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医用可降解镁合金应用及表面改性研究进展

表面技术 2024年第7期53卷 15-30页

作者：王国庆李广芳刘宏芳华中科技大学化学与化工学院武汉430074 华中科技大学生物医用与防护材料湖北省工程研究中心武汉430074 华中科技大学能量转换与存储材料化学教育部重点实验室武汉430074 华中科技大学材料化学与服役失效湖北省重点实验室武汉430074

镁及其合金作为新一代生物医用可降解材料,具有良好的经济性、力学性能、生物相容性、可降解性能,在骨科、心血管科、消化科等领域具有广阔的应用前景。镁合金具有较高的化学活性,因此其降解速率较快,力学性能的维持受限,植入时可能发... 详细信息

镁及其合金作为新一代生物医用可降解材料,具有良好的经济性、力学性能、生物相容性、可降解性能,在骨科、心血管科、消化科等领域具有广阔的应用前景。镁合金具有较高的化学活性,因此其降解速率较快,力学性能的维持受限,植入时可能发生的细菌感染会引发炎症和腐蚀加速等问题,因此需要通过表面改性来制备多功能一体化的涂层。综述了医用可降解镁合金作为接骨板、螺钉、血管支架、胃肠吻合器、胆管支架等植入材料的应用现状及最新研究成果。讨论了医用可降解镁合金在植入生物体时面临的析氢、pH升高、腐蚀加速、力学性能衰减、稀土元素毒性及内膜增生等具体问题,在此基础上,考察了化学转化、等离子喷涂、微弧氧化、聚合物涂层等4种镁合金表面改性技术的最新研究动态。结合体内试验和体外试验,概述了表面改性对镁合金安全性、耐蚀性、抗菌性、生物相容性等方面的影响,并简要对比了几种表面改性技术的优缺点。最后展望了医用可降解镁合金表面改性技术的发展方向。

关键词：镁合金可降解植入材料表面改性耐蚀性

多相铁催化环状醚C(sp3)—H键活化的芳基烯烃氧烷基化

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有机化学 2024年第6期44卷 1978-1986页

作者：于蕾盛康李亭唐从辉南阳师范学院化学与制药工程学院河南南阳473061 华中科技大学化学与化工学院能量转换与存储材料化学教育部重点实验室材料化学与服役失效湖北省重点实验室武汉430074

烯烃双官能团化是一种重要的在双键上构建新的化学键的方法,烯烃的氧烷基化反应能够提供同时生成含有碳碳键和碳氧键的产物,然而当前的氧烷基化方法需要使用过氧叔丁醇作为氧化剂.因此亟需发展一类需氧氧化体系的氧烷基化反应.报道了一... 详细信息

烯烃双官能团化是一种重要的在双键上构建新的化学键的方法,烯烃的氧烷基化反应能够提供同时生成含有碳碳键和碳氧键的产物,然而当前的氧烷基化方法需要使用过氧叔丁醇作为氧化剂.因此亟需发展一类需氧氧化体系的氧烷基化反应.报道了一例温和条件下多相铁催化的苯乙烯及其衍生物的氧烷基化反应,使用空气作为氧化剂和氧源,并进行了详细的催化剂表征、底物范围探索以及机理实验,且给出了可能的机理过程.

关键词：烯烃双官能团化 sp3碳氢键活化多相铁催化

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中性水系锌离子电池负极缓蚀剂研究进展

中国腐蚀与防护学报 2024年第5期 1089-1099页

作者：吴浩天张天遂李广芳刘宏芳华中科技大学能源转换与储存材料化学教育部重点实验室材料化学与服役失效湖北省重点实验室化学与化工学院

围绕锌负极在中性电解质中腐蚀产生枝晶、钝化、析氢等关键问题，综述了锌负极缓蚀剂防护方法的研究进展，旨在从溶剂化结构调控、静电屏蔽、吸附作用、原位固态电解质界面4种防护机理，揭示不同类型缓蚀剂的性能、稳定性及实际应用的... 详细信息

围绕锌负极在中性电解质中腐蚀产生枝晶、钝化、析氢等关键问题，综述了锌负极缓蚀剂防护方法的研究进展，旨在从溶剂化结构调控、静电屏蔽、吸附作用、原位固态电解质界面4种防护机理，揭示不同类型缓蚀剂的性能、稳定性及实际应用的可行性，进而为锌负极保护提供依据，展望缓蚀剂防护方法未来的发展方向。

关键词：锌离子电池金属锌负极腐蚀缓蚀剂

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基于煤层气甲烷富集的固体多孔材料研究进展

化工进展 2024年

作者：程春晖明淑君庞磊田士东李克伦李涛华中科技大学化学与化工学院能量转换与存储材料化学教育部重点实验室材料化学与服役失效湖北省重点实验室陕西煤业化工技术研究院有限责任公司东风商用车有限公司技术中心黄冈师范学院化学化工学院

煤层气(CMM)中的甲烷不仅是一种重要绿色可持续的低碳清洁能源，亦是一种令人担忧的爆炸和温室气体污染物。因此寻找一种稳定且高效的甲烷富集技术，对于增加目前煤炭开采业的安全系数及克服常规天然气短缺问题具有重要意义。然而煤层... 详细信息

煤层气(CMM)中的甲烷不仅是一种重要绿色可持续的低碳清洁能源，亦是一种令人担忧的爆炸和温室气体污染物。因此寻找一种稳定且高效的甲烷富集技术，对于增加目前煤炭开采业的安全系数及克服常规天然气短缺问题具有重要意义。然而煤层气中存在大量杂质已成为其工业化大规模利用的关键技术障碍，尤其是对二氧化碳和氮气污染物的高效分离。故本文综述了在煤层气甲烷富集真空变压吸附工艺(VPSA)过程中的两个主要方向：二氧化碳捕集(CO2/CH4分离)和天然气净化(CH4/N2分离)，其中制备高效分离甲烷气体混合物的固体吸附剂是VPSA技术的核心突破点。进而我们重点分析和比较了碳基吸附材料、沸石分子筛和金属有机骨架这三种典型的固体吸附剂在上述两个方向上分离或吸附甲烷的差异性与相似性，其中在吸附剂表面耦合不同功能的官能团或在纳米尺度上微调其孔隙结构将是不断提高煤层气甲烷富集吸附分离效率的有效途径。此外，我们还讨论了固体多孔材料未来发展面临的挑战和发展方向，希望在帮助研究人员了解CMM甲烷富集吸附剂的技术前提下，理解并设计出新型吸附剂以期满足工业上多重苛刻的甲烷分离要求。

关键词：煤层气甲烷富集固体吸附剂二氧化碳捕集天然气净化

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非金属掺杂提升铂族金属电催化剂性能

Chinese Journal of Catalysis 2024年第1期56卷 51-73页

作者：李伊萍王谭源姚璋懿陈麒安李箐华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

铂族金属(PGM)催化剂被认为是用于能量转换和存储设备(如燃料电池和水电解器)的最佳催化剂之一,但活性和稳定性不足极大地限制了其商业化应用.近年来,非金属原子(氢、硼、碳、氮、磷和硫等)掺杂策略引起了广泛关注,该方法可以对铂族金... 详细信息

铂族金属(PGM)催化剂被认为是用于能量转换和存储设备(如燃料电池和水电解器)的最佳催化剂之一,但活性和稳定性不足极大地限制了其商业化应用.近年来,非金属原子(氢、硼、碳、氮、磷和硫等)掺杂策略引起了广泛关注,该方法可以对铂族金属的精细电子和配位结构进行调控,从而优化铂族金属的电催化活性和稳定性.非金属掺杂具有独特的优势:首先,非金属的原子半径较小,可以进入铂族金属的间隙位点,为调节铂族金属的电子结构提供了更多的可能性;其次,掺杂的非金属会诱导强电荷转移,并与主体金属产生s,p-d杂化,这与金属-金属合金中的d-d轨道耦合不同;第三,非金属掺杂的铂族金属基催化剂由于具有较强的非金属-金属键,从而表现出较好的耐久性.本文详细探讨了非金属掺杂铂族金属催化剂的合成和应用,并揭示了非金属掺杂的催化机理和构效关系.本文总结了非金属掺杂铂族金属基催化剂在电催化领域的一些代表性进展,讨论了影响催化剂活性和稳定性的关键因素,并介绍了非金属掺杂改善铂族金属基催化剂性能的基本原理.探讨了非金属掺杂铂族金属基催化剂的表征技术和理论方法,其中包括可直接观测到非金属原子的先进成像技术以及原位表征方法,辅助以密度泛函理论以及分子动力学模拟等理论计算方法,以进一步揭示催化剂性能增强机制.详细列举了非金属掺杂铂族电催化剂的合成方法,从气相沉积、高温热解、湿化学合成到电化学原位合成,提供了详尽的合成方案,并提出了针对贵金属活性中心的非金属修饰策略,旨在为未来材料设计提供启示.概述了非金属掺杂铂族金属基催化剂在电催化中的应用,重点揭示了非金属掺杂带来的结构-性能构效关系.在活性方面,非金属掺杂可以从配体效应、应力效应、微应变等方面影响铂族金属的d带重心,从而影响活性位点与反应中间体的吸附,而这种影响作用也因每种非金属的电负性、原子半径、掺杂方式等不同而不同,可通过调控掺杂种类/方式实现精细调控;同时,非贵金属的协同效应可以增强对OH的吸附,抑制活性位点的毒化.在稳定性方面,非金属可以通过与金属形成稳定的金属-非金属键抑制金属的溶解,或者减弱金属与氧的相互作用,防止其被氧化;同时,非金属的掺入可以提高金属的功函数,提高其溶解电位,从而提升催化剂稳定性.最后,本文提出了该类电催化材料面临的机遇和挑战,其中包括:(1)开发更加可控的非金属掺杂策略;(2)更加深入地研究非金属掺杂带来的构效关系;(3)探索新的非金属掺杂催化剂,并进一步拓展到其他催化领域;(4)发展抑制非金属组分溶解的通用策略;(5)重视催化剂在器件层面的性能评估.综上,本文不仅为非金属掺杂贵金属基催化剂进一步的研究提供启示,还为深入理解催化、纳米材料的合成提供参考.

关键词：电催化非金属掺杂铂族金属基催化剂氧还原氢析出

一种具有AIE+ESIPT双重属性的席夫碱类荧光探针的合成及在铜离子检测中的应用

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分析试验室 2024年第7期43卷 1011-1016页

作者：张晓文刘斌山西大学分子科学研究所化学生物学与分子工程教育部重点实验室能量转换与存储材料山西省重点实验室太原030006

设计合成了一种具有聚集诱导发光(AIE)和激发态分子内质子转移(ESIPT)双重属性的席夫碱类荧光探针1。该探针在聚集态下发橙色荧光并表现出较大的斯托克斯(Stokes)位移。实验结果表明,探针1对Cu^(2+)有较高的选择性和灵敏度,检测限为95 n... 详细信息

设计合成了一种具有聚集诱导发光(AIE)和激发态分子内质子转移(ESIPT)双重属性的席夫碱类荧光探针1。该探针在聚集态下发橙色荧光并表现出较大的斯托克斯(Stokes)位移。实验结果表明,探针1对Cu^(2+)有较高的选择性和灵敏度,检测限为95 nmol/L。Job’s plot曲线分析和质谱结果表明,探针1和Cu^(2+)结合形成1∶1的配合物,阻断了分子原有的ESIPT过程,最终导致荧光淬灭。该探针可用于实际水样中Cu^(2+)的检测。

关键词：聚集诱导发光(AIE) 激发态分子内质子转移(ESIPT) 荧光探针 Cu^(2+)

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Al⁃W合金燃料的氧化过程及性能提升机理

含能材料 2024年第1期32卷 20-30页

作者：胡敖博刘津阁赵超越陈鹏李鹏孙兴昀蔡水洲西安近代化学研究所陕西西安710065 63863部队吉林白城137000 华中科技大学材料科学与工程学院材料成型与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

为阐明Al‐W合金燃料氧化性能的提升机理,结合铝热还原与超高温气雾化法制备Al‐20W与Al‐30W合金燃料,并通过热重/差热热分析、X射线衍射仪、扫描电子显微镜/能量色散谱仪对其氧化过程进行研究。结果表明,Al‐20W与Al‐30W合金燃料均... 详细信息

为阐明Al‐W合金燃料氧化性能的提升机理,结合铝热还原与超高温气雾化法制备Al‐20W与Al‐30W合金燃料,并通过热重/差热热分析、X射线衍射仪、扫描电子显微镜/能量色散谱仪对其氧化过程进行研究。结果表明,Al‐20W与Al‐30W合金燃料均含有亚稳态Al/W合金相,随温度升高Al/W合金相的种类与形态发生转变。2种合金燃料具有优于单质Al燃料的氧化性能,分别在1300℃与1500℃完全氧化,氧化产物WO_(3)全部挥发。W的存在提升了Al‐W合金燃料的氧化性能,机理为WO_(3)的挥发提供O_(2)扩散进入颗粒内部的通道;WO_(3)作为“氧运输船”向单质Al传输O,促进单质Al的氧化;WO_(3)发生进一步的化学反应,最终以气态形式挥发,促进含W相的氧化。

关键词：金属材料 Al‐W合金燃料 Al/W合金相氧化过程提升机理

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全息高分子材料的正交反应设计

高分子学报 2022年第7期53卷 722-736页

作者：郭红喜姚铭赵晔彭海炎周兴平解孝林华中科技大学化学与化工学院能量转换与存储材料化学教育部重点实验室

全息高分子材料通常是指基于相干激光技术制备，能够同时存储光波振幅、相位等全部信息的结构有序高分子材料，在裸眼三维显示、增强现实、高端防伪、高密度数据存储等高新技术领域具有重要应用价值.高性能化与多功能化是全息高分子材... 详细信息

全息高分子材料通常是指基于相干激光技术制备，能够同时存储光波振幅、相位等全部信息的结构有序高分子材料，在裸眼三维显示、增强现实、高端防伪、高密度数据存储等高新技术领域具有重要应用价值.高性能化与多功能化是全息高分子材料的发展方向，正交反应设计提供了有效途径.本文简要介绍正交反应的概念、设计原理及在高分子材料先进制造中的应用，重点论述正交反应设计对于优化全息高分子材料加工工艺、提高折射率调制度和光栅衍射效率、降低雾度、抑制聚合反应引起的体积收缩、增加全息数据存储容量及构筑全息/发光双重图像功能新材料的重要性.为获得高性能多功能全息高分子材料，亟需发展更加丰富的正交反应体系.

关键词：全息光聚合物正交反应先进制造

有序金属间化合物电催化剂在燃料电池中的应用进展

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物理化学学报 2021年第9期37卷 179-200页

作者：李峥嵘申涛胡冶州陈科陆贇王得丽华中科技大学化学与化工学院能量转换与存储材料化学教育部重点实验室武汉430074

在燃料电池阴极氧还原反应以及阳极小分子氧化反应中,结构有序的金属间化合物由于具有可控的组成和结构表现出良好的电催化活性和催化稳定性,受到科研工作者的广泛关注。本文基于课题组多年来在有序金属间化合物电催化剂方面的研究情况... 详细信息

在燃料电池阴极氧还原反应以及阳极小分子氧化反应中,结构有序的金属间化合物由于具有可控的组成和结构表现出良好的电催化活性和催化稳定性,受到科研工作者的广泛关注。本文基于课题组多年来在有序金属间化合物电催化剂方面的研究情况,综述了贵金属基有序金属间化合物电催化剂的研究现状。重点介绍了结构有序金属间化合物的结构特点、表征方法、可控制备以及其在燃料电池电催化剂中的应用。此外,对这类材料当前存在的问题以及未来发展方向进行了讨论及展望,以期为燃料电池电催化剂的发展开拓新的思路。

关键词：燃料电池电催化金属间化合物氧还原反应小分子氧化