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期刊信息/Journal information
中国科学（化学）
中国科学（化学）

黎乐民

月刊

1674-7224

chemistry@scichina.org

010-64016732

100717

北京东黄城根北街16号

中国科学（化学）/Journal SCIENTIA SINICA ChimicaCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>《中国科学》是中国科学院主办、中国科学杂志社出版的自然科学专业性学术刊物。《中国科学》任务是反映中国自然科学各学科中的最新科研成果，以促进国内外的学术交流。《中国科学》以论文形式报道中国基础研究和应用研究方面具有创造性的、高水平的和有重要意义的科研成果。在国际学术界，《中国科学》作为代表中国最高水平的学术刊物也受到高度重视。国际上最具有权威的检索刊物SCI，多年来一直收录《中国科学》的论文。1999年《中国科学》夺得国家期刊奖的第一名。
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    前言:纳微界面反应机理探索专刊

    陈懿张锁江
    1-2页
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    纳微尺度流体传质与反应特性探索

    张志炳李亚栋张锁江张涛...
    3-20页
    查看更多>>摘要：多相反应体系颗粒的运动及其相界面上的理化特性对于分子扩散、能量传输和反应转化起着决定性作用,它直接决定着整个化学转化过程的能耗、物耗甚至过程安全.本文简要介绍过去20年来南京大学团队及同行们在多相反应体系纳微流体及其界面性质与反应强化方面开展的一些探索工作,包括纳微流体界面传质与反应增强效应;单个纳微气泡的结构、运动、传质和反应特性;动态、非线性和非平衡特征;纳微流体颗粒的测试与表征;纳微气-液(水溶液)体系的羟基自由基检测及其新化学效应;以及纳微流体在反应强化方面的应用等.研究表明,纳微流体具有明显区别于宏观流体的理化特性,是一个极具挑战性的新兴领域,亟需进行深入研究和开发.在理论方面,需要在考虑动态、非平衡和尺度效应的基础上对经典的物理化学和平衡热力学的相关理论进行修正与拓展;在实验方面,需要设计和建立适用于纳微流体、动态、原位和多因子测试的仪器和表征系统;在应用方面,需要发明可大规模制备(103～106m3h-1)和调控纳微颗粒尺度、特别是在大气液比(如5:1～100:1)情况下的纳微界面发生装置,同时开发面向千差万别应用场景的纳微流体反应器平台及操控系统.

    纳微流体纳微气泡自由基检测传质反应强化

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    微/纳米反应器及纳微界面催化反应机理

    李海涛田江立刘健
    21-34页
    查看更多>>摘要：学习自然是科学创造和科学生产的最佳驱动力.微/纳米反应器作为介观尺度下人工细胞仿生微纳结构材料代表,其微观形貌具有界限明显的中空腔室、丰富的纳米孔道等结构特征,在多相催化、能源存储和生物医药等领域具有重要的潜在应用价值.本文系统总结了微/纳米反应器定制策略开发、活性位精准锚定、纳米反应器效应探究及应用等方面的进展,重点集中在本课题组的代表性成果,以期为新型功能微纳米材料研制、介观尺度空间/界面反应过程及纳微界面理论探索提供良好的借鉴.

    人工细胞仿生微/纳米反应器中空/多孔材料纳微界面

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    甲苯氧化制苯甲醛及相关介观催化体系研究进展

    邓长顺丁维平
    35-49页
    查看更多>>摘要：苯甲醛是最简单的芳香醛,在多个行业有重要的应用.用空气或氧气作为氧化剂在无卤素参与的条件下催化氧化甲苯高选择性生成苯甲醛具有原子利用率高和三废排放低的优点,是一种绿色清洁的生产方法,且获得产品等级高,能够满足香料,食品和医药等行业的高端应用.但是,该过程提出50多年来从未在工业上获得成功.本文总结和评述了针对该反应所报导过的主要催化剂体系,以及有关反应机理等方面的研究进展,分析了制约将该反应发展到技术应用的关键问题,进而阐述了本课题组发展的介观催化体系应用于该反应的研究进展,探讨了这类催化体系发展成甲苯氧化制苯甲醛高性能过程技术的可能,对未来发展方向和趋势进行了展望.

    甲苯苯甲醛选择氧化分子氧多相催化介观催化

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    纳微界面/空间调控催化反应

    张明李世叶杨恒权
    50-58页
    查看更多>>摘要：固体颗粒稳定的Pickering乳液不仅具有高的动力学稳定性,而且其所创造的纳微界面和纳微空间直接影响到催化反应过程,为发展高效绿色的两相催化反应提供了变革性机会.其核心科学问题可归结为纳微界面/空间构建、纳微界面/空间反应区域控制与反应性能调控,并建立三者之间联系.因此,本文系统阐述了固体催化剂界面活性与催化反应性能的关联,重点分析了纳微界面/空间区域调控对催化反应性能的影响,总结并讨论了基于纳微界面/空间提出的Pickering乳滴固定床连续流动催化概念及其催化应用.最后,对纳微界面/空间调控催化反应所面临的挑战和科学机遇进行了展望.

    两相催化Pickering乳液纳微界面纳微空间催化反应调控

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    水微液滴气-液界面单电子介导的氧化还原过程

    金水慧朱乘慧张鉴泽张新星...
    59-72页
    查看更多>>摘要：水通常被认为是一种稳定的溶剂,然而当把水分散成微米级大小的微液滴后,其将展现出许多独特的性质.这些性质中最引人注目的就是微液滴表面自发形成的高达l09Vm-1的电场,该电场能够将水中的氢氧根离子或其他闭壳层分子中的电子撕扯出来,生成自由基和电子,从而进一步触发氧化还原反应.本文综述了40余种单电子介导水微液滴表面自发的氧化还原反应并讨论了相应的反应动力学,论证了此类反应的本质是以电子作为"载流子"的过程.最后,结合合成化学和大气化学的背景,我们对微液滴的氧化还原能力的潜在且广泛的影响进行了讨论和展望.

    微液滴气-液界面质谱氧化还原反应气溶胶

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    微纳结构表面水的浸润动力学

    高玉瑞
    73-84页
    查看更多>>摘要：微纳结构表面与水的浸润行为在化学、化工、物理、生物和能源等领域具有关键意义,因此理解水在微纳结构表面上的浸润微观图像和转变机制至关重要.本文主要围绕微纳结构表面水的浸润行为,基于我们近期的分子动力学模拟结果,综述了微纳结构表面浸润的基本理论和研究进展,重点介绍单一尺度结构、双尺度分层级结构表面上的微观浸润图像和动力学,以及一类具有闭环拓扑纳米结构表面上的"拓扑浸润"行为,对纳米结构表面微观浸润图像和浸润态转变机制进行概述,最后对该领域进行了展望.

    表面纳米结构浸润动力学闭环拓扑

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    纳米气泡及其特殊的界面效应

    张立娟郑晋文博胡钧...
    85-92页
    查看更多>>摘要：固液界面性质研究,特别是纳米尺度下的界面性质,一直是基础科学和材料科学研究者非常关注的问题.纳米级的气泡,其真实存在有悖于经典热力学和气体扩散理论.但随着2000年第一篇关于纳米气泡图像文章的发表,已经被证明能够在固液界面或体相中稳定存在.近二十年大量研究发现,其超高稳定性、纳米尺寸效应及特殊的生物学效应等特性都与界面息息相关.这些特性决定了其必然带来新的应用前景,催生很多重要的应用,如水环境和土壤修复、农业种植、水产养殖、工业清洗、化工催化、生物医学治疗与诊断以及养生健康等.基于本研究团队的前期研究,本文主要介绍了纳米气泡研究的概况,重点描述了纳米气泡的基本性质、其特殊的界面效应和生物学效应以及该领域的亟待解决的问题,并对未来研究进行了展望.

    纳米气泡界面效应抗氧化蛋白活性

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    纳微尺度溶液体系的精确计算

    霍军张一健张开宇刘沛...
    93-111页
    查看更多>>摘要：在纳微尺度上,分子性质、传质过程、化学反应等均与在宏观尺度表现不同.因此,近年来在生命科学、材料科学等领域对于纳微尺度下的液滴和溶液体系的研究蓬勃发展.采用计算模拟手段对相关体系的准确表征有助于揭示其在微观层面的分子机制,并为解开生命的奥秘、促进新材料的研发提供新的见解.本综述回顾了使用模拟方法,包括分子力场、量子化学方法以及结合机器学习等,研究此类体系的最新进展,重点关注纳微尺度下气液界面(包括空气/水、空气/溶液,以及大气/水)的溶液体系.此外,我们还对适用于纳微尺度溶液化学的计算模拟手段未来的发展进行了展望.

    纳微尺度气液界面液滴多尺度模拟量子化学机器学习

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    纳微尺度热力学与前沿应用

    王艳磊刘亚伟董坤何宏艳...
    112-120页
    查看更多>>摘要：在实际化工过程中,纳微尺度界面体系普遍存在,且与反应和传递等过程高度耦合.这种耦合增加了直接应用宏观热力学模型和规律的难度,进而在工程预测、放大及调控方面带来挑战,制约了绿色化工技术创新和规模应用的发展.本文针对纳微尺度热力学的起源、内涵及其在前沿领域的应用进行了深入探讨.首先,以绿色介质离子液体为例,展示了纳微尺度下的独特界面结构和功能,讨论了离子液体结构-功能间的纳微尺度热力学关联机制;然后,概述了适用于纳微尺度热力学领域的研究方法,提出了集合高精度原位动态实验、精准高效计算模拟和高通量自动化人工智能相结合的研究范式;随后,总结了纳微尺度热力学理论在反应、分离和电化学领域的前沿应用,并对其挑战和未来机遇进行了深入讨论和展望.总之,纳微尺度热力学的新理论和新方法,不仅可以为化工学科的科学研究开辟新的视野和路径,还将推动化工过程实现从"分子设计→结构功能调控→工程放大规律"的跨越,催生出适应于新体系、新应用和新需求的化工热力学新学科.

    热力学离子液体纳微界面绿色化工

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