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化学学报
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沈延昌

月刊

0567-7351

bianji@mail.sioc.ac.cn

021-54925243,54925244,54925245

200032

上海市零陵路345号

化学学报/Journal Acta Chimica SinicaCSCD北大核心CSTPCDSCI
查看更多>>本刊是我国创刊最早的化学学术期刊，在国内外读者中享有较高的声誉。
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    二氟氨基二硝甲基芳香杂环含能材料的理论研究

    崔勇康成守飞凌琳李玉学...
    377-386页
    查看更多>>摘要：近几十年以来,传统含能材料的发展遇到了瓶颈.如何继续提高能量水平,打破瓶颈,是这一领域亟待攻克的难题.氟是比氧更强的氧化剂,预期分子内引入氟可以进一步提高能量水平,因此设计了 13种二氟氨基二硝甲基取代的芳香杂环含能材料分子.为了保证这些分子合成的可能性,所有结构设计都是从已有的中间体出发,并且原则上均可经由成熟的合成方法转化为目标分子.对它们的分子结构、初始热分解机理以及能量特性进行的理论研究表明,多数分子具有足够的动力学稳定性.本工作通过深入分析,揭示了分子结构与动力学稳定性之间的关系.使用硝酸酯增塑聚醚(NEPE)固体推进剂配方对这些分子的能量特性进行了理论评价,最终优选出4种分子,其中最好的一个不仅动力学稳定性较好,而且配方比冲高达280.1 s,比传统的环四亚甲基四硝胺(HMX)配方提高了 8.4 s.

    二氟氨基化合物含能材料固体推进剂比冲理论研究

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    机器学习方法预测含硼材料能隙

    李珺卿宋千禧刘子义王东琪...
    387-395页
    查看更多>>摘要：近年来,含硼材料在新能源、催化等领域日益受到重视,然而,对于高附加值的含硼材料发展还存在很高的技术壁垒.因此,亟需深入研究含硼材料微观性质间的关联关系,推动高端含硼材料的研发.本工作面向材料研究从传统的试错法向数据驱动的研究范式转变的需求,通过特征选择、网格搜索优化以及特征重要性分析,探索了多种重要的机器学习算法在含硼材料能隙预测中的应用.结果表明,采用随机森林算法的能隙预测模型决定系数(R2)可达0.84,并发现含硼材料的总磁化强度(total magnetization)特征与能隙存在显著的负相关关系,即材料的总磁化强度越小,其能隙越大.本工作表明机器学习方法可用于定向设计具有特定能隙的含硼材料.同时,结果也表明,作为一种集成学习模型,随机森林具有较好的学习能力与稳定的预测性能,可以应用到其它类型材料体系的能隙以及其它材料属性的预测,加速材料性能的设计与优化过程,对新型功能材料的快速筛选与高性能预测具有重要的科学意义.

    含硼材料能隙总磁化强度机器学习

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    新型多孔三聚氰胺负载MnCe用于高选择性电催化CO2产甲酸

    雷雅茹熊廷楷于湘涛黄秀兵...
    396-408页
    查看更多>>摘要：本研究提出了一种尚未见报道的CO2还原电催化剂及其构造,由MnCe作为活性位点,三聚氰胺泡沫(MS)作为载体前驱体的新型电极材料——MnCe-CMS(碳化MS)和MnCe-GOMS(氧化石墨烯活化MS),用于电催化CO2还原研究.结果发现,MnCe-MS具有较宽的电位范围(-0.2～-3 V vs.RHE)及较好的产甲酸能力.对比以常用的碳布(CC)为载体的MnCe-CC,MnCe-CMS和MnCe-GOMS的甲酸生成速率分别提高到2.3、2.8倍,法拉第效率分别提高到2.3、2.5倍(MnCe-CC的最佳电位-0.4 V条件下),并且MnCe-GOMS在-0.6 V表现出最佳甲酸法拉第效率(75.72％).这归因于MS材料丰富的孔隙结构、较大的电化学表面积、易形成碳缺陷的特点,分析表明GO的掺入可以进一步增大这些优势;此外,在Mn、Ce共同作用下,有效促进电子传输、抑制析氢竞争反应、形成氧空位,有利于CO2的吸附、活化与转化,从而促进甲酸生成.

    电催化CO2还原技术甲酸MnCe三聚氰胺泡沫(MS)氧化石墨烯活化高温碳化

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    氧空位控制BiVO4晶面异质结的磁性和光电催化性能

    王国景陈永辉张秀芹张俊笙...
    409-415页
    查看更多>>摘要：在铁磁光催化剂中,大多数光生电荷具有相同的自旋状态,因此可以有效抑制光生电子和空穴的复合.利用BiVO4 {010}和{110}晶面中氧空位的形成能不同,通过晶面取向和氧空位的协同作用来调控BiVO4的铁磁性能.在N2气氛中退火后,BiVO4晶面异质结中氧空位的比例随着{010}/{110}晶面比例的增加而降低,因为{010}晶面上氧空位的形成能低于{110}晶面.{010}/{110}晶面比例较低的BiVO4晶面异质结的铁磁性能优于{010}/{110}晶面比例较高的BiVO4,因为前者颗粒尺寸更小、更立体,其比表面积和界面区域更大,所以其表面未饱和自旋对总磁矩的贡献更大.{010}/{110}比例较高的BiVO4晶面异质结具有更大的光电流密度和光电催化产氢效率,源于BiVO4{010}晶面比{110}晶面具有更高的电荷迁移率、更好的吸附特性和更低的能垒.并且氧空位的引入也提高了 BiVO4的制氢效率.

    铁磁光催化剂氧空位BiVO4晶面异质结产氢

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    亲锌聚阴离子交联聚合物薄膜与铜刻蚀协同稳定锌负极

    郝再涛赵健飞李慧同李展...
    416-425页
    查看更多>>摘要：可充电水系锌基电池具有高容量、高能量密度、低氧化还原电位、低成本、安全性好等优点,被认为是一种可替代的能源存储器件.然而,在镀锌/剥离过程中,锌金属负极不可控的枝晶生长和复杂的副反应极大地降低了库伦效率,其可逆性较差,阻碍锌基电池的实际应用.在此,开发了一种简单、可控且有效的方法,首先利用电化学沉积法在锌箔上沉积了一种由聚苯乙烯磺酸钠(PSS)与氯化锌反应得到孔道丰富的聚阴离子交联聚合物薄膜(记为PZ,其中P代表PSS、Z代表ZnCl2),然后再利用置换反应引入亲锌的化学惰性金属铜,得到亲锌聚阴离子交联聚合物与铜刻蚀保护层(记为PZC,其中C代表Cu).PZC@Zn具有丰富的磺酸根官能团促进[Zn(H2O)6]2+脱溶,提高Zn2+界面传输速率,排斥SO42-与锌负极接触.通过重建铜刻蚀层,铜的高亲锌性促进了沉积动力学,铜的化学惰性抑制了副反应的发生.结果表明,在5 mA·cm-2的高电流密度下,PZC@Zn//PZC@Zn对称电池寿命高达4055 h(比裸锌对称电池提高了 31倍),累积电镀容量达到10.14 Ah·cm-2,Ti//PZC@Zn半电池库伦效率(CE)为98.28％,可以实现稳定且可逆的镀锌/剥离.YP-50F//PZC@Zn锌离子混合超级电容器在2 A·g-1下稳定循环15000次,放电比容量高达82.35 mAh·g-1.a-MnO2//PZC@Zn水系锌离子电池在1 A·g-1下循环2000次后放电比容量高达103.57 mAh·g-1,CE为99.58％.这项工作为设计先进的无枝晶锌金属负极提供了一种新方法.

    电化学沉积薄膜铜刻蚀脱溶无枝晶锌负极

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    三维多孔结构和亲锌性梯度协同构筑无枝晶锌电极

    宋瑞赵铭钦王帅卢垚...
    426-434页
    查看更多>>摘要：锌离子电池具有能量密度高、安全性好、价格低廉等优点,被认为是规模化储能的理想选择之-.然而,其锌负极在电化学循环过程中易产生枝晶、析氢和表面钝化等,造成电池库伦效率低、锌利用率低和循环寿命短等缺陷,限制了其规模化应用.本工作采用电沉积法在自制三维多孔铜内先沉积具有高亲锌性的PbSn合金层,再沉积Zn层,最后通过化学置换,在上层孔表面获得PbSn合金层,其在ZnSO4电解液中形成较低亲锌性的PbSO4层,最终形成由三维多孔内部到外部亲锌性逐渐降低的具有三维亲锌性梯度的锌电极3DCu@PbSn@Zn@PbSn(3DCu@PSZPS).三维多孔结构可提高电极比表面积,提供更均匀的电场分布,降低电流密度,提高锌沉积容量,抑制枝晶生长、析氢和钝化;内层孔 PbSn合金具有高亲锌性,可诱导锌从内层孔沉积,抑制锌枝晶生长;Pb和Sn具有高析氢过电位,可抑制析氢,同时抑制由于析氢致使电极表面pH值升高而产生的钝化.因此该电极结构可获得优异的电化学性能,在电流密度5 mA·cm-2,面积容量1mAh·cm-2的条件下,可实现锌的稳定沉积/剥离900次以上,首圈成核过电位仅16.4 mV,首圈库伦效率高达99.66％;以此电极组装的对称电池可以稳定循环超过700 h;采用商业MnO2与之匹配得到的MnO2‖3D Cu@PSZPS全电池在0.3 A·g-1时具有238.7 mAh·g-1的可逆比容量和300次循环后79.4％的容量保持率,在1.8 A·g-1的电流密度下可稳定循环2000次以上.

    水系锌离子电池负极协同策略三维多孔亲锌性梯度

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    空间构型和溴取代对三联芴放大自发辐射行为的影响

    冯全友张云龙李昊李倩意...
    435-442页
    查看更多>>摘要：有机发光材料因其低成本、可溶液加工、机械灵活性和易于调控的光电特性而备受关注,被广泛应用于有机发光二极管、有机固体激光器和荧光成像等领域.然而,有机激光增益介质普遍存在载流子迁移率低、三重态和极化子寿命长和宽吸收以及稳定性差等问题,阻碍了有机电泵浦激光的实现.通过引入大体积空间位阻基团可抑制发光分子间的相互作用,减弱材料的发光猝灭效应,有效提高发光效率.设计合成了两种具有不同空间构型的芴基寡聚物HTF和ITF,其放大自发辐射(ASE)阈值分别为6.67和12.35 μJ/cm2.其中,寡聚物HTF展现更高的热稳定性、更小的温度依赖性和膜厚依赖性.此外,还发现溴原子的取代对二者ASE特性具有不同程度的负面影响.

    有机激光放大自发辐射增益介质空间位阻芴

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    设计合成纳米级锆-原卟啉框架用于肿瘤光动力/声动力协同治疗

    李燕王玮张毓婷肖述章...
    443-448页
    查看更多>>摘要：具有光动力和声动力性能的多功能纳米试剂在肿瘤治疗中吸引了广泛的关注,但设计和制备"一体化"型单组分多功能纳米材料仍然具有挑战性.因此,本研究合成了光动力和声动力"一体化"型的锆-原卟啉Ⅸ(PpⅨ)配位纳米颗粒(ZrPs),平均尺寸约为50 nm.通过紫外吸收光谱、傅里叶红外光谱和荧光光谱研究发现ZrPs中Zr4+仅与PpⅨ中的羧基配位.采用了 1,3-二苯基异苯并呋喃(DPBF)作为活性氧(ROS)指示剂来测试ZrPs的光动力治疗和声动力治疗的效果.在光照/超声激发条件下(5 min),发现分别有59.7％(光)和22.8％(超声)的DPBF被ZrPs产生的ROS氧化,表明ZrPs可作为多功能纳米材料在光/超声条件下高效地产生ROS.此外,ZrPs在体外细胞实验中显示出良好的生物安全性,可以被肿瘤细胞有效内吞/摄取.同时细胞内的ZrPs在光/超声激发条件下可以高效地产生ROS用于光动力/声动力治疗杀死肿瘤细胞.因此,本研究不仅提出了 ZrPs可以作为PDT-SDT治疗的"all-in-one"型多功能纳米材料,而且为设计其它具有与PpⅨ结构相似的光/声敏剂分子用于生物应用领域提供了一些见解.

    一体化原卟啉Ⅸ光动力治疗声动力治疗

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    用于锂金属电池的聚合物固态电解质的研究进展

    谷琪刘夏夏周鑫宇李江...
    449-457页
    查看更多>>摘要：聚合物固态电解质因其质轻安全、结构可设计以及优异的机械性能,成为高能量密度、高安全性全固态电池的潜在材料,逐渐成为研究的重点.但因其结晶度高、室温离子电导率低等缺陷也限制其进一步商业化.本综述梳理了近年来比较优越的聚合物固态电解质种类,包括聚醚类聚合物、聚碳酸酯类聚合物、氟化聚合物、聚离子液体聚合物、单离子传导聚合物,围绕如何提升离子电导率,重点回顾了针对不同基质的结构设计和合成工艺方面的创新.最后阐述了聚合物固态电解质目前面临的基础研究和应用问题,以期为新型聚合物固态电解质的设计与制备提供新思路.

    锂金属电池固态电解质聚合物电解质结构设计合成工艺

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    海水提铀吸附材料及官能团配位机理研究进展

    徐晗王聪芝刘峙嵘石伟群...
    458-470页
    查看更多>>摘要：铀是核工业发展中最重要的元素之一,但陆地铀资源有限难以满足核工业的发展需求,而海水中蕴含着丰富的铀资源,因此如何从海水中提取铀备受关注.然而由于海水条件复杂且铀浓度极低,从海水中提取铀面临着很多挑战,国内外诸多学者对此进行了大量研究,目前已经开发出多种分离富集方法,其中吸附法已被较广泛应用于海水提铀中.本综述重点介绍了近年来开发的海水提铀吸附材料,包括无机材料、有机材料、无机-有机杂化材料,主要从材料的吸附能力、选择性、抗菌性、稳定性、可回收性以及制备成本等方面进行分析,另外对偕胺肟和羧基等典型官能团以及近年来报道的其他代表性官能团与铀酰离子的配位机理进行总结分析,同时对未来海水提铀材料的发展进行了展望.

    铀海水吸附材料官能团配位机理

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