烷基糖苷表面活性剂胶束溶液中深共晶溶剂诱导凝聚：超分子溶剂的形成及其在食品分析中的应用（Talanta 2025）

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摘要 格但斯克工业大学的研究者们研究了数种烷基多糖苷C8-C10胶束溶液中的深共晶溶剂，来诱导凝聚并引起相分离。作者选择三种脂肪酸作为氢键供体，即己酸、庚酸和辛酸，同时使用季铵盐和单萜类百里酚作为氢键受体，以获得深共晶溶剂。深共晶溶剂的前体可以掺入烷基多糖苷C8-C10的胶束结构中，并调节其性质，改善与目标化合物的相互作用，并由于胶束聚集体尺寸的增加而促进相分离。 绿色表面活性剂和深共晶溶剂的协同作用，已被证明可以在测定辣椒素作为次生代谢物时，保持辣椒的刺激性，从而保持辛辣食物的刺激性。目标分析物的提取回收率在75%以上。辣椒素和二氢辣椒素的检测限为1.7μg g−1。相对回收率在76-130%之间。本研究是第一次提出烷基多糖苷和深共晶溶剂之间的协同作用。所提出的提纯系统有可能用于其他分析任务，特别是在固体和非均质样品的分析中。不仅基于脂肪酸的深共晶溶剂，而且基于醇、单萜等的其他溶剂也可用于凝聚。因此，各种已经研究过的深共晶溶剂，也可以基于此目的而进行重新研究。 参考文献 Deep eutectic solvent-induced coacervation in micellar solution of alkyl polyglucoside surfactant: Supramolecular solvent formation and application in food analysis, Christina Vakh, Lutfi Andre Yahya, Patrycja Makoś-Chełstowska, Marek Tobiszewski, Talanta, Volume 292, 1 September 2025, 127930

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【重庆大学】甲烷/烟煤混合爆燃的火焰行为、压力演变和分子反应机理（Fuel 2025）

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研究背景 在煤炭开采和加工过程中，甲烷和煤粉的混合爆炸对煤矿安全构成严重威胁。甲烷与煤粉的混合物易被机械摩擦、爆破等能量源引燃，其爆炸特性比单一燃料更复杂，产生的冲击波、火焰和有毒气体会加剧灾害。现有研究多聚焦宏观爆炸特性（如压力、火焰传播）和抑制技术，但对微观反应机制（如分子层面链式反应路径）缺乏深入探讨。本文通过实验和ReaxFF MD分子动力学模拟，结合烟煤（中国储量占比75%）的宏观爆炸行为与分子反应机理，旨在揭示混合爆炸的协同作用机制，为灾害防控提供理论依据。 研究方法 为了揭示甲烷/烟煤煤尘复合爆炸机理，甲烷/烟煤混合爆炸反应的分子模型构建过程。图1a为经典烟煤分子的初始结构，经几何优化和退火处理后获得稳定构型（图1b）。随后，利用 Packmol 按化学计量比将甲烷、氧气分子随机分布至周期性三维反应箱中，形成混合反应体系（图1c）。该模型结合了烟煤分子、甲烷与氧气的空间分布特性，密度设定为 0.5 g/cm³，为后续 AMS-ReaxFF-MD 模拟提供了原子级反应环境，旨在解析爆炸过程中分子链式反应路径与中间体演化机制。 图1 甲烷/烟煤煤粉复合反应系综分子模型构建 图2 褐煤分子的热解反应简化机制：（a）褐煤分子结构的初始热解反应序列；（b）二次热解过程中典型小气体分子（CO、CO2、CH4、H2O）的形成途径以及关键自由基（·H、·OH）的生成路径；（c）典型官能团 图3 甲烷/烟煤煤粉复合燃爆反应机制 主要研究结论 通过ReaxFF-MD模拟，分析了烟煤分子热解机理及主要气体组分和关键自由基的演化规律。结果表明，在预混体系中，烟煤分子有效地促进了燃烧反应过程，且在富氧水平较高时，促进作用更为显著.在甲烷/粉煤爆燃系统中，烟煤分子受热氧化分解，释放出大量的挥发分参与气相爆燃反应，该过程促进了混合体系的强度和加快了反应速率。 该研究为甲烷-氧气燃烧和甲烷/烟煤混合燃烧的反应途径提供了详细的见解。甲烷-氧气燃烧的主要途径包括CH4→ CH2CH3→ CH2O → CH2CHO → CO → CO2。此外，混合爆燃的甲烷和烟煤粉揭示了一个复杂的二级途径，导致形成各种副产物和中间产物，如CH4CH5O，CH4CH4O，CH4CH4O2，CH2O2，CH2CH2O2和CxHyO2。甲烷/烟煤爆燃的主要反应途径为CH4→ CH2CH3→ CH4O → CH2O → CH2CHO → CO+ H2→ CO2+ H2O。通过脱氢反应和结合转化维持了·H和·OH自由基之间的平衡，在混合爆燃和产物转化中起着至关重要的作用。  参考文献 Flame behaviors, pressure evolution, and molecular reaction mechanism of methane/pulverized bituminous coal hybrid deflagrations, Fuel […]

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【石河子大学】离子液体辅助萃取分离正己烷和乙酸乙酯：实验与工艺性能评估（Sep Purif Technol 2025）

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摘要 正己烷 (NHA) 和乙酸乙酯 (EA) 是重要的有机溶剂，广泛应用于石化、食品、纺织、制药等多个行业。然而，由于它们能形成共沸物，在常压下难以通过传统蒸馏法进行分离。为解决此问题石河子大学雷志刚教授团队使用离子液体 (ILs) 作为萃取剂来分离乙酸乙酯 (EA) 和正己烷 (NHA)，并通过 COSMO-RS 模型筛选出了最具潜力的 ILs。该研究从多个尺度探讨了正己烷和乙酸乙酯的分离过程。研究表明，[BMIM][BF4] 因其较低的成本和优异的溶解能力成为最具经济效益的选择。同时，注意到 [BMIM][PF6] 具有显著的能量消耗优势，这表明热容量在未来ILs筛选中也应被视为关键考量因素之一。通过AMS软件中的 COSMO-RS 模型计算出的 40 种 ILs 对于 EA 到 NHA 的选择性和溶剂能力（图 1）。计算结果显示 [EMIM][BF4]、[BMIM][BF4] 和 [BMIM][PF6] 三种离子液体在具有较高选择性的同时还表现出有意的溶剂能力，因此被选为理想的离子液体萃取剂用于后续的实验以及模拟研究。 图1、40种常见离子液体对正己烷-乙酸乙酯体系的溶剂能力和选择性 通过量子化学计算在分离层面对萃取过程的分离机理进行研究，结果显示阳离子与乙酸乙酯分子之间形成的氢键相互作用是萃取过程得以进行的主要驱动力。并且阳离子-乙酸乙酯体系间的 IGM 等值面明显强于阴离子-乙酸乙酯体系，说明阳离子在萃取过程中起到了更为重要的作用。 图2、离子液体与正己烷以及乙酸乙酯之间的 IGM 等值面 液液相平衡实验证明所选的三种离子液体对乙酸乙酯优异的分离性能。可以看出 [BMIM][PF6] 对乙酸乙酯的分配系数最高，这表明在相同纯度要求下，[BMIM][PF6] 所需要的离子液体用量最小。但是 [EMIM][BF4] 的选择性最高，说明该离子液体可以以更高的纯度分离正己烷-乙酸乙酯体系。 图3、三种离子液体对乙酸乙酯的分配系数以及选择性 最后该研究使用 Aspen Plus 软件在系统尺度设计了正己烷-乙酸乙酯体系的分离过程。该流程通过闪蒸罐-1来控制正己烷和乙酸乙酯的产品纯度同时使用闪蒸罐-2 来回收离子液体萃取剂。模拟结果表明所筛选的三种离子液体萃取剂均能得到高纯度产品（乙酸乙酯和正己烷的分离纯度均大于 99.5wt%，表一）。 表1、三种离子液体在系统尺度的性能参数 总结 本研究采用 […]

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层状InOCI作为锂、镁和铝离子电池阳极材料的第一性原理研究（Battery Energy 2025）

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摘要 最近巴基斯坦古吉拉特与意大利坎帕尼亚大学、阿联酋阿布扎比大学、沙特国王大学、意大利罗马大学的研究者们，报告了氯氧化铟（InOCl）作为有前景的电极材料，在可充电锂离子电池（LIB）、镁离子电池（MIB）和铝离子电池（AIB）中的应用。作者基于 AMS 中的 BAND 模块，使用密度泛函理论（DFT）和从头计算分子动力学（AIMD）计算仔细研究了 InOCl 的阳极性质，以探索其结构、电子、输运和电化学特性。 结果表明，InOCl 比商用阳极材料储存更多的金属离子。LIB、MIB 和 AIB 的充电容量分别为 3604、4700、2820 mAhg−1，这表明 InOCl 可能是一种非常有能力的阳极材料。主体材料的开路电压分别为 Li 2.05V、Mg 1.7V 和 Al 0.95V。LIB、MIB和AIB的体积膨胀分别计算为9.12%、3.6%和15.5%，这表明主体在充电/放电循环过程中具有抗膨胀的弹性。基于锂离子、镁离子和铝离子的扩散动力学和过渡势垒，研究了主体的电化学性能。LIB、MIB 和 AIB 的最小能垒分别计算为 0.20、0.80 和 0.44eV，而扩散系数值分别计算为1.14×10−9、1.1×10–11 和 0.88×10-9m2/s。此外，离子电导率的相应值分别计算为 10.32×10−2、1.1×10−2和 8.50×10−3 S/m。 参考文献 Uncovering the Potential of Layered InOCI as Anode Material in Lithium, Magnesium, and Aluminum Ion Batteries: First‐Principles Investigations, Battery Energy, […]

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在理论计算的支持下创新 X 射线技术揭示锕系键合特性 (Nat. Comm. 2025)

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摘要 在最近的一篇 Nat. Comm. 论文中，作者报道了一种分析锕系配合物的光谱方法的新发展，为锕系配合物的电子结构和键合性质提供了前所未有的见解角度。作者使用 M4 边共振非弹性 X 射线散射（RIXS），证实了以前在高能分辨率信号中被忽视的光谱特征，可靠地揭示了锕系化合物中局域 5f 电子的数量。 理论计算在解释实验数据方面发挥了至关重要的作用。例如作者使用 AMS 进行配体场密度泛函理论（LFDFT 手册、教程1、教程2、教程3）计算，以破译测量的 RIXS 信号并确认其与锕系电子构型的连接。 参考文献 Bianca Schacherl, Michelangelo Tagliavini, Hanna Kaufmann-Heimeshoff, Jörg Göttlicher, Marinella Mazzanti, Karin Popa, Olaf Walter, Tim Pruessmann, Christian Vollmer, Aaron Beck, Ruwini S. K. Ekanayake, Jacob A. Branson, Thomas Neill, David Fellhauer, Cedric Reitz, Dieter Schild, Dominique Brager, […]

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氧化石墨烯催化臭氧高级氧化过程中活性氧形成机理的探讨(Carbon 2024)

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摘要 基于石墨烯催化剂的臭氧(O3)高级氧化工艺（AOP）作为一种高效的水体治理手段，探究其臭氧化的微观机理对环境治理具有重要意义。南京工业大学杨晓宁教授课题组，采用密度泛函（DFT）和反应分子动力学（ReaxFF）方法研究了氧化石墨烯（GO）表面多种含氧官能团的活性氧形成机制。 作者通过 AMS 软件中的 ADF 模块进行了一系列关于 O3 和含氧官能团的反应过渡态搜索，并采用隐式COSMO 溶剂化模型考虑了水溶液对反应过程的影响。反应路径和能量计算结果为多种含氧官能团的反应提出可行的臭氧化机制，可以更好的解释目前关于 GO 催化臭氧化的实验现象。作者进一步使用 ReaxFF 模块对 GO/O3/H2O 系统进行了多次动力学模拟，GO表面的含氧官能团与 O3 的反应过程被清晰的观察到。此外模拟过程中多种活性物种数量的时间演变也被统计。这些结果与 DFT 计算和实验数据较好吻合，进一步证实了文章提出的臭氧化机制的正确性。 参考文献 Huipeng Wang, Zhijun Xu, Xiaoning Yang, Probing the formation mechanisms of reactive oxygen species in graphene oxide-catalyzed ozone advanced oxidation processes, Carbon, 2024, 119831 感谢王慧鹏博士供稿！

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AMS 应用于重元素研究案例集（三）

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多氧钒酸盐中成分驱动的原型动力学 在计算质谱学中，人们经常需要解决将质谱信号与可行且化学上合理的结构相关联的问题。尽管这些问题在有机化学领域中通常能够得到解决，有时甚至使用简单的启发式方法，但对所有无机和纳米分子体系来说仍然是一个挑战，例如配位化合物会表现出多种键合连接方式。 在最近发表在《化学科学》上的一项工作中，剑桥大学Kondinski 等人解决了由钒、砷和氧原子制成的新的、复杂、多核无机物的质谱信号相关性问题。从组成上来说，无机分子属于球形杂多钒酸盐 (heteroPOV) 家族，这是一组众所周知的催化活性和磁响应材料。 确认质谱仪检测到的结构，最初似乎是一个无法克服的问题，正如作者在论文中仔细列举的那样，有超过 40,000 种构造可以在形式上构建出球形heteroPOV。作者决定采取不同的路线并应用系统思维，整合了关于已知结构的经验证据，并将分子内应变作为替代构型的一个因素，从而能够较快地在整个化学空间中搜寻，并迅速定位到一些可能的结构。使用 AMS软件中ADF模块优化、整理并分配，与实验观测相关联的分子结构。 总体的研究揭示了一种前所未有的结构变化：当球形heteroPOV逐渐被砷过度地取代时，整体结构将跃变为环状。 Kondinski, M. Rasmussen, S. Mangelsen, N. Pienack,   V. Simjanoski,   C. Nather,   D. L. Stares,   C. A. Schalley, W. Bensch, Composition-driven archetype dynamics in polyoxovanadates, Chem. Sci., 2022, 13, 6397-6412 离子性可控的超原子盐 弗吉尼亚联邦大学Turbasu Sengupta与Shiv N. Khanna发现一类新的金属-硫族超原子分子。以Rh6S8Ln为例，通过在金属-硫族团簇周围结合适当的配体，可以改变双超原子分子的成键特性。选择不同配体，与超原子中相同原子结合时，配体的电负性随种类而有所不同，作者选择了膦配体PR3，其中R官能团为NME2、F等，分别产生不同的电负性。作者发现，这项技术也能用于(PR3)5Rh6S8–Rh6S8(CO)5二聚体、盐的电子特性控制。两边电子能级的差异导致内部产生了电荷转移，从而在共价键基础上增加了离子键成分，而且导致这种二聚体产生了偶极矩/内部电场。也就是说，二聚体的偶极矩/内部场的强度可以通过改变PR3基团的电负性来调整。用这种偶极强度、内部场和HOMO/LUMO位置可调的超原子分子团簇组装成的固体材料，可能会有特别的用途，例如光捕获。 此外，还观察到这种超原子分子离子的氧化还原性质也可以使用类似方法得到预测和调制，即通过改变PR3基团的电负性实现。这种超原子分子也可以考虑用来组装成铁电固体，作者目前正在与其他实验课题组合作探索应用。 Superatomic salts with controlled ionicity, Turbasu Sengupta, Shiv N. Khanna, Mater. Adv., […]

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AMS 应用于重元素研究案例集（二）

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多价s-嵌段元素：一个缺失的环节挑战了重元素的化学周期律（清华大学） 许多化学教科书假定周期律毫无保留地有效，将 G 价元素放在周期表的 G 族列中。物理起源是原子核和价壳层之间的大能隙。将超重 p、d、fg 区化合物的文献数据与 s 区聚氟化物的现有结果相结合，发现随着重原子的非相对论量子数和相对论自旋轨道分裂的增加，Gap 逐渐减小。这改变了化学周期性： i）超重 s/p-元素的化合价升高/降低，偏离了 G 族标签 ii）新的周期不再从第 1 和第 12 组开始。 这两个“失败”都表明，在110左右，Z以上元素的经典周期律正在逐渐消失。 Polyvalent s-block elements: A missing link challenges the periodic law of chemistry for the heavy elements, Chang-Su Cao, Jing Zhao, Han-Shi Hu, Jun Li, PNAS, 2023, 120,(43) e2303989120, DOI: 10.1073/pnas.2303989120 锕系元素逆反效应与下方协同推动\多中心键合 具有高多重性的锕系配体键仍然知之甚少。几十年前，人们提出了一种称为 6p 自下推(PFB) 的效应来增强锕系元素共价键。与之相关的一个的效应（也知之甚少）是逆反效应（ITI）。目前对具有高键重数的锕系元素-配体共价相互作用的计算研究，量化了 […]

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AMS 应用于重元素研究案例集（一）

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锎化合物的慢磁弛豫 本文报道了大环锎衍生物 Na[Cf(H2O)(DOTA)] (DOTA = 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetate), 1-Cf 的合成和表征，并将其与镝对应物 Na[Dy(H2O)(DOTA)], 1-Dy 进行了比较研究。在 1-Cf 和 1-Dy 之间观察到发散的光谱和磁行为。根据光谱测量，作者提出可及的 5f→6d 跃迁（可能与电荷转移跃迁协同工作）是观察到的 1-Cf 宽带光致发光的主要因素。1-Cf 的直流磁化率数据显示，与之前观察到的 1-Dy 相比，1-Cf 的磁矩较低。计算表明，游离 f9 离子是更大配体场效应的结果。 值得注意的是，1-Cf 在交流磁化率测量的时间尺度上显示出缓慢的磁弛豫，使其成为基于锎的单分子磁体的第一个例子。交流磁化率数据的并排比较揭示了 1-Cf 和 1-Dy 之间的磁弛豫特性差异很大。这种发散弛豫行为主要归因于 Dy3+ 和 Cf3+ 之间自旋轨道耦合的固有差异。 Slow Magnetic Relaxation in a Californium Complex, Luis M. Aguirre Quintana etc, J. Am. Chem. Soc. 2024, DOI: 10.1021/jacs.4c10065 下一代三价锕系元素和镧系元素分离萃取剂的计算辅助开发（四川大学） 三价锕系元素 [An(III)] 和镧系元素 [Ln(III)] 之间的化学相似性，对它们的区分和分离提出了重大挑战，这是关闭核燃料循环的关键一步。然而，现有的分离方法通常存在分离因子不足、汽提效率有限和不希望的共萃取等缺点。 […]

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Bumblebee – OLED/OFET 器件模拟平台

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通过输入分子材料微观性质，建立分子材料堆叠为像素的三维模型，使用三维动力学蒙特卡洛方法，模拟堆叠结构中的电流-电压性质、激子的各向随机传输以及转化为激发态发光的电学过程，及电荷载流子如何在OLED层内移动，得到像素发光颜色、效率、寿命等特性，研究器件随时间的退化。 模拟分子材料层层堆叠为像素后的发光特性 它有助于研究人员了解缺陷如何形成、材料如何老化以，这对提高器件效率和寿命至关重要。Bumblebee能够大幅度降低 OLED/OFET 器件研发成本和上市时间。 Bumblebee 早期主要以云服务的形式为全球主要 OLED 生产商服务。2024 年 SCM 公司完成对 Bumblebee 的收购，考虑中国中国对跨国云服务安全性的重视，因此改版为软件服务，软件部署于用户本地进行模拟。作为 SCM 中国唯一合作伙伴，费米科技负责 Bumblebee 在中国市场的相关事务。 OLED/OFET 器件堆叠结构设计的重要性 器件的行为、性能、寿命不仅仅受材料影响，也直接受堆叠结构本身的影响，如果不提堆叠结构，就不可能说一种材料比另一种材料好 没有一种完美的材料能在所有情况下都起作用 一种材料在一个堆栈中表现很好，在另一个堆栈上表现很差 通过模拟，能预测、帮助改进特定堆栈所需的材料特性 堆叠设计可以帮助减少器件的缺点 材料一般并不完美，堆叠设计可以帮助最大限度地减少某些损失 可针对特定应用（例如，显示器、照明、汽车等）优化器件 堆叠设计需要满足： 高效 对某些参数（例如生成过程中的必然存在的微小变化）不太敏感 激子、载流子在不同堆叠结构中的行为 Bumblebee 的优势 三维蒙特卡洛方法模拟电学微观过程，比一维飘移扩散模型更准确 与标准动力学蒙特卡罗实现相比，新算法将计算成本降低了 10-50 倍 时间+三维结合，独特视角查看OLED器件的运行过程 使用方便：基于网页的图形界面建模与输出 Bumblebee 的功能 Bumblebee 视频介绍（B站） Bumblebee 用户界面概览（B站） 堆叠结构优化 使用内置参数筛选和优化工具，优化器件堆栈结构 模拟主客体分布、层界面、掺杂剂梯度、聚合物网络和其他复杂结构 能够考虑分子无序和长程静电相互作用 光电特性 模拟最先进的 OLED/OFET 材料，包括TADF发射体和超荧光 光电过程：Dexter、Förster激子传输，激子湮灭，极化子猝灭，三重态捕获、激基复合物、振动耦合、效率滚降发光寿命 色彩与强度的层间分布 […]

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