元素百科为您介绍铝离子电池正极电极与电解液材料研究获进展。随着世界对于可再生能源开发需求的增长，电网电能存储系统的短板日益凸显。在铅酸、镍氢、锂离子等主流电池体系当中，锂离子电池综合性能最好，但是锂的储量有限，而且存在安全性隐患问题；铅酸电池虽然成本低廉，但铅有环境污染问题。因此，开发具备廉价、安全、长寿命、可快速充电的电池系统成为目前世界研究热点。 铝离子电池潜力巨大近年来，铝离子电池的出现为解决上述问题提供了新的解决方案。它利用地壳上最丰富的金属元素之一的”铝”做为电池材料，由于一个铝离子与铝原子间的转换，能够有三个电子的得失，使其理论比容量仅次于锂，具备高度开发潜力。从80年代开始，美国联信公司、美国康乃尔大学、美国橡树岭国家实验室、美国桑迪亚国家实验室、印度理工学院等单位皆陆续投入铝离子电池开发，使用石墨、氟化石墨、金属氧化物、导电高分子等材料做为正极，但皆未得到理想的放电电压(<1.7V)与足够的充放电循环(<100次)。美国斯坦福大学化学系戴宏杰院士所率领的研究群在2015年使用发泡石墨材料作为正极，离子液体作为电解液，成功开发出近30年来首个放电电压在2V，且能充放电数千次的铝离子电池，并提出完整电池反应机理，相关研究成果发表在自然(Nature)杂志（论文链接）。近期内戴院士领导的研究群针对石墨电极容量不足、电解液成本高等问题，又提出了低成本、高电容量石墨正极的新制程，同时开发以尿素为主的低成本离子液体电解液，这两者的结合让铝离子电池的产业化脚步往前迈进了一大步。相关研究成果先后发表在近日出版的《自然—通讯》(NatureCommunications)与《美国科学院院报》(ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences)杂志上。《自然—通讯》文中报道了一种利用天然石墨薄片作为阴极电极的铝离子电池，该电池性能表现优异，电容到达约110mAhg-1，库伦效率约为98%。在6C倍率下，电池电容为60mAh/g，超过6000次充放电循环后库伦效率约为99%。另外，通过理论计算模拟研究了氯铝酸盐离子嵌入石墨层的行为机制。《美国科学院院报》报导了使用氯化铝与尿素离子液体电解液的铝离子电池，该电池的库伦效率表现优异，能达到99.7%。在1.4C倍率下，电池容量为73mAh/g，可稳定充放电200次以上。氯化铝与尿素电解液的成本低廉，搭配天然石墨材料做为阴极，铝箔作为阳极，上述材料所构成的铝离子电池成本低，且具备优异电化学性能，让铝离子电池成为理想的电网储电系统。铝离子电池的新领域研究近期，铝离子电池为电化学储能电池领域的新研究热点，欧、美、日、韩、澳等科技发达国家皆有研究团队从事相关研究工作。在国内，包括山东科技大学的林孟昌教授、北京科技大学焦树强教授、浙江大学高超教授、江西师范大学欧阳楚英教授等研究团队也陆续在2015年后发表数篇关于石墨作为阴极材料的研究论文。这些工作厚植了铝离子电池在于科学与工程上的发展优势。目前，美国硅谷新创公司ABSystemsINC专注于铝离子电池产业化，已取得斯坦福大学铝离子电池专利的专属授权(专利申请日:1stUSprovisionalfiledonFeb28,2014;2ndUSprovisionalfiledonNov6,2014;PCTapplicationfiledonFeb27,2015)，该公司已经成功聚集国内、外多方产学研单位的资源，正全力将铝离子电池推向市场应用。

元素百科为您介绍南开大学研发联芳基化合物高效合成新方法。日前，南开大学化学学院教授叶萌春团队实现了简单芳烃和广泛使用的芳基硼酸试剂的选择性偶联反应的研究突破，克服了传统联芳基化合物生产过程中反应利用率低、成本高、环境污染严重、反应产物不可控等问题，可以方便快捷地构建各类联芳基化合物。由于芳基硼酸试剂的稳定、易得和低毒，这种催化剂控制的选择性芳基化反应有望在医药、农药和材料领域得到重要的应用。 联芳基化合物的合成方法该研究成果得到了国家自然科学基金的资助，并发表在材料与化学类龙头期刊《美国化学会志》。联芳基化合物在医药、农药、染料、新材料等领域被广泛应用。长期以来，发展简便、高效的联芳基化合物合成方法一直是有机合成研究的热点。传统合成方法存在步骤多、废物排放多等缺陷。简单芳烃原料价廉易得，且反应原子利用率高、环境污染少，通过简单芳烃碳氢键直接进行芳基化反应来构建联芳基化合物逐渐得到了更多的重视。但芳烃中的碳氢键不仅有相对惰性，难以直接反应，而且数量多，性质相近，对它们的选择性偶联是当下面临的关键难题。受以往反应底物中的一些酰胺官能团可以对反应选择性起到重要影响的启发，叶萌春研究团队大胆设想，能否将酰胺类结构作为配体引入到反应体系中，从而有效控制反应的选择性，实现催化剂控制的通用性偶联呢？经过广泛而深入的研究，团队最终发现包括N，N-二甲基乙酰胺在内的多种酰胺化合物均可以促进甲苯和芳基硼酸的高对位选择性芳基化反应，其中N,N-二甲基甲酰胺（常用有机溶剂，约30元/升）的控制效果最好。在最优反应条件下，甲苯与多种取代的芳基硼酸均能高效偶联生成联芳基化合物，且邻/间/对位选择性高达0.5/0.9/98.6，反应的收率最高达到90%。除甲苯外，其他单取代芳烃，如乙苯、异丙苯、氟苯、氯苯等，以及二取代和多取代芳烃同样适用于该体系，得到对位选择性芳基化产物，显示了该方法的广泛实用性。联芳基化合物带来新的机遇“该反应条件温和，操作简单，底物适用范围广，可以用来方便地合成各类取代的联芳基化合物。通用的催化剂控制方法不仅避免了之前诸多底物控制方法的局限性，大大拓展了反应的底物和产物范围，而且为进一步实现其他位置的选择性调控和其他类型反应的发展带来了全新的机遇。”叶萌春介绍道。

元素百科为您介绍我国科学家研发出光学探针可检测1毫米肿瘤。光学在医疗领域发挥作用早已不是新鲜事，不过，利用光学探针检测肿瘤并导航肿瘤手术却是当前医疗领域中的一个重要挑战。记者从南京大学化学化工学院蒋锡群教授课题组了解到，目前该课题组研究人员创制了一种大分子光学探针，在不伤害生命体的情况下，能有效检测到一个仅为1毫米的肿瘤。 光学很亲民，不会对人体造成伤害据南京大学化学化工学院教授蒋锡群介绍，大多数肿瘤组织具有不同于正常组织的特异性微环境，其中有两个最基本的病理现象，一个是酸化，一个是缺氧，它们与癌症的发生、发展和转移息息相关。在医生对病人肿瘤进行诊断时，对肿瘤进行影像分析是必不可少的环节。“现在已经有一些光学探针，可以将肿瘤标志性特征转换为光学信号表现出来。然而，由于许多肿瘤标志物在肿瘤组织和正常组织中差异并不大，且相应光学探针的灵敏度有限，因而往往难以实现对肿瘤微环境的高特异性和信噪比的光学成像。”蒋锡群教授解释，信噪比是指一个电子设备中信号与噪声的比例，信噪比数值越高，噪音越小。针对这一难题，蒋锡群教授课题组的研究人员提出了一种连续放大肿瘤微环境信号的策略，创制了一种对酸化和缺氧连续响应的大分子光学探针。“有针对性就更容易获取目标，成像将更加有准确性。”蒋锡群老师表示，光学成像相比于现在的X光“拍片子”、CT、核磁共振等机器，基本不会对人类身体产生副作用，成本也不高。探针很精准，能检测到1毫米肿瘤了解了大分子光学探针的原理，那么具体在医疗过程中，这个“神器”该如何操作呢？记者了解到，大分子光学探针使用时，会在正常组织中发射出较弱的红色荧光，而在进入实体肿瘤之后，探针会首先对肿瘤的微酸性微环境进行响应，并转换成一种具有近红外荧光的“报信员”，接着，“报信员”还能进一步对肿瘤的低氧微环境进行响应，伴随着其近红外荧光发射强度的增强。通过荧光强度的连续增强，有效地实现对肿瘤微环境信号的两步放大。蒋锡群教授告诉记者，小鼠肿瘤模型的测试结果显示，在小白鼠肿瘤肝脏转移模型中，该探针能够高灵敏地检测到1毫米大小的微小肿瘤转移灶。“现在医学提倡精准治疗，大分子光学探针能很好地帮助医生实现这一目标。”据介绍，这种新型光学探针不仅可以用于肿瘤早期检测，而且在肿瘤手术时，该探针就像GPS定位仪，将医生没切干净的肿瘤照亮，由此达到精准手术、精准治疗。