导,造成神经系统损伤,在军事行动和农业生产等方面的非常规使用给人类生存发展带来了严重威胁。电化学传感技术以其设备简便、灵敏度高、响应速度快等优点展现了实地传感有机磷毒剂的巨大潜力。总结了近几年有机磷毒剂的电化学传感相关研究报道,依据检测原理差异性将其分为4类：直接检测法、电化学酶法、电化学免疫法和电化学发光法。分析了各种方法的检测机理和优缺点;介绍了不同传感方法对工作电极修饰材料的要求;比较了不同电极修饰材料对方法检出限和线性范围的影响;阐述了电化学与生物技术结合检测有机磷毒剂的研究进展。电化学酶法和电化学免疫法具备选择性好和适用范围宽等优点,进而提出了纳米酶、纳米抗体和多维修饰材料结合传感检测含磷毒剂的新思路。     

异原子配位结构碳基单原子电催化剂结构与性能相关性的研究进展

单原子催化剂是一类以相互孤立的单个金属原子作为催化活性中心的、 具有高原子经济性及高活性的负载型催化剂, 被广泛应用于能源电催化领域. 近年来, 通过使用两种或两种以上原子与活性中心金属原子配位, 构建具有异原子配位结构的单原子材料, 展现了优异的电催化性能. 研究发现, 这种不对称的配位结构有效调控了中心金属原子的电子结构, 优化了催化反应的吸附和脱附能量, 提高了电催化的性能. 本文综合评述了具有异原子配位结构碳基单原子电催化剂的合成策略、 表征技术与方法, 以及在前沿能源电催化应用中的催化剂性能与结构之间的构效关系, 并展望了异原子配位结构碳基单原子电催化剂的研究前景.     

单原子材料类酶催化及生物医学应用研究进展

纳米酶因其经济、 稳定、 性质可调和可循环利用等诸多优势, 成功地克服了天然酶在实际应用中的不足. 单原子材料的出现使得对纳米酶的研究迈入原子水平, 其较高的原子利用率、 独特的配位环境和较强的金属-载体相互作用为揭示纳米酶构效关系及调控类酶活性提供了可能. 本文总结了近年来单原子材料类酶催化的研究进展, 重点讨论了单原子材料类酶活性的调控策略和催化机理, 概述了单原子类酶材料在癌症治疗、 抗氧化治疗、 抗菌以及生物传感等方面的应用, 并对单原子类酶材料的发展前景进行了展望.     

吡啶二羧酸修饰的稀土嵌入碲钨酸盐的合成及电化学生物识别性质

在乙酸钠水溶液中, 采用微波加热一步自组装策略合成了一系列罕见的2,6-吡啶二羧酸修饰的稀土嵌入Keggin型碲钨酸盐(PTEA)₇H₃K[RE₂(B-α-TeW₉O₃₃)₃W₃O₅(H₂O)₃(HDPA)]·22H₂O[RE=Ce³⁺(1), Pr³⁺(2), Nd³⁺(3), Sm³⁺(4); H₂DPA=2,6-吡啶二羧酸; PTEA=质子化的三乙醇胺]. 化合物1~4的聚阴离子由3个三缺位Keggin型 [B-α-TeW₉O₃₃]^8-构筑块通过1个{RE₂W₃O₅(H₂O)₃(HDPA)}¹³⁺异金属簇连接而成. 该异金属簇中, 2,6-吡啶二羧酸作为四齿配体与2个稀土离子(RE1和RE2)配位形成平面三杂环结构, 且RE1和RE2所在平面与W2, W2A, W16形成的平面互相垂直. 此外, 化合物1可与羧基化多壁碳纳米管(CMWCNT)复合形成1-CMWCNT复合材料. 该复合材料可以作为电极材料构建电化学生物传感器, 用于检测特定的DNA序列.     

XAFS技术在单原子电催化中的应用

X射线吸收精细谱学(XAFS)技术是从20世纪80年代开始逐渐发展起来的一种材料表征技术, 具有对中心吸收原子的局域结构和化学环境敏感的特征, 非常适合表征单原子催化剂. 本文从XAFS技术的原理和特点出发, 深入探讨了该技术在电催化水分解、 燃料电池阴极反应和二氧化碳电化学还原等多个单原子催化应用场景下的独特作用, 并展望了XAFS技术在单原子电催化领域的未来发展与应用前景, 以期为更深入明确的单原子催化剂结构表征和电催化机理描述提供指导.     

Halide-directed Assembly of Mercury(II) Coordination Polymers for Electrochemical Biosensing Toward Penicillin

Three 1D/2D Hg^II coordination polymers (CPs), namely {[Hg₃(L)₂Cl₆](H₂O)}_n ( 1 ), [Hg(L)Br₂]_n ( 2 ), and [Hg(L)I₂]_n ( 3 ) were prepared by assembly of 3,4-bis(3-pyridyl)-5-(4-pyridyl)-1,2,4-triazole (L) with different inorganic Hg^II salts (i.e. HgCl₂, HgBr₂ or HgI₂). Single-crystal X-ray diffraction analysis reveals two types of bimetallic subunits [(Hg)₂C₆N₄] and [(Hg)₂C₁₂N₆] in CP 1 , which are further extended to a 2D coordination network. Both of CPs 2 and 3 show 1D zigzag arrays bridged by L ligands. Notably, the L ligands take the (η⁴, μ₄) coordination fashion in 1 but (η², μ₂) binding mode in 2 and 3 . The structural differences of CPs 1 – 3 indicate that the L ligand can adjust its coordination fashions to meet the requirements of Hg^II centers, relying on the presence of distinct halide anions. In addition, 1 can be applied to fabricate an electrochemical biosensor for the detection of penicillin.     

分子筛限域单原子金属催化剂的研究进展

分子筛由于具有规则的微孔孔道结构、 较大的表面积、 优异的(水)热稳定性, 被认为是限域合成超小尺寸金属物种的理想载体. 近年来, 分子筛限域单原子金属催化剂由于超高的金属分散度、 接近100%的金属利用率以及独特的电子结构, 被广泛地应用于重要的催化反应和气体吸附分离过程. 本文系统地总结了近年来分子筛限域不同类型单原子金属催化剂的合成策略, 以及其在多相催化和气体分离等领域的研究进展. 最后, 提出了分子筛限域单原子金属催化剂在合成与表征方面存在的挑战和未来的发展方向.     

基于多肽-金纳米粒子复合物的生物传感研究及应用进展

多肽是α-氨基酸以肽键连接在一起而形成的化合物,同时也是蛋白质水解的中间产物。 金纳米粒子具有良好的生物相容性和突出的表面等离子共振性质,基于多肽-金纳米粒子体系的独特光学特性的生物传感研究及应用已引起众多科学工作者的关注。 本文仅就近年来利用多肽-金纳米粒子复合物进行生物传感研究及应用加以评述,包括多肽和金纳米粒子的制备与特性、多肽-金纳米粒子复合物的组装以及其在生物传感中的应用等。     

单原子催化剂的合成及其能源电催化应用的研究进展

基于电化学反应的能源储存与转化技术为全球能源结构的转型提供了一条绿色、 可持续的途径, 高效的电催化剂在其中扮演着重要的角色. 得益于在物理、 化学性质上的独特优势, 单原子催化剂在电催化能源转化方面展现出巨大的应用前景. 本文综合评述了单原子催化剂的合成及其能源电催化应用的研究进展, 介绍了单原子催化剂的常见表征手段, 总结了单原子催化剂的合成方法(湿化学法、 高温热解法、 原子沉积法、 电化学沉积法等), 并介绍了该类材料在氧还原、 二氧化碳电还原、 电解水及氮气电还原反应中的研究进展, 重点探讨了催化剂微观结构与其性能之间的关系, 最后, 对单原子能源电催化领域所面临的挑战进行了总结, 并对该领域未来的发展方向进行了展望.     

Surface Organometallic Chemistry for Single-site Catalysis and Single-atom Catalysis

Although driven by different research interests, single-site catalysts and single-atom catalysts are both believed to be model systems bridging homogeneous and heterogeneous catalysis. The two concepts are similar but different. In this review, we will first explain the difference between single-atom catalysis and single-site catalysis, in terms of their goals, synthetic methods and coordination structures of corresponding catalysts. Then, we will introduce the surface organometallic chemistry method, a method traditionally used for synthesizing single-site catalyst. We will explain why it might benefit the single-atom catalysis community. At last, the choice of support to accommodate the method for synthesizing single-atom catalysts will be discussed.     

Recent Advances in Exosomal miRNA Biosensing for Liquid Biopsy

As a noninvasive detection technique, liquid biopsy plays a valuable role in cancer diagnosis, disease monitoring, and prognostic assessment. In liquid biopsies, exosomes are considered among the potential biomarkers because they are important bioinformation carriers for intercellular communication. Exosomes transport miRNAs and, thus, play an important role in the regulation of cell growth and function; therefore, detection of cancer cell-derived exosomal miRNAs (exo-miRNAs) gives effective information in liquid biopsy. The development of sensitive, convenient, and reliable exo-miRNA assays will provide new perspectives for medical diagnosis. This review presents different designs and detection strategies of recent exo-miRNA assays in terms of signal transduction and amplification, as well as signal detection. In addition, this review outlines the current attempts at bioassay methods in liquid biopsies. Lastly, the challenges and prospects of exosome bioassays are also considered.     

基底表面构建单原子催化剂与催化性能研究进展

近年来,单原子催化剂因其较高的催化活性和选择性等优点而受到了人们的广泛关注.我们综述了以C,Si,Ti,Al为基底的单原子催化剂的制备方法,并对以不同材料基底制备单原子催化剂的制备方法、形成机理及优势特点进行了比较.通过对单原子制备、表征方法及催化活性的概述,以期对制备单原子催化剂提供一定的借鉴和指导.研究表明,单原子...