崔屹AM综述:柔性储能的未来展望

近年来,随着电子技术的快速进步,越来越多的电子设备正在向着轻薄化、柔性化和可穿戴的方向发展,例如三星和LG等公司都推出了曲面屏手机,并且正在计划研制可折叠、可弯曲的新一代产品。 图片来自网络 目前发展柔性电子技术最大的挑战之一就是与之相适应的轻薄且柔性的电化学储能器件。传统的锂离子电池、超级电容器等产品是刚性的,在弯曲、折叠时,容易造成电极材料和集流体分离,影响电化学性能,甚至导致短路,发生严重的安全问题。因此为了适应下一代柔性电子设备的发展,柔性储能器件成为了近几年的研究热点。 可伸缩储能器件发展历程,图片来源:Adv. Mater. 近日,斯坦福大学的崔屹(点击查看介绍)课题组在Adv. Mater.上发表综述,总结了近年来柔性储能器件和可伸缩储能器件的发展情况。 崔屹教授。图片来源:Stanford University 锂离子电池能量密度高,具有良好的循环性能,稳定性好,是发展柔性储能器件最理想的候选。而超级电容器具有高功率密度,能实现大电流快速充放电,使用寿命长等优异性能,可以弥补锂电池的不足。目前,柔性锂离子电池和超级电容器面临三个问题:1)柔性电极的设计和制备;2)弯曲折叠过程中器件电化学性能的稳定性;3)高能量密度和高功率密度。本文着重介绍了锂离子电池和超级电容器在柔性化方面的最新进展和面临的挑战。 ▌柔性锂离子电池 先来看一下商用锂离子电池的基本结构。如图,正负极由活性电极材料、导电剂(如碳黑)、粘结剂(如聚偏氟乙烯)和集流体(如铜箔、铝箔)组成。当电池弯曲时,电极材料和集流体易发生分离,轻则接触不良,重则造成短路。因此,怎么样才能防止电极材料和集流体分离是电池柔性化研究的第一步。 锂离子电池示意图。图片来自网络 思路1:二维“纸电极” 纸张是有柔韧性的,要是能把电极材料和集流体合二为一变成一张纸,问题不就解决了么?载有活性材料的碳纸、碳纳米管(CNT)纸、石墨烯纸被纷纷报道,制备方法也是多种多样,从简单的涂布法到真空抽滤法,再到复杂的CVD、原位水热沉积等等。 碳纸。图片来源:PNAS(DOI:10.1073/pnas.0908858106) CNT纸。图片来源:JMCA(DOI: 10.1039/c2ta00753c) 真空抽滤法。 思路2:“海绵电极” 活性材料填在多孔电极的孔隙中,即不容易脱离,又能解决充放电过程中活性材料的膨胀问题。 思路3:“织物电极” 碳纤维织物也是良好的集流体,在表面沉积活性物质,不但能实现柔性化,还可以减少粘合剂的使用。 几种二维电极虽然能解决柔性电极的问题,但提高活性比表面积和导电率进而提高电池比容量又成为了电极材料和结构设计的主要挑战。因此出现了各种具有高性能的三维电极,包括阵列结构、线型结构、多孔支架等。 三维电极结构,图片来源:Adv. Mater. 再来看看电解质的问题,目前广泛使用的液体电解质具有易泄漏、易燃和化学稳定性差等缺点,更使柔性电池的可弯曲性受到了很大的限制。而近年来发展起来的固体电解质恰好解决了传统的液体电解质稳定性差的问题,大大提高了锂电池的安全性,也有利于柔性锂电池的机械性能。这里,值得一提的是,Sang Young Lee的小组报道的柔性全固态电池,这种电池通过模板印刷工艺“打印”出来,可以形成复杂的几何形状。 此外,锂硫电池、锂氧电池以及钠电等新型电池也加入到了柔性化的研究中。 可打印柔性全固态电池制造过程示意图,图片来源:Adv. Mater. ▌柔性超级电容器 详细的看完柔性锂电池,我们再来简单的看看柔性超级电容器的发展。研究者从二维层间柔性电极结构、二维平面电极结构、三维电极结构三个方面总结了柔性超电的发展。其中,比较有趣的一篇是以石墨烯为基面通过等离子体刻蚀法制备的叉指型微型超级电容器。 兼具柔性和透明性的微型超级电容器,图片来源:Adv. Mater. ▌可伸缩锂离子电池 在过去十年柔性电极发展的同时,可伸缩的基础技术也在发展。然而,直到2009年,可伸缩技术才从医学植入研究扩展到了可伸缩储能器件的研究。相比于柔性器件,可伸缩储能器件对结构和材料设计有更高的要求。通常,可伸缩器件主要有两种方式:一种是材料(电极和电解质)本身具有弹性,另一种是通过设计新型结构使刚性组分具有可伸缩能力。目前对于电池和电容器而言,后者比前者更容易实现,因为弹性有机活性物质制备的电极其电化学性能还远远无法和传统材料相比。 “多孔框架结构”可伸缩电极,图片来源:Adv. Mater. 设计新型结构,主要包含三种:多孔框架结构、波浪结构、螺旋弹簧结构。其中多孔框架结构的研究最多,然而最大拉伸倍率一般都不超过100%。波浪结构和螺旋弹簧结构设计难度更大,但拉伸倍率也相对大很多。2013年,美国西北大学的黄永刚教授和美国伊利诺伊大学的John A. Rogers在Nat. Commun.杂志上发表的“Stretchable batteries with self-similar serpentine interconnects and integrated wireless recharging systems”是比较早的(印象中是第一篇)这种电极结构的报道了(Nat. Commun., 2013, 4, 1543)。 可伸缩电池照片及结构示意图。图片来源:Nat. Commun. 从下面这个视频中我们可以看到,这种电池可以为LED灯持续供电,即使是拉伸、折叠、弯曲,甚至安装在手肘上也能照常工作。 视频来源:Adv. Mater. 同样比较有名的应该属复旦大学的彭慧胜课题组的研究了。2015年在Adv. Mater.杂志上发表的工作,“A Gum-Like Lithium-Ion Battery Based on a Novel Arched Structure”通过聚合物实现了电池的伸缩性(Adv. Mater., 2014, 26, 1217)。随后,2016年,他们又在Angew. Chem. Int. Ed.和JMCA杂志上发表工作,制备了基于纤维状结构的可伸缩锂电池和铝空气电池。 波浪型电池,图片来源:Adv. Mater. 图片来源:Angew. Chem. Int. Ed. 图片来源:JMCA ▌可伸缩超级电容器 同样地,详细地说完可伸缩型锂电池,我们再简单的看看可伸缩超级电容器的研究。相对于锂电池,超级电容器的制备相对容易,因此新颖的电极结构迅速应用于其中,主要包括波浪/块体结构、线型结构、织物结构等。 两种纱线组成的网状编织结构电池,图片来源:Adv. Mater. ▌总结与展望 锂离子电池和超级电容器已经广泛的应用于实际中,同时,近年来在柔性和可伸缩储能器件的材料探索、结构设计、制造方法和集成组装方面也取得很大的进展。实现柔性和可伸缩性储能器件主要可以从新结构的设计和柔性材料的探索两个方向着手。目前,碳基材料,包括CNF、CNT、石墨烯、石墨烯及其复合材料,正在取代传统的铜箔和铝箔作为集流体,并负载活性物质,用来制备可弯折的柔性锂离子电池和超级电容器。同时,“纸电极”、海绵状、多孔框架、螺旋弹簧等多种多样有趣的电极结构设计,也促进了柔性储能器件的发展。 当然,要实现柔性储能器件的实际应用还有很多问题和挑战。例如探索低成本、大规模的工业生产技术,提高柔性装置的循环稳定性等等。未来柔性储能器件的发展可能会集中在以下几个方面: 1)电极材料研究。通过开发新材料或者复合材料,来进一步提高电极的电导率和电化学稳定性,同时增加比容量和能量密度; 2)固态电解质的开发。寻找离子迁移数高、电导率高、与电极材料相容性好的固态电解质,增强固态电解质的导电率,提高电池安全性能和机械性能; 3)减少集流体、粘结剂及导电剂。不但能够提高储能器件的能量密度,还能促进柔性电极的发展; 4)电极结构的设计。从简单的纸张型、织物型到复杂的弹簧型、波浪型电极,新颖的设计层出不穷; 5)新的生产工艺。从传统的涂布卷绕工艺到沉积、刻蚀、喷墨打印等技术的应用,柔性储能器件正在向精细化发展。 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Flexible and Stretchable Energy Storage: Recent Advances and Future Perspectives Adv. Mater., 2017, 29, 1603436, DOI: 10.1002/adma.201603436 导师介绍 崔屹教授 http://www.x-mol.com/university/faculty/35078 (本文由小希供稿) X-MOL材料领域学术讨论QQ群(338590714)

碱性条件下的Conia-ene反应及其在生物碱合成中的高效应用

碳碳三键是一种常见且非常有用的官能团,多用于多步化学合成和环系的构建,如金或者铂催化的反应、烯炔环化反应、炔烃的复分解反应等。虽然炔烃的化学研究地较为成熟,但偶尔也不乏一些新的反应的发现。 近期,德国慕尼黑大学的化学大牛Dirk Trauner教授(点击查看介绍)在Angew. Chem. Int. Ed.上发表文章,报道了他们在包含三键的Conia-ene反应中的新发现,并将其用于了lycopodine类型的生物碱(-)-Lycoposerramine R的全合成中。如图1A所示,本来作者期望在叔丁醇钾KOt-Bu和DMSO的条件实现化合物1中末端三键的内迁得到化合物2,但却得到了Conia-ene反应3。 图1. 作者的新发现及Conia-ene反应的文献报道。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed. 如图1B所示,这一发现对于Conia-ene反应算的上是重大突破,Conia-ene反应是酮羰基的烯醇式和三键发生的ene反应,传统的Conia-ene反应往往需要非常高的温度才能发生,如4到5;当利用β-酮酯如6或者烯醇硅醚8在金催化下可以在较温和的条件下反应;或者加入强碱在加热的条件下反应,如10到11。而利用叔丁醇钾KOt-Bu和DMSO的条件,室温下就轻松发生了Conia-ene反应。于是,以β-位带有炔基侧链的环己酮化合物12为底物,作者对反应条件进行了筛选和优化,发现也只有叔丁醇钾作碱给出了较好的结果,其它如乙醇钾、KHMDS等产率都较低,叔丁醇钠产率只有47%,叔丁醇锂条件下不能反应,最终的最佳条件就是1当量的叔丁醇钾,DMSO作溶剂,室温反应半小时,能以71%的收率得到Conia-ene反应产物。 图2. 反应条件的筛选。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed. 有了最佳反应条件,作者便对底物范围进行了扩展,如图3所示,各种五元环或者六元环的底物都能很好地发生反应,以中等到良好的收率得到顺式的5-5并环或者6-5并环,羰基的α-位可以是烷基或者芳基取代,当取代基位阻较大时,产率降低;当炔基侧链是在羰基的α-位时,得到了螺环产物。 图3. 反应底物扩展一。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed. 如图4所示,对于羰基α-位没有取代基的底物,发生Conia-ene反应后,五元环外的端烯会迁移到环内,得到热力学稳定的α,β-不饱和羰基化合物,产率中等到良好。 图4. 反应底物扩展二。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed. 最后,作者将该反应用于了生物碱的合成,如图5所示,从已知化合物40出发,Suzuki反应在羰基的α-位引入侧链得到42, 1,4-加成并TBAF脱保护在羰基β-位引入炔基侧链得到化合物20,发生关键的Conia-ene反应以61%的产率反应得到并环化合物21,二氧化硒氧化并DMP氧化得到化合物44,和酰胺化合物45发生反应经中间体46,再发生还原胺化反应就7步简洁高效地完成了(-)-Lycoposerramine R的全合成。 图5. Conia-ene反应在生物碱合成中的应用。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed. 另一方面,从Conia-ene反应产物17出发,硼氢化氧化并TBDPS保护得到化合物47,二氧化硒氧化并DMP氧化得到48,这是Overman教授在sieboldine A的全合成中的重要中间体,以此可以完成sieboldine A的形式全合成。 —— 总结 —— Dirk Traunerk教授课题组发展了叔丁醇钾和DMSO条件下的Conia-ene反应,反应操作简便,条件温和,是对传统的Conia-ene反应的重要补充,作者还以此为关键反应高效完成了生物碱(-)-Lycoposerramine R的全合成和sieboldine A的形式全合成,可以看出,该改良版的Conia-ene反应在有机合成中具有非常重要的应用价值。 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): A Conia-Ene-Type Cyclization under Basic Conditions Enables an Efficient Synthesis of (-)-Lycoposerramine R Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 893-896, DOI: 10.1002/anie.201610021 导师介绍 Dirk Trauner教授 http://www.x-mol.com/university/faculty/4057 X-MOL催化领域学术讨论QQ群(210645329) X-MOL有机领域学术讨论QQ群(450043083)

浒苔变身新型多孔碳储能材料

注:文末有研究团队简介及本文作者科研思路分析 浒苔是绿潮爆发的主要元凶,浒苔的泛滥成灾已经严重危害到了沿海城市渔业、旅游业的发展,如何有效利用浒苔资源,已成为改善生态环境、提高海藻综合利用率的重要课题。近日,青岛大学环境科学与工程学院杨东江教授(点击查看介绍)团队与北京大学郭少军教授(点击查看介绍)合作,通过将浒苔进行高温碳化活化处理,制备了一种富含多级孔结构的储能活性碳材料。 浒苔属绿藻纲,石莼科藻类植物,由单层细胞组成,广泛分布于全世界各海洋中。正常情况下与菌类一起共同保持着自然水体中的有机物与无机盐、水质的清洁与污浊、上下游食物链等海洋生态平衡。浒苔本身无毒,但是由于人类社会污水的肆意排放、海水养殖业使用饲料无度以及全球变暖、海水升温等因素导致浒苔大规模爆发,在世界范围内引发多次绿潮灾害。大量繁殖的浒苔遮蔽阳光直接影响海底藻类的生长;同时死亡的浒苔会消耗海水中的氧气,影响到其他海洋生物的生存;浒苔在海边集聚严重影响景观;随水温升高,浒苔便开始腐烂,散发臭味,干扰旅游观光。据了解,仅青岛市每年打捞浒苔就近百万吨之多。如何在短时间内消耗大量的浒苔,将浒苔变废为宝是拯救海洋生态环境的一个重大课题。 青岛大学环境科学与工程学院杨东江教授团队在浒苔的新应用这一课题上提出了新思路、新方法,以海洋污染物“浒苔”为原材料,充分利用浒苔的细胞结构,通过引入气凝胶的制备流程、改善碳化、活化的制备工艺,成功制备了具有高比表面积,富含微孔、介孔、大孔三种孔结构的活性碳材料。此新型活性炭材料不仅在双电层超级电容器中显示了卓越的性能,在锂离子电池负极中也有不俗的表现,不仅具有超高的比容量,而且也具备很好的循环寿命。于此同时,还可做为基底与其他金属氧化物复合,制备性能更高的储能材料。该研究不仅为解决浒苔的污染问题提供了一种方法,并且对多孔碳储能材料的开发与应用找到了更为绿色环保的路径。 该材料的卓越性能不仅体现在简单的实验测试,在组成有软包器件后,仍然体现其良好的超级电容器性能。该软包器件可塑性高,可广泛应用于可穿戴器件的储能装备。 该研究成果近期发表在《Advanced Functional Materials》上,文章的第一作者是青岛大学的硕士研究生崔金峰。 该论文作者为:Jinfeng Cui, Yunlong Xi, Shuai Chen, Daohao Li, Xilin She, Jin Sun, Wei Han, Dongjiang Yang Shaojun Guo 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Prolifera-Green-Tide as Sustainable Source for Carbonaceous Aerogels with Hierarchical Pore to Achieve Multiple Energy Storage Adv. Funct. Mater., 2016, 26, 8487-8495, DOI: 10.1002/adfm.201603933 杨东江教授简介 杨东江,青岛大学环境科学与工程学院特聘教授。2006年7月毕业于中科院山西煤炭化学研究所并获得物理化学博士学位。2006年8月赴澳大利亚昆士兰科技大学(Queensland Universityof Technology)和格里菲斯大学(Griffith University)从事博士后研究。现主要从事海藻基新能源储存与转换材料的合成研究。已在化学和材料学的顶级期刊上(如Angew. Chem. Int. Ed.,J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Energy Environ. Sci., Adv. Funct. Mater., Adv. Energy Mater.等)发表SCI论文90多篇。 http://www.x-mol.com/university/faculty/35079 http://www.escience.cn/people/ydjgroup/40692.html 科研思路分析 Q:这项研究的最初目的是什么?或者说想法是怎么产生的? A:近年来能源问题与环境问题一直备受关注,环境的恶化,能源的枯竭,对能源新材料提出了更高的要求。开发和制造低成本、环保的储能材料对能源的开发与利用以及环境保护等方面具有深远的影响。利用生物质材料制备高效储能材料是近几年的研究热点之一,而近几年青岛大规模爆发的浒苔污染引起了我们的高度重视。一方面,浒苔本身的结构特殊,可以提供很好的孔结构;另一方面,浒苔产量巨大,原材料来源广,价格低,对废物利用、改善环境也很有意义。 Q:在研究中过程中遇到的最大挑战在哪里? A:本项研究中最大的挑战是如何控制浒苔的碳化活化过程,找到最优的碳化活化工艺,从而获得比表面积大,孔隙发达的浒苔多孔碳材料。在这个过程中,我们团队在碳化工艺方面积攒了丰富的经验,在此基础上,摸索出合理的活化工艺是比价困难的。 此外,我们希望所做材料能够应用于实践,在软包超级电容器的组装这方面我们也存在基本工艺的不成熟。在此,还得感谢本文的共同第一作者,吉林大学的席云龙博士在这方面的帮助与支持。未来希望有相关领域的研究者一起合作将研究推动到更高的层次。 Q:本项研究成果最有可能的重要应用有哪些?哪些领域的企业或研究机构最有可能从本项成果中获得帮助? A:本研究成果最主要的应用就是浒苔的废物利用了。如果将每年的浒苔绿潮全部转化为高比表面积多孔碳,将带来很客观的经济效益。而且本研究,关于气凝胶工艺以及碳化活化工艺的探索,对制造活性碳材料的企业可能会有帮助。高比表面积多孔碳材料作为一种商用的储能材料市场需求量大,产品相对稳定,是储能材料中很难取代的材料。碳材料的研究与发展仍然任重而道远,我们相信这项研究成果为相关碳材料的设计与制备提供了一种绿色环保可持续的方法,将对相关领域的发展产生推动作用。 X-MOL材料领域学术讨论QQ群(338590714)

混合纳米压电材料极大地提高摩擦发电器件的输出功率

可穿戴电子设备以及植入式电子设备的发展一直受到内置电池使用寿命不长的严重限制。为了解决此问题,人们研制了各种微型发电机用以收集不同形式的能量、并转化为电能,并期待其在不久的未来能够替代传统微型电池为这些小型电子设备进行供电。目前最常用的是基于压电材料的微型发电机,但是其所能产生的电能在几十微瓦量级,不能满足实用的要求。近期研发出来的、基于摩擦原理的微型发电机,其输出电压高、能量密度已达毫瓦量级,可以满足穿戴式电子的需求。 聚偏氟乙烯(PVDF)材料,特别是β晶相的聚偏氟乙烯,由于其含有强电负性的氟链段以及平面曲折链结构,使其非常容易在接触过程中从其他材料中获得电子,因此被广泛用于各种摩擦电发电器件及系统中。在过去的研究中,人们利用一些化学或物理的表面处理工艺,提高了聚偏氟乙烯材料的有效接触面积,提高了摩擦发电机的输出功率和能量转化效率。但是由于材料本身表面电荷密度的限制,发电器件的输出效果依然不尽如人意,限制了其实际的应用。 近日,英国博尔顿大学的骆季奎教授所带领的团队通过在聚偏氟乙烯中掺压电纳米材料锡酸锌(ZnSnO3),进一步提高了以聚偏氟乙烯为基础材料的微型摩擦发电机的发电效率。纳米锡酸锌(ZnSnO3)压电材料具有很好的压电特性,通过精准控制的高温熔化以及高速螺旋搅拌,使得锡酸锌纳米材料均匀地分布在聚偏氟乙烯基融液中,并通过挤压后的水浴切割过程获得直径约为2毫米的圆柱形复合材料。所获得的复合材料在常温条件下通过二甲基甲酰胺(DMF)溶解、旋转涂布、相转换过程制得厚度约为5微米的薄膜并以此为接触材料制作摩擦发电机。研究表明通过混合一定比例(6 wt%)的锡酸锌,能有效提高聚偏氟乙烯相转换成膜过程中β晶相的含量(从~53%提升到~73%)。由于高浓度的β晶相聚偏氟乙烯及锡酸锌纳米压电材料的存在,在接触力的作用下这两种压电材料会产生大量的电荷并注入到聚偏氟乙烯材料中,有效地提高了聚偏氟乙烯材料表面的极化现象以及电荷密度。因此在摩擦和压电两种效应的共同作用下,此方法能极大地提升发电过程中材料接触后的表面电荷密度,从而大幅提高了器件的输出功率和发电效率。 该团队用聚偏氟乙烯/锡酸锌复合材料薄膜作为负极性接触材料,尼龙(PA6)薄膜作为正极性材料,研制了复合材料/尼龙摩擦发电机。在不同接触力及工作频率下的测试中发现,相较于纯聚偏氟乙烯薄膜,使用聚偏氟乙烯/锡酸锌复合材料薄膜所制作的摩擦发电机的开路电压以及短路电流密度分别提升~70%以及~200%。该器件在测试中还表现出了良好的稳定性以及可重复性,重复测试上万次,输出特性基本维持不变。值得强调的是,由于尼龙薄膜表面的多孔性结构,在接触力1000N的范围内,其开路电压与接触力的线性关系并维持不变,表明此器件不仅可以用作高效的微能量源,还可以用来制作感应范围大,灵敏度高的压力传感器,构成自供能压力传感器系统。 聚偏氟乙烯和尼龙薄膜,及聚偏氟乙烯/锡酸锌和尼龙薄膜摩擦发电机输出电压电流特性的比较,复合材料发电机的开路电和短路电流密度分别提升~70%以及~200%。 这种基于相转换制膜方法所制得的微型发电机不仅具有制作工艺简单,能量转换效率高,无需进行高压极化的优点,更开创了通过简单混合压电纳米材料来提高微能源发电效率的新方法,为进一步展开这方面的研究开启了一种新方法。 由聚偏氟乙烯复合材料和尼龙摩擦发电机点亮的一组发光二极管。 该成果近期发发表在《Nano Energy》上,由博尔顿大学的博士后Navneet Soin博士以及博士生赵鹏飞以共同第一作者发表。 该论文作者为:Navneet Soin, Pengfei Zhao, Kovur Prashanthi, Jinkai Chen, Peng Ding, Erping Zhou, Tahir Shah, Sekhar C. Ray, Christos Tsonos, Thomas Thundat, Elias Siores, Jikui Luo 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): High performance triboelectric nanogenerators based on phase-inversion piezoelectric membranes of poly(vinylidene fluoride)-zinc stannate (PVDF-ZnSnO3) and polyamide-6 (PA6) Nano Energy, 2016, 30, 470-480, DOI: 10.1016/j.nanoen.2016.10.040 X-MOL材料领域学术讨论QQ群(338590714)

基于空间组装的无酶核酸分子放大线路用于普适性差量信号输出

近年来,精准医疗引起了越来越多的关注,现场即时检测也随之成为科学研究的热点。便携式检测手段是科技进步的产物,同时也将是社会高度便携化向诊断和分析领域延伸而产生的必然需求。然而对于疾病检测来说,假阳性结果一直是困扰众多科学家的一大难题。那么,有无一种简单的方法可以避免或是及时排除检测中的假阳性结果,解决假阳性误诊的问题呢?近日,中科院长春应化所的李冰凌(点击查看介绍)团队通过基于空间组装的方法来实现核酸分子线路的开关调控,利用差量法,提出了一种更加准确可靠的信号采集和处理方式。 近年来,分子计算领域的进步带动产生了一系列基于链置换反应的新型无酶核酸扩增反应。其中热门之一的双发卡核酸催化组装技术(CHA)以线性寡聚核酸为催化剂和输入,可在几小时内将核酸分子放大102-106倍,被作为新一代的信号放大器和传导器广泛应用于多种分析检测平台。李冰凌团队在前期工作中证明除了线性寡聚核酸,两个因组装行为而无限靠近的基因片段,也可以作为催化剂,引发CHA反应。在最新进展中,她们将这个新发现与另外一个链置换反应(OSD)进行偶联,可用同一套设计精良的CHA输出线路检测出不同的待测输入,不再需要根据不同的待测序列重新设计和优化CHA线路,极大地降低了实验成本和设计难度。这种新方法还具有尤为灵活的拓展性,可根据实际需要添加另一套“辅助CHA反应”,进而改良为一增一减的“差量信号(deviation-metric signal)”:既针对一种靶标两套CHA反应可分别提供一增一减两种“互为镜像”的信号输出。具体操作也较为灵活,可采用一种荧光探针,在两个试管中分别读取增信号和减信号;或者将两套CHA分别标记不同发射波段的荧光探针,在同一反应体系即可同时读取增信号和减信号。这样的“增-和-减”信号设计被简称为“SORS-CHA”,能有效规避频繁出现的“荧光强度向单方向(增或减)漂移所引起的非特异性假像信号”,从而大幅度增加信号的可信度。如果采用增-减信号的差值(即绝对值加和)为定量指标,还能进一步增强信号的分辨率。 “SORS-CHA”方法还可与等温扩增反应LAMP联合使用,实现对现实环境中痕量基因的序列检测。研究中主要以埃博拉病毒序列为例。通过核酸扩增反应与信号放大方法连用可实现对单个目标基因的1010-1012倍的放大。再加上一增一减的荧光信号输出方式,解决了在信号采集过程中读数误差以及仪器自身的光漂白现象引起的数据不准,同时也能够避免出现假阳性结果。该方法目前可达到的检测限为20个埃博拉基因分子。鉴于该方法的通用性和准确性,能够有效的优化以核酸为基础的疾病检测手段,同时结合核酸扩增方法有望应用于现实的疾病监测中,从而服务于精准医疗的发展。 这一成果近期发表在《Chemical Communications》上,文章的第一作者是中国科学院长春应用化学研究所博士研究生唐艺丹和祝振童。 该论文作者为:Yidan Tang, Zhentong Zhu, Baiyang Lu, Bingling Li 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Spatial organization based reciprocal switching of enzyme-free nucleic acid circuits Chem.Commun., 2016, 52, 13043-13046, DOI: 10.1039/c6cc07153h 李冰凌研究员简介 李冰凌,中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室研究员,博士生导师,2016年入选第十二批年国家青年千人计划(已公示)。李冰凌研究员2010年毕业于中国科学院长春应用化学研究所董绍俊院士课题,同年加入美国德州大学奥斯汀分校Andrew D. Ellington教授课题组进行博士后研究。2015年加入中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室。李冰凌研究员主要从事功能化核酸分子的热、动力学基础研究和便携化分析应用研究,并取得一些原创性成果,近五年尤具代表性的是创新性设计“零背景”“双发卡自组装催化组装技术”,并证明其可作为“万能无酶”信号放大传导元件,应用到单点变异绝对识别和超灵敏基因诊断等多项实际生物分析。至今,在国际知名专业期刊共发表SCI论文48篇,例如:Nucleic Acid Res.、J. Am. Chem. Soc.、Acc. Chem. Res.总引超过2200次;H-Index 27,并申请专利1项。2015年“与现有便携POCT产品结合的普适性生物(含病原体)基因诊断试剂盒”项目获得长春“中科创客”创业创新大赛银奖。2015年获批国家自然科学基金青年项目和吉林省自然科学基金各一项。2016入选第十二批年国家青年千人计划。 http://www.x-mol.com/university/faculty/35080 X-MOL分析领域学术讨论QQ群(292125992)

微资讯:广西一高校院长论文重复率九成,学校认定非抄袭;抗阿尔茨海默病惨败,礼来挥泪大裁员

【1月20日】抗阿尔茨海默病失败,礼来挥泪大裁员 美国制药巨头礼来(Lilly)不得不以大裁员来为近期一项药物的研发失败买单。礼来美国总部近日向印第安纳州劳动力发展部发了一封信函,表示将裁掉485名员工,这些员工主要来自其阿尔茨海默病业务单元。 2016年11月,礼来备受关注的抗β淀粉样蛋白疗法solanezumab的三期临床试验宣布失败,令全球医药研发界为之震惊。试验结果显示,轻中度阿尔茨海默病患者在接受了solanezumab治疗后,相比安慰剂未能显著延缓认知功能退化。 http://www.fiercepharma.com/pharma/eli-lilly-slashes-485-jobs-ax-falling-heavily-faltering-alzheimer-s-unit 【1月20日】加拿大研制出碳基有机电池 加拿大卡尔加里大学化学系的研究团队基于有机磷组分,研制出一种碳基有机电池,这种电池无毒、轻便,比基于金属离子的电池更稳定、便宜。相关研究成果发表在近期的《先进能源材料》(Advanced Energy Materials)杂志上。 最近手机电池频繁爆炸的新闻,让人们困惑是否有可能制造出更好的电池,该团队试图解决这个问题。碳基电池中的有机成分使其成为一个更稳定和更可持续的选择。研究人员开发出能够提供可持续能源的材料,将能源转化成不同形式,并用于不同过程。研究的另一方向是“有机”电子学,在电池中添加的碳基(有机)塑料材料可用作活跃的电子元件,代替昂贵的金属材料。 该团队研制的电池可最终避免电池使用中的不稳定和有毒材料(如锂、水银、钴和镉等)。这种创新性产品不仅制造起来更便宜,而且易于大量生产。 http://www.most.gov.cn/gnwkjdt/201701/t20170120_130634.htm 【1月23日】广西一高校院长论文重复率九成,学校认定非抄袭 论文查重是如今每个大学生在毕业答辩前的必经步骤,根据各个学校不同的标准,论文的重复率在10%-25%不等,基本可以被认定为抄袭,无法参加毕业答辩。 近日有广西财经学院法学院的教师向中国之声反映,院长雷裕春的九篇论文和一本专著,经某媒体检测,重复率有的在30%,有的甚至高达94%,而该校学术委员会经过调查认定所有论文都“不涉及抄袭”。 至于校方是如何认定成不涉及抄袭的?广西财经学院学术委员会办公室主任邓文勇说,国家没有对抄袭有强制认定的标准,至于其他的,他没法解释,因为自己“只是一个传话的”。 http://china.cnr.cn/xwwgf/20170123/t20170123_523524662.shtml 【1月23日】国务院取消地方农业主管部门对农业转基因生物标识的审批 近日,国务院发布第三批取消中央指定地方实施行政许可事项,其中包括取消了省级及省级以下农业行政主管部门对国内农业转基因生物标识的审批。 在此之前,《农业转基因生物安全管理条例》规定,农业部负责全国农业转基因生物标识的审定和监督管理工作,县级以上地方人民政府农业行政主管部门负责本行政区域内的农业转基因生物标识的监督管理工作。 国务院《国务院关于第三批取消中央指定地方实施行政许可事项的决定》还公布了取消审批后加强监管的具体措施。 上述《决定》强调,取消审批后,农业部要强化“农业转基因生物安全审批”,严格把关。 http://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_1606540 【1月23日】NIH掌门人或将继续留任 美国新总统特朗普欲让Francis Collins继续执掌美国国立卫生研究院(NIH),至少暂时如此。 Collins已经“被特朗普政府延期了”,NIH发言人在1月19日的一份声明中说。现在仍不清楚特朗普政府是否会重新正式任命Collins,或者Collins的任职只会延续到特朗普政府任命新掌门人之时。 Collins是一名遗传学家,于2009年8月就职,是美国上一任总统奥巴马科学“梦之队”中任职时间最长的人。与其他被奥巴马任命的人一样,他曾向新总统提交了形式上的辞呈,打算到1月20日离开原职。传言中该岗位其他在考虑中的候选人还包括国会议员、马里兰州共和党人Andy Harris、“世界上最富有医生”陈颂雄(Patrick Soon-Shiong)和美国国防部先进研究项目局原生物技术主任Geoffrey Ling。 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2017/1/366746.shtm 【1月24日】扎克伯格慈善组织收购AI科学搜索引擎Meta Facebook创始人扎克伯格(Mark Zuckerberg)与妻子普莉希拉•陈(Priscilla Chan)建立了慈善组织“陈-扎克伯格计划(Chan Zuckerberg Initiative)”,最近,该组织收购了一家名为Meta的公司。 Meta是一家AI科学搜索引擎公司,它开发工具,免费提供给用户。有了Meta的工具,科学家可以轻松搜索、阅读2600多万份科研报告。这是“陈-扎克伯格计划”第一次收购企业。 在Meta的帮助下,科学家可以查看与项目有关的最新报告,与此同时,Meta还可以强化资金组织与研究人员的协作,寻找有潜力的领域投资。Meta用AI技术识别报告的作者和引文,突显重要研究。另外,Meta工具还可以连接18000个期刊文献资源,提供全文本接入服务。 http://tech.sina.com.cn/it/2017-01-24/doc-ifxzusws0096057.shtml

美国H.Lee Moffitt 癌症中心药物研发部季海涛副研究员实验室招聘博士后

Ji Group is Looking for New Postdoc Fellows POSTDOCTORAL POSITION available immediately for the design and synthesis of selective small-molecule inhibitors of protein–protein interactions. Successful candidates must have a PhD in medicinal chemistry or synthetic organic chemistry. Strong background and experience in medicinal chemistry and/or organic synthesis is essential. Experience in relevant areas including medicinal chemistry and/or natural product synthesis is desirable. Submit CV and statement of research experience via email to Dr. Haitao (Mark) Ji (Haitao.Ji@moffitt.org). Recommendation letters will be requested when needed. Dr. Ji and the research team are in the Department of Drug Discovery (https://www.moffitt.org/research-science/divisions-and-departments/basic-science/drug-discovery/ ) and the Chemical Biology and Molecular Medicine Program (https://moffitt.org/research-science/research-programs/chemical-biology-and-molecular-medicine/).

广西一高校院长论文重复率九成,学校认定非抄袭

(图片来源:广西财经学院) 论文查重是如今每个大学生在毕业答辩前的必经步骤,根据各个学校不同的标准,论文的重复率在10%-25%不等,基本可以被认定为抄袭,无法参加毕业答辩。 近日有广西财经学院法学院的教师向中国之声反映,院长雷裕春的九篇论文和一本专著,经某媒体检测,重复率有的在30%,有的甚至高达94%,而该校学术委员会经过调查认定所有论文都“不涉及抄袭”。 至于校方是如何认定成不涉及抄袭的?广西财经学院学术委员会办公室主任邓文勇说,国家没有对抄袭有强制认定的标准,至于其他的,他没法解释,因为自己“只是一个传话的”。 http://china.cnr.cn/xwwgf/20170123/t20170123_523524662.shtml

NIH掌门人或将继续留任

(美新总统唐纳德·特朗普团队请Francis Collins继续担任原职  图片来源:Alex Brandon/AP) 美国新总统特朗普欲让Francis Collins继续执掌美国国立卫生研究院(NIH),至少暂时如此。 Collins已经“被特朗普政府延期了”,NIH发言人在1月19日的一份声明中说。现在仍不清楚特朗普政府是否会重新正式任命Collins,或者Collins的任职只会延续到特朗普政府任命新掌门人之时。 Collins是一名遗传学家,于2009年8月就职,是美国上一任总统奥巴马科学“梦之队”中任职时间最长的人。与其他被奥巴马任命的人一样,他曾向新总统提交了形式上的辞呈,打算到1月20日离开原职。传言中该岗位其他在考虑中的候选人还包括国会议员、马里兰州共和党人Andy Harris、“世界上最富有医生”陈颂雄(Patrick Soon-Shiong)和美国国防部先进研究项目局原生物技术主任Geoffrey Ling。 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2017/1/366746.shtm

扎克伯格慈善组织收购AI科学搜索引擎Meta

(Meta网站主页) Facebook创始人扎克伯格(Mark Zuckerberg)与妻子普莉希拉•陈(Priscilla Chan)建立了慈善组织“陈-扎克伯格计划(Chan Zuckerberg Initiative)”,最近,该组织收购了一家名为Meta的公司。 Meta是一家AI科学搜索引擎公司,它开发工具,免费提供给用户。有了Meta的工具,科学家可以轻松搜索、阅读2600多万份科研报告。这是“陈-扎克伯格计划”第一次收购企业。 在Meta的帮助下,科学家可以查看与项目有关的最新报告,与此同时,Meta还可以强化资金组织与研究人员的协作,寻找有潜力的领域投资。Meta用AI技术识别报告的作者和引文,突显重要研究。另外,Meta工具还可以连接18000个期刊文献资源,提供全文本接入服务。 http://tech.sina.com.cn/it/2017-01-24/doc-ifxzusws0096057.shtml

国务院取消地方农业主管部门对农业转基因生物标识的审批

(图片来源于网络) 近日,国务院发布第三批取消中央指定地方实施行政许可事项,其中包括取消了省级及省级以下农业行政主管部门对国内农业转基因生物标识的审批。 在此之前,《农业转基因生物安全管理条例》规定,农业部负责全国农业转基因生物标识的审定和监督管理工作,县级以上地方人民政府农业行政主管部门负责本行政区域内的农业转基因生物标识的监督管理工作。 国务院《国务院关于第三批取消中央指定地方实施行政许可事项的决定》还公布了取消审批后加强监管的具体措施。 上述《决定》强调,取消审批后,农业部要强化“农业转基因生物安全审批”,严格把关。 http://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_1606540

加拿大研制出碳基有机电池

加拿大卡尔加里大学化学系的研究团队基于有机磷组分,研制出一种碳基有机电池,这种电池无毒、轻便,比基于金属离子的电池更稳定、便宜。相关研究成果发表在近期的《先进能源材料》(Advanced Energy Materials)杂志上。 最近手机电池频繁爆炸的新闻,让人们困惑是否有可能制造出更好的电池,该团队试图解决这个问题。碳基电池中的有机成分使其成为一个更稳定和更可持续的选择。研究人员开发出能够提供可持续能源的材料,将能源转化成不同形式,并用于不同过程。研究的另一方向是“有机”电子学,在电池中添加的碳基(有机)塑料材料可用作活跃的电子元件,代替昂贵的金属材料。 该团队研制的电池可最终避免电池使用中的不稳定和有毒材料(如锂、水银、钴和镉等)。这种创新性产品不仅制造起来更便宜,而且易于大量生产。 http://www.most.gov.cn/gnwkjdt/201701/t20170120_130634.htm

抗阿尔茨海默病失败,礼来挥泪大裁员

(图片来源于网络) 美国制药巨头礼来(Lilly)不得不以大裁员来为近期一项药物的研发失败买单。礼来美国总部近日向印第安纳州劳动力发展部发了一封信函,表示将裁掉485名员工,这些员工主要来自其阿尔茨海默病业务单元。 2016年11月,礼来备受关注的抗β淀粉样蛋白疗法solanezumab的三期临床试验宣布失败,令全球医药研发界为之震惊。试验结果显示,轻中度阿尔茨海默病患者在接受了solanezumab治疗后,相比安慰剂未能显著延缓认知功能退化。 http://www.fiercepharma.com/pharma/eli-lilly-slashes-485-jobs-ax-falling-heavily-faltering-alzheimer-s-unit

RSC主编推荐:材料领域精彩文章快览(免费阅读原文)

英国皇家化学会(RSC)是一个拥有175年历史的面向全球化学家的非营利会员制机构,旗下拥有43种期刊,其中很多在化学领域有很高影响力。为了进一步帮助广大读者追踪科技前沿热点,X-MOL团队与英国皇家化学会合作,推出英国皇家化学会期刊主编推荐的精彩文章快览,本期文章属“材料领域”,英文点评来自英国皇家化学会期刊的主编。如果大家对我们的解读有更多的补充和点评,欢迎在文末写评论发表您的高见! Materials Horizons (IF: 9.095) 1. Ultrafast colorimetric humidity-sensitive polyelectrolyte coating for touchless control Mater. Horiz., 2017, Advance Article DOI: 10.1039/C6MH00317F Researchers in Australia, China and Canada have shown a simple and cheap touchless control system that is sensitive to humidity change. The system uses a polyelectrolyte multilayer coating that can rapidly change colour depending on changes in the local humidity. This modulation of outputted light can be converted to an input electrical signal of a touchless system. The approach offers straightforward device control using, for example, human breath or the close proximity of a fingertip, and it opens a new potential route to convenient, user-friendly and hygienic touchless systems, with applications in a wide variety of areas, from the automotive industry to smart buildings. 澳大利亚、中国和加拿大的研究人员展示了一种感应湿度变化的非接触控制系统,此方法既简单又经济有效。该系统采用聚电解质的多层涂层,能根据本地湿度的变化而迅速改变颜色。调制输出的光又被转换为电信号输入到非接触式系统中。该系统可应用于直接控制设备中,比如利用人的呼吸或是指尖靠近来进行控制。这为生产方便、卫生、用户友好的非接触系统提供了一个新的潜在途径,并拥有从自动化生产到智能建筑在内的广阔应用空间。 限时免费阅读原文,登陆后可下载 扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或者点击这里 Chemical Science (IF: 9.144) 1. Aggregation-induced emission of siloles Chem. Sci., 2015, 6, 5347-5365 DOI: 10.1039/C5SC01946J In this Minireview, scientists in Guangzhou and Hong Kong scrutinise the impacts of substituents on aggregation-induced emission activity and shed light on the structure–property relationship of siloles, to help promote future designs of AIE-active functional materials. 香港科技大学唐本忠教授和华南理工大学赵祖金教授的研究团队仔细考察了取代基对聚集诱导发光(AIE)活性的影响,揭示了噻咯类结构与性能的关系,为AIE活性功能材料未来的设计提供了帮助。 Open Access(可免费阅读原文) 扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或者点击这里 2. Embedding electron-deficient nitrogen atoms in polymer backbone towards high performance n-type polymer field-effect transistors Chem. Sci., 2016, 7, 5753-5757 DOI: 10.1039/C6SC01380E Scientists from Peking University have developed a donor–acceptor (D–A) conjugated polymer AzaBDOPV-2T with a low LUMO level, with sp2-nitrogen atoms embedded in an isatin unit, providing high electron mobilities tested under ambient conditions. These results demonstrate that embedding electron-deficient sp2-nitrogen in conjugated backbones is an effective approach to develop n-type polymer semiconductors with high performance. 北京大学裴坚教授课题组开发了一种低LUMO能级的供体-受体(D-A)型共轭聚合物AzaBDOPV-2T,其中sp2杂化氮原子嵌入靛红,使其在室温测试条件下具有高的电子迁移率。研究结果表明,在共轭骨架上引入缺电子sp2氮原子是获得高性能n型半导体聚合物的有效方法。 Open Access(可免费阅读原文) 扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或者点击这里 X-MOL材料领域学术讨论QQ群(338590714)

JACS:氢氧化钠也能催化C-H键活化?

看到这个题目时,估计很多人跟小编一样感到惊奇,氢氧化钠(钾)不是一般作碱吗?怎么也能催化炔烃C-H键活化?难道不是一般都用贵金属(Pd、Rh、Ir等)?是的,有人就整了这么一个大新闻。近期,加州理工学院的Brian Stoltz教授(点击查看介绍)和Robert Grubbs教授(点击查看介绍)课题组在JACS上报道实现了氢氧化钠(钾)催化的炔烃C-H键活化与硅氢物种反应生成炔基硅的方法。 传统意义上的C-H键活化中,贵金属催化占据了主导地位。贵金属的使用增加了成本,限制了C-H键活化的实际应用。因此,人们一直尝试寻找从大量存在、便宜易得的主族金属出发实现C-H键的活化。2015年,Brian Stoltz教授和Robert Grubbs教授课题组在Nature上报道了使用KOtBu催化芳香杂环的sp2 C-H键的硅基化反应(Nature, 2015, 518, 80,点击阅读相关),引起了化学家的广泛关注。鉴于炔基硅类化合物在有机合成的重要应用,团队考虑将该体系拓展到炔基硅类化合物的制备中。 传统制备炔基硅类化合物是从末端炔出发,主要有以下两种路线(Scheme 1a):碱拔去质子、进攻亲电的Si-X物种,从而得到炔基硅(路线A);过渡金属催化的炔烃直接硅基化反应(路线B)。近些年研究发现,MgO、LiAH4甚至醇盐在末端炔与硅氢物种的脱氢偶联中也展现了催化活性。然而,这些研究底物局限性大,产率、选择性均中等,反应温度也较高,因而降低了适用性。更重要的是,尽管有使用价格昂贵的CF3TMS实现含杂环的炔烃硅基化的报道,绝大多数含杂环或脂肪胺的末端炔均不能参与反应。在此,团队报道实现了简洁、高效、普适的末端炔与硅氢脱氢偶联的方法学。令人惊奇的是,使用的催化剂是广泛存在的NaOH或KOH。 Scheme 1. 过去关于末端炔硅基化的报道(a)及该研究(b)。图片来源:JACS 经优化发现,在使用NaOH作催化剂,PhSiH2作硅基化试剂,于25 ℃反应48 h,能以93%的产率得到目标产物(Entry 7, Scheme 2)。 Scheme 2. 条件优化。图片来源:JACS 在该条件下,作者测试了底物的适用范围。首先对不同结构的硅氢试剂进行了筛选(Scheme 3)。不难看出,各种结构的硅氢试剂都可以获得很好的反应性。反应条件温和,产率高。 Scheme 3. 硅氢试剂的底物拓展。图片来源:JACS 随后,作者还测试了末端炔的适用范围。不同取代的芳基炔(4a-4j,4n)、芳香杂环炔(4k-4m)、烯炔(4o)和烷基炔(4p-4y)都能很高的收率得到目标产物(Scheme 4)。其中,末端炔4s在放大量到10 g,仍然可以以86%的产率得到目标产物,显示了该反应的实用性。条件简单,易于操作,底物兼容性好。 Scheme 4. 末端炔的底物拓展。图片来源:JACS 为了进一步证明该方法学在有机合成中的应用,作者还尝试了以下的实验(Scheme 5)。首先,对于双末端炔物种,其单或双硅化反应可以通过硅氢的当量还控制(Scheme 5a);串联一步氢硼化反应可以得到硼硅双取代的烯烃(Scheme 5b);并且该方法学可以应用到药物分子的后期官能团化中(Scheme 5c)。最后,作者还通过实验证明了从X2SiH2出发,先后加入两种末端炔,可以得到不对称的双炔基取代的硅物种(Scheme 5d)。 Scheme 5. 方法学的实际应用。图片来源:JACS 为了研究该反应的历程,作者还做了一系列的实验。首先,在体系中加入自由基捕捉剂Galvinoxyl或TEMPO,研究了自由基捕捉剂对反应的影响。结果发现,10 mol% TEMPO的加入,对反应无影响;300 mol% TEMPO的加入,会大大降低产率;而Galvinoxyl的加入,则几乎完全抑制反应。然而这一结果不能确定该反应是经历阴离子还是自由基历程(Scheme 6)。 Scheme 6. 加入自由基捕捉剂的影响。图片来源:JACS 同时,作者还研究了Na和K离子络合剂(冠醚)对反应的影响。使用Et3SiH作炔基化试剂时,于NaOH或KOH中加入冠醚,对反应均无影响。这表明阳离子没有有效络合或者阳离子在某种情况下并不需要。然而,当使用(EtO)3SiH作炔基化试剂时,NaOH可以催化反应,定量得到产物;而KOH则不能催化反应。于NaOH或KOH中加入冠醚,反应均不能进行。这说明阳离子在该情况下是必要的。体系中唯一得到的产物是(EtO)4Si,这说明了(EtO)3SiH发生了歧化反应。 Scheme 7. 加入碱土金属络合剂的影响。图片来源:JACS 出于对该体系中使用的KOH或NaOH与过去报道适用的tBuOK活性差别的极大兴趣,作者随后研究了末端炔与硅氢试剂在不同催化剂下反应性的差别(Scheme 8)。不难看出,在脱氢偶联中,KOH或NaOH的催化活性要远高于tBuOK。 Scheme 8. KOtBu和氢氧化物催化活性的比较。图片来源:JACS 随后,作者将目光转移到对KOH和NaOH活性的比较上,开展了如下实验(Scheme 9)。从表中可以看出,对于不同的底物,KOH和NaOH的活性是不一样的,二者各有千秋,差别取决于末端炔和硅氢试剂。 Scheme 9. NaOH和KOH催化活性的比较。图片来源:JACS —— 总结 —— 在该工作,作者发展了使用便宜易得的KOH或NaOH作催化剂,实现了末端炔与硅氢试剂偶联制备炔基硅物种的方法。该反应原料简单,操作方便,产率高,而且条件温和,官能团兼容性好。此外,作者还通过设计实验对KOH或NaOH的活性差别进行了较为深入的研究。 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Alkali metal hydroxide–catalyzed C(sp)–H bond silylation J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/jacs.6b12114 导师介绍 Brian Stoltz教授 http://www.x-mol.com/university/faculty/471 Robert Grubbs教授 http://www.x-mol.com/university/faculty/1324 (本文由ChemHP供稿) X-MOL催化领域学术讨论QQ群(210645329) X-MOL有机领域学术讨论QQ群(450043083)

阴阳离子共掺杂获得高效双功能水裂解电催化剂

由于对环境的零污染排放,电解水制取氢气被认为可以解决当前能源危机最安全有效的技术。然而,商业化的贵金属铂阴极和氧化铱或氧化钌阳极电催化剂的高昂价格极大的限制了电解水技术的发展。目前,只有大约4%的氢气是由电解水技术制备。近年来,澳大利亚阿德莱德大学乔世璋教授的课题组致力于寻找新型的价格低廉的电催化剂,推进电解水技术的发展,从而实现氢能源经济宏图。 与酸性电解液相比,碱性电解池中的阴极产氢,因为多余的水裂解步骤需要克服另外的能垒,往往需要较高的过电势,从而需要更高的能量输入。虽然非贵金属镍已经被广泛研究,但是其活性还不能满足氢气的大量生产。因此,发展在碱性中具有高活性和优越稳定性的产氢电催化剂非常急迫。最近,金属磷化物由于其金属导电性和“富集效应“在电解水制氢中表现出了极大的潜力。其中,带负电的“P”作为质子接受者可以弱化金属-氢键的结合力,从而促进氢的脱附;而纯的金属往往因为对氢的吸附太强而影响产物的脱附,进而使反应动力学较为缓慢。但是,由于活跃的低配位“P”,金属磷化物的表面氧化会阻碍质子到达活性点,且降低其导电性,从而影响产氢活性,已经成为不可忽视的缺点。然而,双功能电解水催化剂的设计不仅需要丰富的产氢活性点,而且需要阳极产氢的活性位,使其成为一项巨大的挑战。而过渡金属氧化物是一种传统且低价的产氧催化剂,因此金属磷化物的表面氧化对于阳极产氧反应是极大的优势,从而使氧掺杂的金属磷化物成为高效的双功能电解水催化剂。另外,混合金属磷化物能将其氢气吸附能调控到接近零,从而比单金属磷化物表现出更加优越的性能;而混合金属氧化物由于表面金属阳离子的杂化轨道占有,不同金属之间的电子转移和其亲氧性的变化, 也比单金属氧化物拥有更高的产氧活性。虽然非金属原子的阴极掺杂可以调控材料的电子结构从而提高其本征活性,但是相关的研究鲜有报道。 基于生长在泡沫镍上的氢氧化钴,乔世璋教授研究组采用阳极和阴极掺杂的方法制备了一种双功能电解水催化电极-铁和氧共掺杂的磷化钴纳米线阵列,并且通过调控铁源和磷源的用量最优化其产氢和产氧性能。 Figure 1. (a) Scheme of the synthesis process of CoFePO; (b) FESEM image of CoFeOH; (c) FESEM image, (d) TEM image and (e) SEM EDS spectrum of CoFePO. 最优化的催化电极表现出十分出色的电解水性能,在三电极测试体系中获得10 mA cm-2的电流密度仅仅需要87.5 mV的产氢过电势,274.5mV的产氧过电势;在两电极测试体系中获得10 mA cm-2的电流密度仅仅需要333.5 mV的过电势。另外,作为导电基底的泡沫镍的三位孔结构和优异的电子电荷传输,提供了催化剂的机械稳定性和活性物质的快速传输,从而保证了催化反应优异的动力学。这项工作是世界上研究氧掺杂金属磷化物作为双功能电解水催化剂的首批工作之一,从而为寻找贵金属电催化剂替代物提供了新的方向。 Figure 2. Polarization curves of (a) HER and (b) OER; (c) TOF values of HER@300 mV and OER@400 mV; (d) Chronoamperometric response of CoFePO tested for 100 h HER and OER process respectively. (e) Polarization curves tested in a home-made two-electrode system; (f) Chronoamperometric response of CoFePO-CoFePO. 这一成果近期发表在《ACS Nano》上,文章的第一作者是澳大利亚阿德莱德大学博士研究生段静静,通信作者是乔世璋教授。 该论文作者为:Jingjing Duan, Sheng Chen, Anthony Vasileff, and Shi Zhang Qiao 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Anion and Cation Modulation in Metal Compounds for Bifunctional Overall Water Splitting ACS Nano, 2016, 10, 8738-8745, DOI: 10.1021/acsnano.6b04252 X-MOL催化领域学术讨论QQ群(210645329)

合成无规共聚物受体材料以实现高效率全聚合物太阳能电池

近十年来,有机聚合物太阳能电池取得了长足的发展。通用的异质结聚合物太阳能电池以溶液加工的聚合物和富勒烯衍生物(PCBM)的混合薄膜为活性层,目前这类太阳能电池的能量转换效率(PCE)已经超过了11%。然而PCBM具有一些先天的缺陷,比如:弱的吸收、高的价格和差的形貌稳定性。为了克服这些缺点,近5年来,关于全聚合物太阳能电池的研究非常活跃。制备高效率的全聚合物太阳能电池需要吸收互补、能带匹配、高分子量的p型和n型聚合物。相比p型聚合物的蓬勃发展,n型聚合物的种类目前十分有限。直到最近几年,一些高电子迁移率、高吸收系数的n型聚合物被不断的报道出来。目前,最通用n型聚合物是基于NDI和联噻吩的交替共聚物N2200,与高效率的p型聚合物PTB7-Th配合,这类全聚合物太阳能电池最高的能量转换效率在6%左右。然而聚合物N2200具有刚性较大的分子主链,在混合薄膜中容易形成大的结晶,从而很难获得令人满意的混合薄膜形貌,降低了电池中激子分离和传输的效率。 Figure 1. Chemical structures of donor and acceptor polymers 为了解决这一问题,瑞典查尔姆斯理工大学(Chalmers University of Technology)Ergang Wang副教授团队与埃因霍温理工大学(Eindhoven University of Technology)的René A. J. Janssen教授合作,通过在N2200主链中引入了少量的单一噻吩,合成了一系列NDI-联噻吩-噻吩的共聚物。其中,含有10%噻吩的共聚物PNDI-T10具有更高的分子量、更柔性的聚合物主链和低的结晶度,其分子链在制备器件的过程中对于溶剂退火更敏感。因此,基于PTB7-Th:PNDI-T10的全聚合物太阳能电池获得了7.6%的能量转换效率,几乎是PTB7-Th:N2200电池效率的两倍。作为太阳能电池的重要指标之一,其填充因子(FF)达到了0.71,是目前全聚合物太阳能电池中的最高值。本文通过一种简单的方法,合成了高效率的n型聚合物材料,制备了高效率的全聚合物太阳能电池,显示了全聚合物太阳能电池的巨大潜力。 Figure 2. J−V characteristics and performance of PTB7-Th:PNDI-T10 (1:1 w:w) and PTB7-Th:N2200 (1:1 w:w) solar cells 这一成果发表在Journal of the American Chemical Society上,文章的第一作者是瑞典查尔姆斯理工大学博士研究生Zhaojun Li,通讯作者是查尔姆斯理工大学Xiaofeng Xu博士、Ergang Wang副教授和埃因霍温理工大学的René A. J. Janssen教授。 该论文作者为:Zhaojun Li, Xiaofeng Xu*, Wei Zhang, Xiangyi Meng, Wei Ma, Arkady Yartsev, Olle Inganäs, Mats. R. Andersson, René A. J. Janssen*, and Ergang Wang* 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): High Performance All-Polymer Solar Cells by Synergistic Effects of Fine-Tuned Crystallinity and Solvent Annealing J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 10935-10944, DOI: 10.1021/jacs.6b04822 Prof. Ergang Wang简介 Ergang Wang was appointed as an Associate Professor in the Department of Chemistry and Chemical Engineering in 2016. He has been an Assistant Professor in 2012-2016. Previously, he has been a postdoc fellow in the same department in 2008-2011. He obtained his Ph.D degree in Materials Science in 2008 and Docentship in 2015. The focus of his research is on the development of new conjugated polymers and Graphene-like materials. The main applications of the materials are organic solar cells, photodetectors, light-emitting diodes and field effect transistors. Moreover, he has broad interests in flow battery, ferroelectric materials and thermoelectrics. He has published more than 80 scientific papers with total citation over 3800 times. Dr. Xiaofeng Xu 简介 Dr. Xiaofeng Xu is a post-doc at the Department of Chemistry and Chemical Engineering, Chalmers University of Technology, Sweden. He obtained his Ph.D from South China University of Technology in 2011. During 2011-2014, he worked as a post-doc at School of Chemical and Biomedical Engineering, Nanyang Technological University, Singapore. His current research focuses on developing high-performance and stable all-polymer solar cells via rational adjustment of both donor and acceptor polymers. He has published more than 25 scientific papers with total citation over 550 times. X-MOL材料领域学术讨论QQ群(338590714)

新型诊疗一体化纳米平台,联合放化疗,提高肿瘤放疗疗效

恶性肿瘤是当今威胁人类健康的重大疾病,而放疗和化疗是恶行肿瘤治疗的常规方法。在放疗中,电离辐射能够局部照射肿瘤,产生氧自由基使DNA链发生断裂,引起癌细胞凋亡,实现肿瘤病灶的局部控制。在化疗中,主要通过化学药物,杀死局部肿瘤细胞,消灭可能或已经发生远处转移的癌细胞。因此放射治疗和化疗的联合,既提高局部控制率又降低转移风险。二者协同能够延迟肿瘤的转移和复发。诊疗一体化纳米平台不仅能够增强肿瘤治疗效果,还能对肿瘤的进行早期检测和实时监控,以及评价治疗后的效果。 近期,苏州大学刘庄教授(点击查看介绍)团队发展简单、一步法技术,制备了氧化钽空心介孔纳米球。该氧化钽纳米球的空腔能够负载抗癌药物-羟基喜树碱(SN-38),提高了该疏水性药物的水溶性,并能将该药物转运至肿瘤部位,实现对肿瘤放化学治疗。重要的是,氧化钽空心介孔纳米球可以通过无螯合剂的标记技术,标记上Fe3+ 和99mTc, 赋予该纳米平台MRI和SPECT造影功能,实现对肿瘤的显像作用。在肿瘤的放疗过程中,氧化钽重作为金介质能够汇聚X-射线,使其能量沉积于肿瘤部位,增强X-射线对肿瘤的杀伤,增强放射治疗。在细胞动力学周期中,抗癌药物 SN-38,主要杀死处于细胞周期S期的癌细胞,同时将癌细胞周期捕获到G1期和G2/M期。而放疗主要杀伤癌细胞作用点为G1、G2/M期,而对S期癌细胞不敏感。从而该纳米平台实现了SN-38的化疗与放疗的协同增强的疗效。 该研究成果发表在《先进功能材料》杂志上(Adv. Funct. Mater., 2016, 26, 8243-8254),第一作者是宋国胜博士。该研究工作得到了国家自然科学基金委等计划的大力支持。 该论文作者为:Guosheng Song, Yu Chao, Yuyan Chen, Chao Liang, Xuan Yi, Guangbao Yang, Kai Yang, Liang Cheng, Qiao Zhang, Zhuang Liu 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): All-in-One Theranostic Nanoplatform Based on Hollow TaOx for Chelator-Free Labeling Imaging, Drug Delivery, and Synergistically Enhanced Radiotherapy Adv. Funct. Mater., 2016, 26, 8243-8254, DOI: 10.1002/adfm.201603845 刘庄教授简介 刘庄,苏州大学功能纳米与软物质研究院(FUNSOM)教授,博士生导师。 学习工作简历: •2004年北京大学化学与分子工程学院获理学学士学位 •2008年美国斯坦福大学(Stanford University)获得化学博士学位 •2008年至2009年在斯坦福大学化学系以及医学院从事博士后研究 •2009年6月加入苏州大学功能纳米与软物质研究院,被聘为教授,博士生导师 图片来源:苏州大学 学术成果: 在纳米生物医学材料与肿瘤纳米技术领域从事研究。2005年以来发表学术论文170余篇,论文总引用已超过20000次,SCI H-index为67。获国家杰出青年基金(2015)、优秀青年基金(2012)、和江苏省杰出青年基金(2013)资助,作为课题负责人承担科技部973项目子课题一项。2014、2015两年入选爱斯维尔出版社(Elsevier)发布的“中国高被引用学者榜单(材料科学)”,2015年入选美国汤森路透集团(Thomson Reuters)公布的“全球高被引科学家名单”(Highly Cited Researchers 2015)(化学、材料)。 获得奖项: •2015年受邀成为“英国皇家化学会会士”(Fellow of the Royal Society of Chemistry) •2015年入选中组部“青年拔尖人才支持计划” •2014年获得“纳米化学新锐奖” •2014年获得“霍英东青年教师奖” •2014年获得“中国化学会青年化学奖” •2013年入选国家百千万人才工程 •2013年在新加坡15th Asian Chemistry Congress获'Asian Rising Stars' •2012年获苏州大学“周氏教育科研奖”科研类优异奖 •2012年获SCOPUS“寻找青年科学之星”银奖(材料类) •2011年获国家人力资源和社会保障部“高层次留学人才回国”资助 •2011年入选江苏省“333高层次人才培养计划”第二层次 •2008年获MRS Silver Award(美国材料学会银奖) •2008年获中国政府优秀自费留学生奖学金 •2006年获Stanford Graduate Fellowship 学术期刊兼职: •Associate Editor, Biomaterials (2014-) •Editorial Board Member, Nano Research (2014-) •Editorial Board Member, Scientific Reports (NPG, 2013-) •Editorial Board Member, American Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging (2012- ) •Guest Editor, Nanoscale (2015) •Guest Editor, Carbon (2015) •Guest Editor, Advanced Healthcare Materials (2014) •Guest Editor, Theranostics (2012) http://www.x-mol.com/university/faculty/18393 http://nano.suda.edu.cn/lz/lx/js.html X-MOL医药领域学术讨论QQ群(450658255)

金属-配体-金属三功能催化剂

生物体系的酶催化可以达到高效高选择性,很大程度上依靠辅因子和氨基酸残基对底物的协同作用。受到生物体系的启发,合成化学家已经成功地设计了一系列金属化合物和非金属化合物也具有对底物多个点(一般两个点)的相互作用。事实上,最近十年均相催化领域很多新型催化剂的设计都参考了这一研究思路,比较成功的例子涉及到利用空间受阻路易斯酸碱对,金属配体双功能催化剂,或者异核双金属有机化合物对小分子的活化。那么,有没有可能设计出结构上更加复杂的催化剂有三个点可以参与反应?近日,美国辛辛那提大学的管海荣团队报道了一组铁铜双金属有机化合物用于催化在水汽置换反应条件下的苯甲醛还原反应,机理研究表明铁铜氧三个点都参与了底物的活化。 首先合成这一组目标化合物,他们利用了环戊二烯酮配位的三羰基铁化合物与氮杂环卡宾配位的羟基铜化合物之间的反应(Hieber类反应)。比较有趣的是溶液里的结构和预期的一致,但是晶体结构显示在固态铁铜氢形成一个三中心两电子的结构。红外数据也证明这类化合物的结构在溶液里和在固态是不一样的。 水汽置换反应在工业上具有极其重要的作用,主要用于制氢或者调节合成气(H2与CO的混合气)的比例。用于工业生产的水汽置换反应一般在异相催化条件下进行,但是条件比较苛刻需要高温高压。相反均相催化条件比较温和,水汽置换反应产生的氢气可以直接被利用。德国Rostock大学的Matthias Beller课题组曾经直接利用环戊二烯酮配位的三羰基铁化合物催化水汽置换和苯甲醛还原串联反应(Chem. Eur. J., 2012, 18, 15935-15939),但是反应需要外加的一当量的碱还有极性比较大的溶剂如DMSO。而用新合成的铁铜双金属有机化合物作为催化剂,反应不需要加碱而且可以在极性比较小的溶剂中进行。催化反应也可以用三羰基铁化合物和羟基铜化合物1:1的混合物,其催化效果和双金属有机化合物可以媲美。 Table 1. Reduction of PhCHO Under WGSR Conditions 机理研究表明这个反应铁和铜缺一不可:没有铜反应产率小于5%,而没有铁的话有很多副反应(比如PhCO2CH2Ph)。双金属有机化合物可以和苯甲醛直接反应生成一个16电子的二羰基铁中间体(5a)和苄氧基铜化合物。前者会和一氧化碳反应生成三羰基铁化合物(1a)而后者水解后可以释放苯甲醇并生成羟基铜化合物,然后铁铜合壁使得催化剂再生。当量反应也显示双金属有机化合物会在一氧化碳气氛下裂解成1a和铜氢化合物,后者可以还原苯甲醛或者直接水解产生氢气然后间接的氢化苯甲醛。整个反应机理相当复杂错中,但是肯定的是铁铜氧三者互相协调使得催化反应高效更加有选择性地进行。 这一成果近期发表在《ACS Catalysis》上,文章的第一作者是辛辛那提大学博士研究生Arundhoti Chakraborty。 该论文作者为:Arundhoti Chakraborty, R. Garrison Kinney, Jeanette A. Krause, Hairong Guan 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Cooperative Iron-Oxygen-Copper Catalysis in the Reduction of Benzaldehyde Under Water-Gas-Shift Reaction Conditions ACS Catal., 2016, 6, 7855-7864. DOI: 10.1021/acscatal.6b01994 管海荣博士简介 •1978年5月生于江苏启东市 •2000年本科毕业于北京大学化学与分子工程学院,导师:席振峰教授 •2005年博士毕业于美国哥伦比亚大学化学系,导师:Jack R. Norton教授 •2005-2007年在美国威斯康星大学麦迪逊分校从事博士后研究,导师:Charles P. Casey教授 •2007年8月-2012年8月, 美国辛辛那提大学化学系助理教授 •2012年8月-2016年8月, 美国辛辛那提大学化学系副教授 •2016年8月至今, 美国辛辛那提大学化学系教授 研究主要涉及第一过渡系金属(铁钴镍铜)络合物的合成、反应化学及其反应机理,在二氧化碳还原、酯的催化氢化和硼氢烷去氢等领域取得一些成果。在相关领域发表文章50余篇,包括以通讯作者发表的 Chem. Rev., Acc. Chem. Res., JACS, Angew. Chem. Int. Ed.等。曾获美国国家自然科学基金委杰出青年教授奖(NSF CAREER Award), 斯隆基金会颁发的斯隆研究奖(Sloan Research Fellow)。现任无机化学前沿(Inorganic Chemistry Frontiers) 的顾问。 课题组主页 http://homepages.uc.edu/~guanhg/index.html 课题组常年招收博士研究生,欢迎对金属有机化学及催化反应感兴趣的同学申请!需要咨询的请先发简历至: hairong.guan@uc.edu X-MOL催化领域学术讨论QQ群(210645329)

微资讯:涉枪涉毒!MIT天才科学家唐爽和周立波一起被抓;中国化工收购先正达看到胜利曙光

【1月18日】中国化工收购先正达看到胜利曙光 瑞士杀虫剂及种子集团先正达总裁埃里克•菲瓦尔近日表示,预计监管机构将很快批准中国化工集团公司以430亿美元收购该公司的交易。 “我非常有信心将会完成交易。我们正取得巨大进展,”菲瓦尔在出席达沃斯世界经济论坛年会之际接受美国国家广播公司商业新闻台(CNBC)采访时称,“我们目前与美国和欧盟的监管机构合作良好,预计可以在不远的将来最终完成协议。” http://www.cankaoxiaoxi.com/finance/20170118/1619886.shtml 【1月19日】 FDA批准治疗便秘新药Trulance 美国Synergy Pharmaceuticals近日迎来喜讯,其研发的治疗成年人慢性特发性便秘(CIC)的药物Trulance(plecanatide)已获得FDA的批准。 Trulance可以在上消化道发挥作用以刺激分泌肠液,从而维持肠道功能正常。临床试验结果表明,服用Trulance具有一定的疗效。不过,对于18岁以下患者,Trulance的安全性和有效性尚未得到证实。 根据美国国立卫生研究院(NIH)提供的数字,仅在美国,便有约4200万人受到便秘的折磨。 http://www.fda.gov/NewsEvents/Newsroom/PressAnnouncements/ucm537725.htm 【1月21日】涉枪涉毒!MIT天才科学家唐爽和周立波一起被抓 著名脱口秀演员周立波深夜开车蛇行,在纽约长岛莱亭顿被警方拦截搜查。据称,警方从车上搜出枪支与可卡因,周立波与另外一名男子唐爽被当场逮捕。 曾就读于成都七中的一名学生向媒体证实,这次和周立波一起被捕的唐爽,正是登上美国麻省理工学院(MIT)网站主页封面人物、毕业于成都七中和复旦大学的成都人唐爽。 唐爽是MIT材料科学与工程学系科研人员、复旦大学《周易》协会永久名誉会长、兴业全球基金中国文化高端论坛组委会委员、“复兴论坛”麻省理工学院—哈佛大学分论坛执行长。 唐爽曾找到一种合金材料“铋锑合金薄膜”,科学界预计,这种铋锑合金薄膜材料极为可能成为下一代计算机芯片和热电发电机的革命性材料。 其导师曾赞扬他:“这个中国人发现的材料,可能开拓电子、基础物理等新领域。” http://e.chengdu.cn/html/2017-01/21/content_586264.htm 【1月21日】中化重庆涪陵化工被环保组织告上法庭 两年多时间在生产中存在环境违法行为,被处以十数次行政处罚后仍然拒不改正,尤其是其违法堆放磷石膏粉的行为己经对周边环境带来了极大损害,并造成重大社会影响。1月19日,重庆市第三中级人民法院发布公告证实,中化重庆涪陵化工有限公司被中华环境保护基金会以环境污染责任纠纷为由告上法庭并于17日立案受理。 中华环境保护基金会认为,中化重庆涪陵化工有限公司除应该承担行政责任外,还应承担相应的民事赔偿责任。 http://www.cqtimes.cn/news/article/id/1705510/nowCat/163.html 【1月22日】饮用水除砷技术和材料取得重大突破 日前,美国国家卫生基金会-国际认证机构(NSF International)在中美两国三地同时召开新闻发布会,宣布对一项能有效消除饮水中砷污染装置”微鼻”水过滤器的认证,这项技术和材料将水砷浓度降低至美国环保署(EPA)和世界卫生组织(WHO)设定的健康标准以下。 这一技术突破,使全球含砷饮用水及含砷工业废水中彻底消除砷成为可能。 中国医科大学预防医学研究所所长、环境与慢性病研究中心主任,联合国儿基会砷中毒领域顾问孙贵范表示。“对于全球超过两亿还在饮用高砷水的人们来说,这无疑是一个重大的好消息。” http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2017/1/366631.shtm 【1月22日】 碳卫星成功获取首组观测数据 中国首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星于2016年12月22日在酒泉卫星发射中心成功发射入轨。经过平台测试、载荷加热排污等一系列工作后,有效载荷于1月12日成功开机,13日转入在轨观测任务模式并获取首批观测数据。 这些数据的获得表明碳卫星与地面应用系统均运行良好。卫星平台按指令准确实现了各种复杂指向模式;主载荷高光谱探测仪工作稳定、功能正常、状态良好。为后续科学家开展大气二氧化碳高精度反演打下了坚实基础。 http://www.bmrdp.cas.cn/gzky/kyjz/gdkt/201701/t20170122_4589140.html

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