荧光纳米材料在病原微生物检测中的应用

病原菌污染给人类的健康带来极大的安全隐患,对病原菌快速、准确和灵敏的检测是减少污染的重要手段。传统检测病原菌的方法存在耗时长和操作繁琐等缺点。荧光纳米材料具有荧光强度高、稳定性好以及良好的生物相容性等优势,为应用其构造传感器用于病原菌检测提供了新的研究途径。本文对近年来常见荧光纳米材料,包括半导体量子点、金属纳米簇、碳纳米材料、上转换纳米粒子和荧光硅纳米颗粒,在病原菌检测方面的应用进行了概述,着重将不同类别荧光纳米材料的光学性质和检测机理进行了分析和比较。纳米材料的生物修饰是实现病原菌特异性识别的重要环节,本文对抗体、适配体、噬菌体和抗生素等病原菌识别方式的特点及其与纳米材料的连接方式进行了介绍。最后对不同荧光纳米材料在检测病原菌中具有的优势和局限性进行了总结,并对其在未来的应用与研究重点进行了展望。     

基于二维材料WX_2构建的范德华异质结的结构和性质及应变效应的理论研究

二维材料过渡金属硫属化物(TMDs),因其优越的物理化学特性及其在光电子器件、光催化等领域的潜在应用价值,得到了人们的广泛关注。基于TMDs材料可以构建具有不同性能的范德华(vdW)异质结,但构建的异质结由于其固有的能带带隙大小限制了其在全光谱上的响应,因而对其能带带隙调控变得十分重要。本文基于第一性原理方法系统地研究了WX_2 (X=S, Se, Te)从单层到体相的结构和性质,以及由此组装的vdW异质结构WS_2/WSe_2、WS_2/WTe_2和WSe_2/WTe_2的结构和性质以及应力应变对异质结构的能带带隙的影响。结果表明:结合HSE06泛函和自旋轨道耦合(SOC)效应的计算方案可以精确描述WX_2体系;异质结构WS_2/WSe_2,WS_2/WTe_2和WSe_2/WTe_2呈现type-II能带分类;在施加单轴或双轴的应力应变后,能带带隙大小发生相应改变,当晶格形变大于4%后,异质结构由半导体特性变成具有金属性。这些研究为光电子器件的设计提供了重要的指导意义。     

An All‐Alkynyl Protected 74‐Nuclei Silver(I)–Copper(I)‐Oxo Nanocluster: Oxo‐Induced Hierarchical Bimetal Aggregation and Anisotropic Surface Ligand Orientation

The hardness of oxo ions (O^2?) means that coinage‐metal (Cu, Ag, Au) clusters supported by oxo ions (O^2?) are rare. Herein, a novel μ₄‐oxo supported all‐alkynyl‐protected silver(I)–copper(I) nanocluster [Ag_74?xCu_xO₁₂(PhC≡C)₅₀] ( NC‐1 , avg. x=37.9) is characterized. NC‐1 is the highest nuclearity silver–copper heterometallic cluster and contains an unprecedented twelve interstitial μ₄‐oxo ions. The oxo ions originate from the reduction of nitrate ions by NaBH₄. The oxo ions induce the hierarchical aggregation of Cu^I and Ag^I ions in the cluster, forming the unique regioselective distribution of two different metal ions. The anisotropic ligand coverage on the surface is caused by the jigsaw‐puzzle‐like cluster packing incorporating rare intermolecular C?H???metal agostic interactions and solvent molecules. This work not only reveals a new category of high‐nuclearity coinage‐metal clusters but shows the special clustering effect of oxo ions in the assembly of coinage‐metal clusters.     

General π‐Electron‐Assisted Strategy for Ir,Pt, Ru,Pd, Fe,Ni Single‐Atom Electrocatalysts with Bifunctional Active Sites for Highly Efficient Water Splitting

Both the hydrogen evolution reaction (HER) and the oxygen evolution reaction (OER) are crucial to water splitting, but require alternative active sites. Now, a general π‐electron‐assisted strategy to anchor single‐atom sites (M=Ir, Pt, Ru, Pd, Fe, Ni) on a heterogeneous support is reported. The M atoms can simultaneously anchor on two distinct domains of the hybrid support, four‐fold N/C atoms (M@NC), and centers of Co octahedra (M@Co), which are expected to serve as bifunctional electrocatalysts towards the HER and the OER. The Ir catalyst exhibits the best water‐splitting performance, showing a low applied potential of 1.603 V to achieve 10 mA cm^?2 in 1.0 m KOH solution with cycling over 5 h. DFT calculations indicate that the Ir@Co (Ir) sites can accelerate the OER, while the Ir@NC₃ sites are responsible for the enhanced HER, clarifying the unprecedented performance of this bifunctional catalyst towards full water splitting.     

天然产物生物合成:探索大自然合成次生代谢产物的奥秘

天然产物(次生代谢产物)是大自然馈赠给人类的礼物,由于其复杂的骨架结构和良好的药用价值,吸引着化学家们对其进行结构鉴定以及化学合成。尽管人们在天然产物全合成中取得了巨大的成就,但仍然面临着合成路线长、产率低、缺乏选择性等问题。大自然是最伟大的化学家,它利用酶作为催化剂,往往能够高效地合成天然产物。在基因水平上探索大自然合成复杂多样的天然产物的奥秘不仅有助于人们进一步理解和认知有机化学,还为人们开发和利用大自然高效催化化学反应的工具——酶奠定了基础。     

解密铀元素

简介了铀元素的发现历史、基本核性质、独特的电子结构以及相关的配位化学性质;同时,还介绍了铀元素在核燃料、分子催化、单分子磁体、超导等方面的应用。     

英国CIE A-level化学教材与人教版高中化学教材中“有机化学”模块的比较研究

以中英2国高中化学教材中的有机化学模块为切入点，对英国CIE A-level化学教材与人教版高中《化学2（必修）》及《有机化学基础（选修5）》在该模块中的课程标准、结构体系、内容选取及组织呈现、栏目设计、典型知识点的编排等方面进行比较，分析英国CIE A-level化学教材的特色和优势。     

利用MGI方法寻找锂离子扩散激活能的材料基因

锂离子电池的应用涉及了正负极和电解质等关键材料,材料中的锂离子扩散属于最核心的微观过程。通过实验测量和理论计算可以找到锂离子扩散激活能小的优秀材料,但是通过一个好的激活能参数,我们不能明确它的影响因素是什么,也无法实现优化现有材料和发现新的锂电材料的目的。本文利用材料基因组计划(MGI)的研究思路,利用第一性原理计算得到的40多种典型体系的激活能参数,结合能带结构特征的计算结果,并通过数据分析,明确了晶格结构中影响锂离子扩散激活能的因素,确定出价带宽度和价带中d电子轨道比例数等基因参数影响激活能的规律。这些结果反映了锂离子材料能带整体特征研究的必要性,也体现了MGI研究方法的优势和特点。     

白藜芦醇的合成新方法

本文探索了合成白藜芦醇的新方法。以3,5-二甲氧基苯胺为原料,经重氮化、还原及乙酰化得到中间体N′-乙酰基-3,5-二甲氧基苯肼(4),中间体4与4-甲氧基苯乙烯经Mizoroki-Heck偶联反应得中间体5,脱去甲基即得到目标产物白藜芦醇,总收率约31.9%。中间体及目标产物的结构均经质谱及核磁氢谱确证。该路线操作简便、条件温和,可用于白藜芦醇的放大制备。     

Metal–Organic Framework Membrane Nanopores as Biomimetic Photoresponsive Ion Channels and Photodriven Ion Pumps

Biological ion channels and ion pumps with sub‐nanometer sizes modulate ion transport in response to external stimuli. Realizing such functions with sub‐nanometer solid‐state nanopores has been an important topic with wide practical applications. Herein, we demonstrate a biomimetic photoresponsive ion channel and photodriven ion pump using a porphyrin‐based metal–organic framework membrane with pore sizes comparable to hydrated ions. We show that the molecular‐size pores enable precise and robust optoelectronic ion transport modulation in a broad range of concentrations, unparalleled with conventional solid‐state nanopores. Upon decoration with platinum nanoparticles to form a Schottky barrier photodiode, photovoltage across the membrane is generated with “uphill” ion transport from low concentration to high concentration. These results may spark applications in energy conversion, ion sieving, and artificial photosynthesis.