淺析硫化學(xué)應(yīng)用前景

硫化學(xué)應(yīng)用前景廣闊，涉及生命科學(xué)、化工生產(chǎn)、材料科學(xué)和能源儲(chǔ)存等多個(gè)領(lǐng)域。從生命角度來(lái)看，硫元素主要以含硫巰基的氨基酸和多肽的形式存在，是蛋白質(zhì)和其他生物分子的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品和精細(xì)化工等領(lǐng)域；在化工生產(chǎn)中，硫元素廣泛用于橡膠、紙漿、玻璃、石油加工和金屬提取等領(lǐng)域，含硫化合物在石油、煤炭等化石燃料的加工過(guò)程中具有重要作用；能源領(lǐng)域，硫化物作為鋰離子電池和鈉離子電池的正極材料，具有高容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命和低成本的特點(diǎn)，被廣泛研究和應(yīng)用于儲(chǔ)能系統(tǒng)。隨著科技的不斷進(jìn)步和對(duì)可持續(xù)發(fā)展的需求增加，硫化學(xué)在解決能源和環(huán)境問(wèn)題、推動(dòng)科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新等方面將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。文章亮點(diǎn)1生命科學(xué)：闡述了人體中的硫形式，主要以硫化氫、半胱氨酸、高半胱氨酸、谷胱甘肽等形式存在，并描述了各自在人體中的作用機(jī)制；2化工生產(chǎn)：有機(jī)硫化物是重要的精細(xì)化學(xué)品和醫(yī)藥農(nóng)藥中間體，文中列舉了奧美拉唑治療胃病的作用機(jī)制，展示了含硫試劑的引硫策略來(lái)合成除草劑和殺蟲(chóng)劑；3能源領(lǐng)域：硫化學(xué)應(yīng)用廣泛，涉及到鋰/鈉硫電池，聚苯硫醚，熱固材料，自修復(fù)材料，光學(xué)材料和含硫催化劑等，為可持續(xù)能源的開(kāi)發(fā)提供了新的途徑。內(nèi)容介紹1生命體內(nèi)含硫化合物硫元素在人體中含量較少，主要以硫化氫（H2S）、半胱氨酸（Cysteine，Cys）、高半胱氨酸（Homocysteine，Hcy）、谷胱甘肽（Glutathione，GSH）、二甲基砜（Methylsulfone，MSM）等形式存在。圖1

Cys、Hcy、GSH的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.1

ChemicalstructureofCys,Hcy,andGSH2精細(xì)化工及醫(yī)藥農(nóng)藥中間體有機(jī)硫化物廣義上指含有碳硫鍵的有機(jī)化合物，是重要的精細(xì)化學(xué)品和醫(yī)藥農(nóng)藥中間體，在醫(yī)藥、農(nóng)藥、香精香料等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。圖2

代表性有機(jī)硫化物的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.2

Structureofrepresentativesulfur-containingcompounds3含硫新材料3.1

金屬硫化物金屬硫化物，以二硫化鉬（MoS2）、硫化鎘（CdS）等為代表，具有特殊的能帶結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的機(jī)械性能，在納米電子器件和光電催化等諸多領(lǐng)域產(chǎn)生了廣闊的應(yīng)用前景，是近年來(lái)低維功能材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。3.2

鋰硫電池、鈉硫電池鋰硫電池，是一種頗具前景的儲(chǔ)能體系。與現(xiàn)在商用的鋰離子電池相比，鋰硫電池具有更高的能量密度。同時(shí)，硫在地球的表層儲(chǔ)量十分豐富且廉價(jià)，使得鋰硫電池成為極具吸引力且成本更低的儲(chǔ)能技術(shù)。鈉硫電池，是一種由液態(tài)鈉（Na）和硫（S）構(gòu)成的熔鹽電池，該類(lèi)電池具有能量密度高（能量密度是鉛酸電池的5倍），充放電效率高，循環(huán)壽命長(zhǎng)（>1000次），原材料廉價(jià)且無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)。3.3

聚苯硫醚（PPS）聚苯硫醚的分子結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，分子主鏈由苯環(huán)和硫原子交替排列，大量的苯環(huán)賦予聚苯硫醚剛性，大量的硫醚鍵又提供柔性，因此PPS結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，易于結(jié)晶，無(wú)極性，電性能好，不吸水。3.4

基于聚硫醇的熱固/光固材料聚硫醇，是包含巰基官能團(tuán)（-SH）的一類(lèi)非芳香化合物，巰基具有很高的反應(yīng)活性，可以與烯烴發(fā)生“點(diǎn)擊”反應(yīng)，也可以與環(huán)氧、異氰酸酯類(lèi)化合物發(fā)生加成反應(yīng)。因此，硫醇作為不飽和樹(shù)脂、異氰酸酯以及環(huán)氧樹(shù)脂的光/熱固化劑、固化助劑被廣泛應(yīng)用。3.5

含硫自修復(fù)材料自修復(fù)材料（Self-healingmaterials）是指受到破壞后，一定條件下可以自我修復(fù)恢復(fù)部分或全部性能的材料。3.6

含硫新型光學(xué)材料隨著先進(jìn)制造、電子信息行業(yè)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)光學(xué)塑料的性能遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足人們對(duì)光學(xué)元件高性能、高精密度的要求，新型光學(xué)材料已經(jīng)涌現(xiàn)并取得較大的發(fā)展。3.7

含硫催化劑氧、氮、磷、硫等雜原子具有孤對(duì)電子，與金屬離子之間存在強(qiáng)配位作用，通過(guò)強(qiáng)配位作用可穩(wěn)定金屬離子，同時(shí)影響金屬中心的外層電子，進(jìn)而對(duì)金屬的催化性能（活性、選擇性、壽命等）進(jìn)行調(diào)控。4結(jié)論含硫化合物及材料在科研領(lǐng)域和工業(yè)生產(chǎn)中都占據(jù)重要地位，關(guān)乎民生，應(yīng)用廣泛。其中，生命體內(nèi)含硫化合物與機(jī)體的各種生理過(guò)程緊密相關(guān)，對(duì)生命體的正常運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要作用。此外，從含硫基礎(chǔ)原料高效引硫，合成至精細(xì)化工品以及醫(yī)藥農(nóng)藥中間體，進(jìn)而被應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、香精香料等領(lǐng)域。不僅如此，含硫新材料從“潤(rùn)滑劑之王”的二硫化鉬，高性能聚合物聚苯硫醚到含硫電池的開(kāi)發(fā)應(yīng)用等，大大提