鑽石舞台

題圖來源：視覺中國

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英文原題：Enhanced Oral Absorption and Liver Distribution of Polymeric Nanoparticles through Traveling the Enterohepatic Circulation Pathways of Bile Acid

通訊作者：劉艷，北京大學藥學院

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苯酚化合物不僅廣泛存在於天然產物和藥物分子中，也是構建其他化學品的重要中間體。獲取苯酚化合物的方式包括生物合成、化學合成和天然產物的分離與降解。化學合成作為最有工業應用前景的方式，為高效合成苯酚化合物提供了基礎。目前為止，苯酚、氫醌、兒茶酚、水楊酸等苯酚化合物都實現了萬噸級別的工業生產。傳統實驗室合成方法是通過水解鹵代芳基化合物得到相應的苯酚。雖然過渡金屬催化劑可以高效地催化這種轉化，但產物比較限制於鹵代化合物的來源。碳氫鍵（C–H鍵）活化反應可以實現芳烴化合物直接官能團化，對於合成多種多樣的苯酚化合物提供了更多的機會。金屬鈀作為高效的碳氫鍵活化反應催化劑，已被報道實現多種芳烴的氧化反應。然而，現有的文獻仍有很多不足。第一，為更容易的切斷碳氫鍵，需要較強的導向基團，如吡啶。這對於導向基團的脫除及進一步的官能團轉化造成了困難。第二，反應需要比較苛刻的條件，如高溫、惰性氣體氛圍或環境不友好、較為昂貴的氧化劑。這些不足對於反應的工業化應用產生了極大的挑戰。

尋找理想的反應實現催化合成苯酚化合物一直是化學家的夢想。其中最理想的氧化試劑是空氣（氧氣）和雙氧水。2021年余金權團隊報道了使用氧氣選擇性氧化苯（雜）甲酸化合物。其中具有六元環鈀結構的吡啶吡啶酮配體（Pyripyridone）可以有效地降低反應活化能，並高選擇性的活化羧酸鄰位的碳氫鍵（Science, 2021, 372, 1452, 點擊閱讀詳細）。雙氧水作為另一個環境友好、廉價的氧化劑，有良好的工業應用前景。然而，雙氧水的分解（熱分解、金屬催化分解）一直是影響其廣泛應用的問題。最近，余金權團隊在該領域取得重要突破，發展了一種新型的羧酸吡啶酮配體（Carboxpyridone）實現了室溫下碳氫鍵氧化反應（圖1）。研究表明配體與鈀作用後，不僅可以降低反應溫度，減少雙氧水的分解；而且可以穩定環鈀中間體，使其與雙氧水進一步反應。

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2022年諾貝爾物理學獎由法國巴黎薩克雷大學教授Alain Aspect、美國物理學家John F. Clauser、奧地利維也納大學教授Anton Zeilinger分享，以表彰他們「用糾纏光子進行實驗、確立貝爾不等式的不成立、開創量子信息科學」。

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1. 許武/張繼光AFM：雙層鋰負極保護策略實現高倍率鋰金屬電池

儘管鋰金屬負極（LMA）具有超高的理論比容量和極低的電化學氧化電位，但固體電解質間相（SEI）的不均勻性、"死"鋰的形成以及電解液的持續消耗仍然阻礙了LMA的實際應用。

太平洋西北國家實驗室許武、張繼光等受聚環氧乙烷（PEO）化學/結構優勢特點的吸引，提出了一個雙層（DL）塗層的LMA保護概念。

圖1 DL塗層的作用

研究顯示，DL由提供均勻離子傳輸的PEO基底層（BL）和保持DL機械完整性的交聯頂層（TL）組成，它們減少了鋰金屬與液態電解液之間的副反應。因此，DL@Li允許形成一個穩定的SEI層，以防止電解液的滲透，其主要由LiF和Li2O組成。此外，DL@Li在沉積後表現出更光滑的表面，比裸Li顆粒更大。結果，在DL的物理化學特徵的驅動下，DL@Li||NMC622電池顯示出卓越的循環性，在電流密度為2.1 mA cm-2（C/2倍率）的情況下，經過220次循環後容量保持率為92.4%，LMA的表面保持光滑，NMC622的正極結構也保存良好。

圖2 DL@Li的電化學穩定性和鋰的沉積行為

此外，值得注意的是，由於均勻的離子通量和減少的副反應，DL@Li||NMC622電池在6.9 mA cm-2（1.5C倍率）的高電流密度下充電後達到了126.0 mAh g-1的較高放電容量。據悉，在高面積容量負載的Li||NMC622電池中還沒有報道過如此出色的電化學性能。作者相信，這種定製的DL保護可以有效地解決高倍率和高能量密度鋰金屬電池的艱巨挑戰。

圖3 Li||LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2電池的電化學循環性

High Current-Density-Charging Lithium Metal Batteries Enabled by Double-Layer Protected Lithium Metal Anode. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202207172

2. 何冠傑/柴國良AEM：超穩定水系鋅離子電池，5000次循環容量保持92%

採用預適配陽離子的層狀錳氧化物作為水系鋅離子電池（AZIBs）的正極引起了巨大的興趣，因為其開放的二維通道可以實現快速的離子擴散，並且在拓撲化學（脫）插層過程中具有溫和的相變。然而，由於與主體內帶負電的亥姆霍茲平面的鬆散相互作用以及二維結構中客體（脫）插層時的剪切/膨脹效應，不可避免地會看到這些「柱」陽離子從主體中浸出，這意味着需要合適的調節以防止它們快速性能衰減。

倫敦瑪麗女王大學何冠傑、中科院福建物質結構研究所柴國良等首次提出了一類新的超結構層狀錳氧化物，Mg0.9Mn3O7·2.7H2O，旨在實現高性能AZIBs的強大正極。

圖1 Mg0.9Mn3O7·2.7H2O的結構和形態表徵

研究顯示，Mg0.9Mn3O7·2.7H2O在0.2 A g-1和5 A g-1時，可以實現312 mAh g-1和132 mAh g-1的高比容量，以及5000次循環後92%容量保持率的出色循環穩定性。同時，其卓越的倍率能力和晶格結構的准零體積變化進一步驗證了其在實際應用中作為一種有前景的正極主體的可行性。

圖2 電化學性能比較

作者進一步通過對傳統層狀錳氧化物（δ-Mg2Mn14O27·nH2O、δ-MnO2·nH2O和δ-Na0.55Mn2O4·2.4H2O）和Mg0.9Mn3O7·2.7H2O的結構/化學演變和電化學性能的原位實驗和理論比較，詳細討論了超結構正極材料的優點。研究表明，微觀結構對性能的改善源於網狀MnO6和MgO6鏈的特定二維特徵以及內置的Mn空位，它們賦予了氫鍵穩定的層狀結構和過渡金屬層的水平釘住效應。因此，與以前報道的錳基正極相比，這種堅固的框架具有較少的錳遷移和准零的晶格體積變化，有助於提高電化學性能。總之，這些發現為開發可逆AZIBs的層狀過渡金屬氧化物的超級結構提供了新的見解。

圖3 Mg0.9Mn3O7·2.7H2O的非原位表徵

Hydrogen-Bond Reinforced Superstructural Manganese Oxide As the Cathode for Ultra-Stable Aqueous Zinc Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202201840

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北京時間10月4日下午17:45，2022年諾貝爾物理學獎揭曉：法國物理學家阿蘭·阿斯佩（Alain Aspect）、美國理論和實驗物理學家約翰·克勞澤（John Clauser）、奧地利量子論物理學家安東·塞林格（Anton Zeilinger）獲獎，以表彰他們在量子信息科學研究方面作出的貢獻。

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