化學(xué)化工

含碳資源到無碳能源的高效溫和轉(zhuǎn)化

中科院山西煤炭化學(xué)研究所煤轉(zhuǎn)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室溫曉東課題組與北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院馬丁、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)周武，大連理工大學(xué)石川等合作，針對(duì)甲醇和水液相制氫反應(yīng)的特點(diǎn)，從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)出發(fā)，結(jié)合理論計(jì)算開發(fā)出新型原子級(jí)分散的鉑-碳化鉬雙功能催化劑，實(shí)現(xiàn)了在低溫下（150~190 攝氏度）高效的產(chǎn)氫效率；研究論文發(fā)表于《自然》。原子級(jí)高度分散的Pt中心和碳化鉬基底之間的協(xié)同作用能夠在兩者界面實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)中間體的高效活化和協(xié)同轉(zhuǎn)化，從而使得整個(gè)催化劑在甲醇和水液相反應(yīng)中表現(xiàn)出超高的產(chǎn)氫活性，較傳統(tǒng)鉑基催化劑活性提升了近兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

基于原子級(jí)分散Pt-MoC催化體系的甲醇和水液相高效溫和條件制氫示意圖

計(jì)算模型和電子特性

高濕煙氣中水及潛熱回收

中科院工程熱物理研究所能源與動(dòng)力研究中心提出了利用開式循環(huán)吸收式熱泵回收高濕煙氣中的水及潛熱的技術(shù)路線。該系統(tǒng)將液體除濕和余熱回收利用結(jié)合起來，提高了煙氣露點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)潛熱和水的同時(shí)高效回收，相關(guān)系列文章發(fā)表于《脫鹽》、化工學(xué)報(bào)》、《太陽能學(xué)報(bào)》。燃?xì)忮仩t和空氣濕化燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)排煙中的蒸汽體積含量可達(dá)20%，汽化潛熱相當(dāng)于天然氣低位發(fā)熱量的10%左右，直接排放會(huì)造成能源和水的浪費(fèi)。研究獲得了高濕煙氣下水平管外降膜吸收過程中氣液兩相局部瞬態(tài)的流動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)耦合規(guī)律；提出了適于濕煙氣水平管外降膜吸收器設(shè)計(jì)參數(shù)和操作條件的匹配選擇方法以及優(yōu)化方案。

室溫光照下二氧化碳催化轉(zhuǎn)化

合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院潘云翔教授課題組，與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校科研人員合作，通過在氧化銦表面包覆厚度為5納米的碳層，成功研制出一種性能優(yōu)越的新型二氧化碳轉(zhuǎn)化光催化劑，為控制二氧化碳排放提供了新的研究方向和技術(shù)方法。研究成果發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)志》。該研究使二氧化碳催化轉(zhuǎn)化可以直接在室溫下通過光照進(jìn)行，不需要再進(jìn)行高溫加熱。光催化轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物選擇性更明確，可以根據(jù)需要選擇直接轉(zhuǎn)化為純度較高的一氧化碳、甲烷或甲醇等高附加值化學(xué)品，直接加以利用。

烯烴分子間不對(duì)稱溴-三氟甲氧基化反應(yīng)

南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授湯平平課題組闡述了利用三氟甲基芳基磺酸酯作為新的三氟甲氧基化試劑，在銀催化下實(shí)現(xiàn)了烯烴的分子間不對(duì)稱溴-三氟甲氧基化反應(yīng)，相關(guān)論文發(fā)表于《自然-化學(xué)》。研究利用Togni試劑和芳基磺酸順利制備了三氟甲基芳基磺酸酯，并將其作為新的三氟甲氧基化試劑，在銀催化下原位產(chǎn)生三氟甲氧基銀，實(shí)現(xiàn)了烯烴的分子間不對(duì)稱溴-三氟甲氧基化反應(yīng)。以4-氟苯乙烯為底物，在最佳反應(yīng)條件下能以較高的收率和選擇性得到期望的溴-三氟甲氧基化反應(yīng)產(chǎn)物；并在復(fù)雜底物上對(duì)該三氟甲氧基化反應(yīng)進(jìn)行了驗(yàn)證，如金雞納堿、紫杉醇衍生物等復(fù)雜體系中的雙鍵也能在標(biāo)準(zhǔn)條件下得到反應(yīng)產(chǎn)物。

鑭系元素成功分離

中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所特種纖維與核能材料工程實(shí)驗(yàn)室都時(shí)禹研究員、蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)及交叉學(xué)科研究院王殳凹教授與國(guó)內(nèi)外科學(xué)家合作，在熔融硼酸鹽反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)了三價(jià)鑭系元素硼酸鹽產(chǎn)物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)差異最大化的反應(yīng)條件及周期性變化；利用多聚硼酸鹽的識(shí)別能力，在同等反應(yīng)條件下將鑭系元素分為六個(gè)不同的晶格系統(tǒng)。研究論文發(fā)表于《自然-通訊》。鑭系元素大家族的15個(gè)成員各具特異的光、電、磁和催化等物理和化學(xué)性能，鑭系元素在溶液和固體中均呈現(xiàn)穩(wěn)定的相似化學(xué)性質(zhì)，主要區(qū)別在于內(nèi)層的4f電子數(shù)目的不同，并且鑭系收縮導(dǎo)致相鄰元素之間平均離子半徑相差只有0.01埃米（納米的十分之一）。

硼酸聚合分離鑭系元素結(jié)構(gòu)不連續(xù)現(xiàn)象

鑭系元素分離模型與結(jié)果

納米金屬中發(fā)現(xiàn)晶界穩(wěn)定性控制的硬化和軟化行為

中科院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國(guó)家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室盧柯研究組與國(guó)內(nèi)外科學(xué)家合作，發(fā)現(xiàn)通過適當(dāng)合金元素的晶界偏聚可以提高晶界穩(wěn)定性，從而可以大幅度調(diào)控納米金屬的強(qiáng)度；相關(guān)論文發(fā)表于《科學(xué)》。金屬材料的強(qiáng)度或硬度往往隨晶粒尺寸減小而增加，遵循基于位錯(cuò)塞積變形機(jī)制的Hall-Petch關(guān)系，即強(qiáng)度的增加與晶粒尺寸的平方根成反比。而當(dāng)晶粒尺寸低于某臨界晶粒尺寸（通常為10-30納米）時(shí)，金屬的強(qiáng)度會(huì)偏離Hall-Petch關(guān)系，有些金屬的強(qiáng)度不再升高甚至下降，這種納米尺度下的軟化常歸因于納米金屬中大量晶界的遷移。晶粒尺寸相同的納米材料，其硬度可以通過調(diào)控晶界穩(wěn)定性而大幅度地變化。

貴金屬納米結(jié)構(gòu)表面等離激元研究

中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所張俊喜副研究員與中科大光學(xué)與光學(xué)工程系、英國(guó)Aston大學(xué)光子技術(shù)研究所(AIPT)、澳大利亞國(guó)立大學(xué)非線性物理中心等單位科研人員合作，在貴金屬納米結(jié)構(gòu)表面等離激元研究中取得進(jìn)展，研究論文發(fā)表于《先進(jìn)光學(xué)材料》。實(shí)現(xiàn)光與物質(zhì)之間強(qiáng)的相互作用在設(shè)計(jì)光子器件上有重要意義，構(gòu)筑共振腔體是實(shí)現(xiàn)光與物質(zhì)強(qiáng)相互作用的重要途徑。通過發(fā)展氧化鋁模板電沉積技術(shù)控制制備金納米管陣列超材料，控制納米管長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)表面等離激元諧波模式數(shù)量和諧波階(奇數(shù)和偶數(shù)階)以及不同階諧波模式峰位的調(diào)控。

新型紅外熒光染料

華東理工大學(xué)藥學(xué)院錢旭紅院士團(tuán)隊(duì)楊有軍課題組通過對(duì)氧雜蒽染料母核進(jìn)行理性結(jié)構(gòu)衍生，設(shè)計(jì)并合成了一個(gè)最大吸收波長(zhǎng)大于800納米的新型染料母核，二苯并碳羅丹明，并進(jìn)一步通過增加該母核周圍空間位阻，成功開發(fā)具有高穩(wěn)定性、溶解性的紅外熒光染料，并將其命名為ECX系列染料。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》。ECX染料分子之間不相互聚集，因此具有很好的分散性，并且其光譜性質(zhì)幾乎不隨溶劑改變而改變（低溶劑化變色效應(yīng)）。這些性質(zhì)使得EC系列染料在材料領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力。EC系列染料在920納米處有較強(qiáng)的熒光發(fā)射，將在生物醫(yī)學(xué)影像及診療中具有顯著的應(yīng)用前景。