左手性材料研究进展

综述了左手性材料的理论与实验研究方面取得的最新进展．采用电磁理论分析了左手性介质的基本性质；阐述了用左手性介质制作的平板透镜进行实现超衍射分辨率成像的机理；介绍了在人工构造左手性材料方面所取得的实验进展．     

利用多功能、多用途的可再生甲酸实现化学品的绿色与可持续合成

近年来,随着化石资源日趋短缺以及由此带来的人类生存环境日益恶化,生物质等可再生资源的高效、可持续利用已成为各国科学家研究与关注的焦点。甲酸,生物精炼中的主要副产物之一,具备廉价易得、无毒、能量密度高以及可再生可降解等特性,将其应用于新能源利用与化学转化,不仅有助于甲酸应用领域的进一步拓展,还有助于解决面向未来的生物精炼技术中的一些共性瓶颈问题。本文简要回顾了甲酸利用的研究历史,总结了甲酸作为高效、多用途试剂与原料在化学品合成及生物质催化转化等方面的最新研究进展,并对利用甲酸活化来实现高效化学转化的基本原理及催化体系进行了对比分析,指出今后研究重点应着眼于努力提高甲酸的利用效率,同时实现高选择性合成两方面,并在此基础上进一步拓展其应用领域。在化学品合成方面,甲酸作为一种环境友好可再生的多功能试剂可应用于多种官能团的选择转化过程。作为一种高含氢量的氢转移试剂或还原剂,甲酸相较传统氢气具有操作简便可控、条件温和、具有良好化学选择性等优点,广泛应用于醛酮、硝基、亚胺、腈、炔烃、烯烃等的选择还原以制取相应的醇、胺、烯烃和烷烃类化合物,以及醇类和环氧化物的氢解和官能团去保护等过程。鉴于甲酸亦可用作C1原料,作为多用途的关键基础试剂甲酸还可应用于包括喹啉衍生物的还原甲酰化、胺类化合物甲酰化和甲基化,烯烃羰化以及炔烃还原水合等多级串联反应,是实现精细复杂有机分子高效简约绿色合成的重要途径。该类过程的挑战在于寻求对甲酸及特定官能团的可控活化兼具高选择性和高活性的多功能催化剂。此外,近期有研究表明以甲酸为C1原料还可通过催化歧化反应直接高选择性合成甲醇等大宗化学品。在生物质催化转化方面,甲酸的多功能特性为实现绿色、安全、高原子经济性生物精炼过程提供了潜在可能。生物质资源是储量最大、最具潜力的可持续替代资源,但将其转化为可利用的资源形式仍然面临挑战。甲酸的酸性质及良好溶剂特性可应用于生物质原料预处理过程,实现木质纤维素组分分离和纤维素提取,相较传统无机酸预处理体系具有沸点低、易分离、不引入无机离子、对下游反应兼容性强等优点;而作为高效氢源,甲酸也被广泛研究应用于生物质平台化合物选择催化转化制高附加值化学品、木质素降解制芳烃化合物和生物油加氢脱氧精制处理等过程,相较依赖H2的传统氢化过程具有转化效率高、反应条件温和,简便安全并可有效减少相关生物精炼过程中化石资源的物耗与能耗等优势。最新研究表明,通过在温和条件下甲酸水溶液中解聚氧化木质素,可得到重量比大于60%的低分子量芳烃溶液,这一创新性发现为从木质素中直接提取高值芳香化学物等化学品带来了新的机遇。综上所述,生物基甲酸在绿色有机合成和生物质转化等方面表现出巨大潜力,而其多功能性和多用途性对于实现原料的高效利用及目标产物的高选择性至关重要。该领域目前已取得了一定成果并得到了快速发展,然而距实际产业应用还有相当距离,需要进一步探索。今后的研究重点应着眼于以下几个方面：(1)如何针对特定反应优选合适的催化活性金属及反应体系;(2)如何在其他原料和试剂存在条件下高效、可控地活化甲酸;(3)如何从分子层面理解复杂反应的反应机制;(4)如何在相关过程中稳定相应催化剂。展望未来,基于现代社会对环境、经济和可持续发展的需求,甲酸化学将得到产业界与学术界越来越多的关注和研究。     

二维Janus结构的PdSSe/石墨烯接触特性的第一性原理探究

Janus结构由于其两侧的原子不同,存在一个内建电场.在本工作中,将具有Janus结构的六角PdSSe与石墨烯复合,构成范德瓦尔斯异质结构.通过基于密度泛函理论的第一性原理计算对其几何结构和电子结构进行了研究.计算中考虑了两种堆叠方式,即Se侧与石墨烯接触和S侧与石墨烯接触.当S侧与石墨烯接触时,体系具有更小的平衡间距和更大的电荷转移,结合能更低. S侧与石墨烯接触时形成了为n型欧姆接触;Se侧与石墨烯接触时形成了势垒极低的n型肖特基接触.最后,讨论了垂直应变对接触特性的影响.通过施加垂直应变,PdSSe/石墨烯的接触类型具有显著的可调性.     

非钛醇盐溶胶-凝胶法制备高光活性纳米晶TiO2气凝胶

 以TiCl4为前驱体,采用环氧丙烷快速成胶法合成了具有高光催化活性的纳米晶TiO2气凝胶,利用X射线衍射、N2物理吸附和透射电镜等手段考察了H2O/TiCl4摩尔比和热处理等制备参数对TiO2气凝胶织构性质的影响,并以苯酚的光催化降解为模型反应评价了样品的光催化活性. 结果表明, H2O/TiCl4摩尔比为3时体系的成胶过程较为缓慢,制备的纳米晶TiO2气凝胶样品具有最小的晶粒尺寸及最大的比表面积和孔容,并且具有最佳的光催化活性.     

纳米Ni-Co-B非晶态合金抗氧化行为的原位XPS研究

采用原位XPS手段研究了纳米非晶态Ni-Co-B合金中B和Co的抗氧化行为、表面组成与氧化处理条件之间的关系以及各元素含量随深度的变化趋势.结果发现,氧优先氧化表面的元素B物种,在元素态B被完全耗尽后才开始氧化表面的元素态Co物种,在元素态B和Co均被完全氧化后,元素态Ni才开始被氧化.另外,研究还发现,在氧化过程中,B和Co的氧化物具有在表面富集的倾向.正是由于B和Co的优先被氧化才保护了催化加氢反应中的活性中心--元素态Ni.     

微波辐照促进的甲醇水蒸汽重整制氢Cu/ZnO/Al2O3催化剂

微波介电加热具有高效和节能等特点,近年来利用其独特的“体相加热”效应制备结构特异及性能优越的催化材料在多相催化领域中已引起关注,本文报道微波辐照处理对传统Cu／ZnO／Al2O3催化剂在甲醇水蒸汽重整制氢反应中的促进作用,研究结果表明,微波辐照处理对传统Cu／ZnO／Al2O3催化剂的微结构性质具有调控作用,可大大改善其低温催化活性及制氢选择性。     

助剂对合成碳酸二甲酯用活性炭负载Wacker催化剂结构和性能的影响

 以碱金属或碱土金属的盐或氢氧化物为助剂修饰活性炭(AC)负载的Wacker催化剂PdCl2-CuCl2. 甲醇气相氧化羰基化合成碳酸二甲酯(DMC)的反应活性评价结果表明,以乙酸钾(KOAc)为助剂的效果最好. 在KOAc/CuCl2摩尔比为1.0的条件下制备的催化剂用于该合成反应时,DMC的时空产率提高了5倍. XRD,SEM及EPR表征结果显示,在催化剂中加入适量的KOAc,有利于Cu2Cl(OH)3物相在载体表面的形成和分散,从而加快了催化剂活性物种Cu和Pd的氧化还原循环速度.     

胶原接枝改性用于制备红外低发射率涂层的研究

用甲基丙烯酸甲酯在硝酸铈铵和偶氮二异丁腈的联合引发下对胶原进行接枝共聚改性,并用制得的胶原接枝共聚物颗粒与氧化铟纳米粒子复合制成涂层.研究了接枝反应温度及萃取剂对胶原接枝共聚物及其复合物涂层的红外发射率的影响,同时对复合物涂层红外发射率的降低机理进行了初步探讨.结果表明,在反应温度为50～55℃时,先后用丙酮和水作为萃取剂,可制得粒径为40～80nm的胶原接枝共聚物颗粒,该颗粒与氧化铟纳米粒子复合后,涂层的红外发射率(8～14μm)较单一的胶原接枝共聚物和氧化铟纳米粒子的红外发射率明显降低,胶原接枝共聚物纳米颗粒和氧化铟纳米粒子之间显示出较强的复合协同效应.     

甲酸为氢源的甘油催化选择氢解

以甲酸作为氢源, 采用铜基复合金属氧化物催化剂, 催化氢解甘油制备1,2-丙二醇, 其中液相甲酸的高选择性分解是实现甘油氢解的必要和关键步骤. 活性测试表明, 高分散的铜和ZrO₂载体间的协同作用对甲酸分解和甘油到1,2-丙二醇的转化至关重要, 20%Cu/ZrO₂催化剂的活性最佳. 由于避免使用相对昂贵的化石燃料氢, 因而该催化体系在生物质的高值利用方面具有潜在的应用前景.     

苯在Si(111)-7×7表面化学吸附的理论研究

采用两种大小不同的原子簇模型Si_(30)H_(28)和Si_(13)H_(16)，分别用两层 ONIOM方法（对较大原子簇）和普通量子化学方法（对较小原子族）考察了苯分子 在Si(111)-7 * 7表面的化学吸附。对三种可能的吸附物种分别用DFT或HF方法进行 了计算。通过大小原子簇吸附物种的吸附能以及几何构型优化参数的比较发现，对 于稳定的吸附物种，较小的原子簇基本上可以代替较大的原子簇进行计算，而对于 不太稳定的吸附物种，就不得不考虑周边原子的影响。计算结果表明苯在Si(111)- 7 * 7表面的主要吸附种是双σ成键的1，4加成产物，不稳定的单吸附物种可能是 1，4加成物种的前驱态。