Z型光催化系統(tǒng)的新興前沿領(lǐng)域

太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的燃料生產(chǎn)是解決全球能源和環(huán)境問(wèn)題的良好策略之一。在光催化燃料生產(chǎn)中，Z型異質(zhì)結(jié)因其增強(qiáng)的光吸收、空間分離的還原和氧化活性位點(diǎn)以及強(qiáng)大的氧化還原能力，在光催化燃料生產(chǎn)中能夠顯著提升催化性能。這種前沿的光催化策略使光催化劑可以高效、選擇性地將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并具有較高的穩(wěn)定性。

了解Z型光催化系統(tǒng)的基本原理和改進(jìn)策略，將有助于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)高效的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)燃料生產(chǎn)和其他光催化應(yīng)用的Z型光催化劑。

這篇綜述重點(diǎn)介紹了Z型光催化劑在光催化水分解、CO ₂ 還原、N ₂ 固定、H ₂ O ₂ 產(chǎn)生等方面表現(xiàn)出極高的催化活性和選擇性。同時(shí)，文中還討論和總結(jié)了Z型光催化劑的重要改進(jìn)策略。隨著不斷的突破，Z型光催化系統(tǒng)將在活性、太陽(yáng)能利用率、選擇性和制造成本等方面取得歷史性的突破，并朝著實(shí)際生產(chǎn)的方向邁進(jìn)。

基于分層和莫爾紋介質(zhì)表面設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)光學(xué)特性定制化

通過(guò)疊層雙層/多層介質(zhì)表面，可制備各領(lǐng)域中具有重大意義功能器件。對(duì)稱性在納米尺度下對(duì)光的控制起著重要作用，疊層和扭曲光學(xué)介質(zhì)表面為利用鏡像對(duì)稱性和高階旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性提供了新的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所。多個(gè)疊層介質(zhì)表面提供多樣化的性能和高度緊湊的功能器件平面。控制對(duì)稱性的分層介質(zhì)表面可以促成極端色散的偏振子，為研究光和物質(zhì)之間強(qiáng)耦合的新現(xiàn)象提供支持。

光學(xué)超表面是亞波長(zhǎng)尺寸，人工設(shè)計(jì)集成而得的平面化器件，具有非凡的電磁波操控能力，并可實(shí)現(xiàn)多功能化。該領(lǐng)域的最新研究集中于推動(dòng)增強(qiáng)光-物質(zhì)相互作用的前沿研究，探索創(chuàng)新型概念，發(fā)展制造能力。其中，層狀和扭曲超表面在操縱光方面展現(xiàn)出靈活性和可調(diào)性，為光的莫爾物理學(xué)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。本文中，作者對(duì)現(xiàn)有技術(shù)水平的層狀和堆疊莫爾超表面進(jìn)行了概述。首先介紹了自由空間多功能元器件，接著是扭曲雙曲線超表面雙層的極化子學(xué)和扭曲電子學(xué)的最新發(fā)現(xiàn)。最后，討論了莫爾超表面納米制造的最新進(jìn)展，并展望了了未來(lái)潛在的應(yīng)用前景。

預(yù)備，流！自動(dòng)化連續(xù)合成與優(yōu)化

將連續(xù)流化學(xué)和自動(dòng)化合成相結(jié)合，就能同時(shí)利用這些技術(shù)的諸多優(yōu)勢(shì)。隨著研究的進(jìn)步，閉環(huán)實(shí)驗(yàn)逐漸成為加速發(fā)現(xiàn)新分子的一種可行方案。將自動(dòng)化的通用反應(yīng)平臺(tái)與計(jì)算路徑規(guī)劃相結(jié)合，為復(fù)雜分子合成提供了有力支持。合成化學(xué)是獲取先進(jìn)材料的有效途徑，相關(guān)產(chǎn)物促進(jìn)了醫(yī)藥、能源和農(nóng)業(yè)等重要產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新。自動(dòng)化技術(shù)正在向傳統(tǒng)化學(xué)合成和開(kāi)發(fā)過(guò)程發(fā)起挑戰(zhàn)。而連續(xù)流化學(xué)的發(fā)展已趨于成熟，并提供了一個(gè)適合自動(dòng)化的靈活平臺(tái)。連續(xù)流化學(xué)合成和自動(dòng)化的合并有望為非專(zhuān)業(yè)人士提供幫助，進(jìn)行復(fù)雜小分子的定制合成，同時(shí)可減輕專(zhuān)業(yè)化學(xué)家的常規(guī)任務(wù)來(lái)加速新合成方案的開(kāi)發(fā)。在這篇文章中，作者討論了最新的一些案例研究，介紹了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化合成的策略，并論述了最新基于連續(xù)流化學(xué)以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化合成的相關(guān)研究工作。

鈀催化的對(duì)映選擇性C-H官能團(tuán)化與 C-H鈀化反應(yīng)

對(duì)映選擇性的C-H官能團(tuán)化是構(gòu)建手性分子的一種強(qiáng)大而直接的路徑。過(guò)渡金屬催化對(duì)映選擇性C-H鍵活化已成為合成復(fù)雜手性分子的一個(gè)越來(lái)越重要的工具。相較于其他過(guò)渡金屬催化劑，鈀因其高反應(yīng)活性、良好的通用性和官能團(tuán)耐受性，尤其適合作為對(duì)映選擇性C-H官能團(tuán)化的催化劑。在過(guò)去的十年中，作為最常用的金屬催化劑之一，鈀在對(duì)映選擇性C-H官能團(tuán)化中受到了極大關(guān)注，有望簡(jiǎn)化手性分子的合成，啟發(fā)新的逆向合成斷裂。    

本綜述重點(diǎn)介紹了Pd催化對(duì)映選擇性C-H官能團(tuán)化反應(yīng)的最新進(jìn)展，包括催化途徑、手性配體類(lèi)型和對(duì)映選擇度等。其中，作者提出具有高催化活性、簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)和模塊化合成的新手性配體，為對(duì)映選擇性C-H官能團(tuán)化提供了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

單電子卡賓催化在氧化還原反應(yīng)中的應(yīng)用

2019年至今，自由基卡賓催化領(lǐng)域經(jīng)歷了指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，并在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，仍保持強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。單電子卡賓種類(lèi)由于其獨(dú)特的氧化還原性質(zhì)，在合成化學(xué)中的重要作用日益顯現(xiàn)。N-雜環(huán)卡賓（NHC）結(jié)構(gòu)能夠?qū)λ葿reslow中間體或acyl azolium中間體的氧化還原性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響，進(jìn)而影響所得自由基物種的反應(yīng)性。通過(guò)氧化生成自由基卡賓物種可以遠(yuǎn)程官能化不飽和醛，也可以直接官能化醛來(lái)合成取代酮。

與氧化生成的自由基卡賓相比，人們對(duì)還原生成的自由基卡賓的認(rèn)識(shí)不足。受N-雜環(huán)卡賓在天然酶促過(guò)程中的作用啟發(fā)，化學(xué)家們?cè)谶^(guò)去幾十年中利用這些Lewis堿性物種的極性反轉(zhuǎn)反應(yīng)構(gòu)建了諸多重要的化學(xué)鍵。N-雜環(huán)卡賓仍然在雙電子轉(zhuǎn)化中發(fā)揮作用，而獨(dú)特的氧化還原性質(zhì)使其能夠通過(guò)單電子氧化或還原來(lái)形成各種有用且穩(wěn)定的自由基物種。因此，其在合成中的應(yīng)用隨著自由基化學(xué)的復(fù)興而得以迅速發(fā)展，近年來(lái)作為活性單電子物種廣泛使用。

使用2D電子光譜研究類(lèi)胡蘿卜素在光合作用中的光物理學(xué)特性

2D電子光譜技術(shù)可以以飛秒時(shí)間分辨率和高靈敏度解析激發(fā)和發(fā)射能量，適合用于繪制光合作用中類(lèi)胡蘿卜素的電子激發(fā)態(tài)和相關(guān)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。類(lèi)胡蘿卜素到葉綠素的能量轉(zhuǎn)移使植物可以捕獲藍(lán)綠光進(jìn)行光合作用。測(cè)試結(jié)果表明，弛豫由暗態(tài)、分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移態(tài)和直接相干過(guò)程所介導(dǎo)。光保護(hù)性的能量耗散對(duì)植物的健康至關(guān)重要，可能涉及葉綠素到類(lèi)胡蘿卜素的能量轉(zhuǎn)移。最近的研究已經(jīng)可以直接觀察到這種能量耗散途徑。類(lèi)胡蘿卜素是光合作用中的輔助色素，具有諸如光捕集、光保護(hù)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等一系列功能。這種多功能性得益于其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)或多個(gè)暗激發(fā)態(tài)，可以通過(guò)物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在這篇綜述中，作者總結(jié)了類(lèi)胡蘿卜素介導(dǎo)的能量轉(zhuǎn)移和能量耗散的超快光物理機(jī)制，這些機(jī)制是類(lèi)胡蘿卜素在光合作用中光捕集和光保護(hù)功能的基礎(chǔ)。與此同時(shí)，作者闡述了最近2D電子光譜技術(shù)在研究這些機(jī)制中的發(fā)展。作者重點(diǎn)關(guān)注于在紫色細(xì)菌、綠色植物和海藻中發(fā)現(xiàn)的三種光捕集復(fù)合物（LHCs），這些復(fù)合物利用不同的類(lèi)胡蘿卜素分子來(lái)調(diào)節(jié)光物理學(xué)過(guò)程以適應(yīng)生存和健康的需要。

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