摘要：电催化二氧化碳还原是一种非常有前景的储存可再生能源的策略,可以将风能、太阳能等间歇性的可再生能源储存在化学键中,同时减少二氧化碳的排放.在现有的经济状况和技术水平下,二氧化碳电催化还原为甲酸盐是最具有希望、最有可能实现工业应用的路径之一.锡基催化剂,如二氧化锡等是电催化二氧化碳到甲酸盐过程中最高效的催化剂之一,但是该过程的机理仍然不明确,尤其是在还原条件下锡基催化剂表面锡氧化物是否存在,以及如果氧化物能够在二氧化碳还原条件下存在,其在反应中起到的作用仍不清楚.这些问题对于研究二氧化碳还原制甲酸盐的反应机理、构建真实的催化界面以及未来设计更高效催化剂都尤为重要.本文采用原位表面增强拉曼光谱,证实了在还原条件下二氧化锡与锡催化剂表面都存在氧化物种,但是氧化物种的种类与分布有差异.同时,结合反应性的研究,探究了锡的氧化物种在二氧化碳电催化还原反应中的作用.反应前氧化锡与锡催化剂的X射线光电子能谱(XPS)结果表明,二氧化锡表面由四价锡构成,而锡催化剂表面存在四价锡、二价锡以及金属锡,与原位拉曼测试结果吻合.反应后的XPS测试结果表明,氧化锡与锡均被一定程度的还原.原位表面增强拉曼光谱测试表明,在还原条件下,二氧化锡与锡催化剂的表面都存在氧化物,但是表现出了不同的表面锡氧化物种的种类和分布,如在电压小于–0.8 VRHE时,二氧化锡表面同时存在二价锡与四价锡,而锡催化剂表面则没有四价锡氧化物.而对于两种催化剂的反应性的研究表明,两种催化剂拥有相似的反应性.二氧化锡与锡催化剂在较宽的电压范围内展示出了十分相近的生成甲酸盐的选择性,分电流密度的趋势相似,生成甲酸盐的Tafel斜率也相似.结合原位表面增强拉曼光谱与反应性研究,证实了在还原条件下二氧化锡与锡催化剂的表面氧化物种的存在,但是四价锡与二价锡氧化物都不太可能是催化生成甲酸盐的活性物种.推测金属锡或是其他的无拉曼信号的锡氧化物可能是催化二氧化碳还原的活性物种.本文对二氧化碳还原制甲酸盐机理认识起到推动作用,并对锡基二氧化碳还原催化剂的研究与应用提供了理论支撑.

摘要：自2016年Hermans课题组发现六方氮化硼(h-BN)在丙烷氧化脱氢制丙烯(ODHP)反应中优异的烯烃选择性,各类硼基材料引起了研究者强烈的研究兴趣并广泛地用于ODHP反应。与传统金属与金属氧化物基催化剂不同,非金属硼基催化体系能够有效抑制COx等过度氧化产物,提高烯烃产率,具有较广阔的工业应用前景。本综述对硼基丙烷氧化脱氢催化剂从催化剂的设计、合成策略和反应性能等方面进行了系统地讨论,阐明了催化剂的构效关系;总结了反应路线、关键中间体、决速步以及催化动力学行为,加深了硼基催化剂催化丙烷氧化脱氢活性位点和机理的理解。指出三配位B—O/B—OH活性位点的有效构建及实现表面与气相自由基反应的协同催化是提高硼基催化剂丙烷脱氢性能的关键。基于目前的研究现状和存在的问题,对硼基催化剂体系研发前景和未来工业化应用进行了展望。

摘要：以过渡金属为催化衬底的化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition,CVD)已经可以制备与机械剥离样品相媲美的石墨烯,是实现石墨烯工业应用的关键技术之一。原子尺度理论研究能够帮助我们深刻理解石墨烯生长机理,为实验现象提供合理的解释,并有可能成为将来实验设计的理论指导。本文从理论计算的角度,总结了各种金属衬底在石墨烯CVD生长过程中的各种作用与相应的机理,包括在催化碳源裂解、降低石墨烯成核密度等,催化加快石墨烯快速生长,修复石墨烯生长过程中产生的缺陷,控制外延生长石墨烯的晶格取向,以及在降温过程中石墨烯褶皱与金属表面台阶束的形成过程等。在本文最后,我们对当前石墨烯生长领域中亟需解决的理论问题进行了深入探讨与展望。

摘要：石墨烯纤维是一种由石墨烯片层紧密有序排列而成的一维宏观组装材料。通过合理的结构设计和可控制备,石墨烯纤维能够将石墨烯在微观尺度的优异性能有效传递至宏观尺度,展现出优异的力学、电学、热学等性能,从而应用于功能织物、传感、能源等领域。目前,石墨烯纤维主要通过湿法纺丝、限域水热组装等方法制备得到,其性能可以通过对材料体系和制备工艺的优化而进一步提升。本文首先介绍了石墨烯纤维的制备方法,然后详细阐述了石墨烯纤维的性能,讨论了其性能提升策略,并总结了石墨烯纤维的应用,最后对石墨烯纤维的未来发展、挑战和前景进行了展望。

摘要：单分子作为物质世界中独立稳定的最小单元,是构造物质的基本单元,是最稳定的量子化单元.单分子研究是对人类表征和检测技术极限的挑战,已经成为各国竞争的制高点.单分子科学作为一个前沿交叉领域,融合了分子结构设计、单分子超分辨、单分子物理化学性质研究、理论模拟等多层面工作,孕育着不可估量的突破.本综述以单分子科学为主题,对该领域的整体发展概况和突破性成果进行系统梳理.首先,从基础科学与应用两个层面介绍单分子科学与技术研究的意义;然后,重点阐述基于电学、力学、光谱学等技术对单分子不同维度性质进行表征的进展,并着重介绍我国学者为推动单分子科学研究领域发展所作出的巨大贡献;最后,归纳并展望未来单分子科学领域发展所面临的机遇与挑战.

摘要：芳纶纤维具有优异的综合性能,在各种工业应用中备受青睐。其中,间位芳纶纤维,也称聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)纤维,兼具阻燃、耐高温、电隔离和高化学稳定性。其织物材料广泛应用于防火、防热等行业。然而,由于分子链中酰胺和苯环键之间缺乏偶联,内旋能低,导致PMIA纤维链段柔软、结晶度低,展现出较低的机械强度。因此,迫切需要改善这些纤维的机械特性,以扩大其应用范围。纳米复合材料的可以赋予基体材料许多独特特性。其中,石墨烯纳米复合材料占据突出地位。石墨烯面内的苯环结构使其可以有效增强芳香族和脂肪族类聚合物材料。此外,与大尺寸的石墨烯相比,小尺寸的石墨烯在聚合物基体中表现出更好的分散性,可在纤维类聚合物材料中展现出更明显的增强效应。因此,使用高品质、小尺寸的石墨烯是增强聚合物基体的有效手段。我们的研究展示了亚微米尺寸的石墨烯如何改善PMIA纤维的结构完整性和增加机械强度。结果显示,与未改性的PMIA纤维相比,拉伸强度显著提高46%。鉴于该方法的有效性,可以采用此种“小尺寸、高品质”的石墨烯来开发更强韧且更具商用价值的碳基纳米复合纤维。

摘要：拓扑蛋白质是一类具有复杂拓扑结构的非线性蛋白质,为抗体工程、工程酶、生物材料等领域提供了崭新的研究对象,具有重要的基础科学意义和应用价值.本专论从拓扑高分子合成的重大挑战出发,总结了天然拓扑蛋白质的合成策略,详细阐述了如何灵活应用组装和反应协同构建人工拓扑蛋白质,讨论了拓扑蛋白质的表征方法,并提出了该领域进一步发展所面临的挑战和机遇.

摘要：设计并合成了以螺芴刚性结构为骨架、基于萘酸酐基团的探针分子(3、6和9)。将萘酰亚胺荧光团转化为萘酸酐荧光团,利用酸酐基团在碱性条件下的水解反应,将萘酸酐基团转化为带电荷的羧酸根进而提高探针分子的水溶性,同时酸酐基团在有机溶剂中的溶解性也有利于探针分子的分离纯化过程。随着水溶液pH值的增大,探针分子的吸收光谱起峰蓝移,探针溶解性增加,表明探针的萘酸酐基团已经向羧酸根转变。探针分子3、6、9在细胞成像中皆成功染色,有效消除了背景信号干扰问题,说明通过将萘酰亚胺转化为萘酸酐提高了现有荧光团的水溶性。

摘要：有机高性能纤维是全球化纤工业的重要发展方向之一。提升现有纤维力学性能的同时研发新型结构功能一体化的纤维对提升我国在航天航空等领域的国际地位具有重要意义。以石墨烯和碳纳米管为代表的烯碳材料具备优异的力、电、热学等性能,可用于改性传统有机高性能纤维。通过制备不同物化性质的烯碳材料并设计合理的改性方式,可将烯碳材料优异的性能传递到传统纤维中,形成具备更高力、电、热学等性能的烯碳材料改性有机高性能纤维。本文首先综述了烯碳材料改性有机高性能纤维的制备方式,包括烯碳材料的分散与功能化、烯碳材料对有机高性能纤维的改性方法,阐述了烯碳材料改性有机高性能纤维的力、电、热学等性能以及烯碳材料的增强机理,进而总结了烯碳材料改性有机高性能纤维的应用,并对其现存的挑战和未来的发展做出展望。

摘要：近年来机器学习在化学领域展现出巨大潜力,在化合物性质预测、反应预测、分子设计、逆合成分析、智能合成机器等领域均有重要应用。本文采用拟人的手法,从论文A的视角切入,通俗易懂地介绍了机器学习在化学领域中的应用背景、方法、前景以及面临的挑战。