作为特殊类型资源的盐湖,有重要的科学意义、经济价值和环境效应,是重要矿产的宝库,其中蕴藏的锂镁钾硼等都是对国家经济社会发展具有战略意义的宝贵资源。本文简述了我国青海盐湖资源的特点,评述了青海盐湖资源开发和综合利用相关研究技术,并对青海盐湖资源综合开发利用提出了科学层面和政策及战略层面的相关建议。

由于配合物结构的特异性,其光学非线性体现出与传统非线性材料不同的特征,对于其光学非线性性质(NLO)影响因素的研究也一直是一个重要的课题。通过系统地研究金属离子与配体对金属配合物三阶非线性的影响,我们发现金属与配体均对三阶非线性光学性能有着至关重要的作用,并进一步通过量化计算证实了金属离子和配体对金属配合物三阶NLO性能的影响,也就是说金属或配体在前线轨道中的占有率影响了配合物的非线性光学性质。同时,我们得出Ag配合物具有比较强的三阶非线性光学性能,这一发现为三阶非线性光学材料的发展指明了方向。

虽然对于纳米金颗粒(AuNPs)和细胞相互作用的研究有着大量的报道,但是其结果常常是互相矛盾的。对其机理的研究更是十分的贫乏。这些研究中的一个核心问题,即AuNPs对生物体或细胞是有毒的还是有利于其生长的。虽然AuNPs在生物体内的作用远比体外的简单细胞反应要复杂得多,涉及到与生物体中多种组分的作用,从而引起极为不同的免疫反应、代谢机理等。但是在体外进行纳米颗粒的毒性和促进细胞生长相互作用的微观研究仍将为AuNPs在体内的作用提供十分重要的理论依据。本综述主要从AuNPs尺寸、表面电荷、颗粒聚集状态等方面介绍近年来关于AuNPs的细胞毒性和促细胞生长的体外研究结果,并对其作用机理进行初步的探讨。

纳米通道内的水分子传输是近年来分子动力学(MD)模拟研究的热点之一。本文综述了电场对纳米通道中水分子传输行为影响的研究成果,主要介绍了三种施加电场的方法:在通道附近加电荷、在通道两侧的水相中加离子或带电荷的氨基酸以及对纳米通道直接施加电场。并报道了各类电场对纳米通道内水的填充平衡及相变行为、水分子偶极取向、水流量、水扩散速率等产生的影响,以及加电场的各种相关应用,如水流开关、信号传输、水泵及存储器等。最后,剖析了电场环境下MD模拟研究中尚待解决的问题。

基于固体氧化物电解池(SOEC)的NO_x电化学还原技术不使用还原剂,避免了还原剂泄露造成的二次污染,可省去庞大复杂的还原剂储存、转化系统, 是燃烧后NO_x污染物排放控制的潜在技术之一。本文较为详细地介绍了NO_x还原SOEC反应器的工作原理、NO_x转化电极材料、结构特点和电解池组堆方式, 综述了基于SOEC的NO_x电化学还原技术的发展现状,针对NO_x电化学还原反应特性,总结NO_x电化学还原的效率评价指标,提出电解催化电极层、多孔电解质、对称电极、NO_x富集等反应器构型设计思路,并展望今后NO_x电化学还原专用反应器的研发前景。

基于离子液体的功能化研究发展而来的配体功能化离子液体和过渡金属配合物功能化离子液体,也可以狭义地称为离子型配体和离子型过渡金属配合物,因为这类功能化离子液体在室温至100 ℃温度范围内呈现固体状态,并非严格定义的离子液体。这类配体功能化离子液体和过渡金属配合物功能化离子液体因其具有与母体室温离子液体在组成和离子型结构的相似性,所以能够被稳固地锁定在母体室温离子液体相中,成为新兴的“固载”均相催化剂(配体或过渡金属配合物)的重要手段之一——不但避免了均相催化剂的流失,提高催化剂的稳定性,并能有效解决均相催化剂的分离和回收使用问题。本文详细综述了近十年来配体功能化离子液体和过渡金属配合物功能化离子液体的合成工作,并介绍了其在均相催化中的应用。

金属纳米晶催化剂(简称金属纳米催化剂)广泛应用于化学、能源等现代工业。铂等稀贵金属目前仍然是燃料电池等领域不可替代的催化剂材料,进一步提高金属催化剂的性能和利用率一直是重大挑战。金属的表面结构取决于晶体的形状。因此,形状控制合成可有效地调控金属纳米晶催化剂的表面结构和性质,近年来得到了大量研究。功能分子(保护剂、稳定剂、表面活性剂、添加剂等)对金属纳米晶的形状控制合成具有重要作用,尤其是在湿化学法形状控制合成中。深入认识功能分子在形状控制合成中的作用机理,可为理性地设计和制备具有特定功能的纳米催化剂提供指导。功能分子通常是通过在纳米晶核特定晶面上优先吸附,或刻蚀某些特定的晶面,或者加速或抑制某些晶面的生长实现对纳米晶催化剂表面结构的调控。虽然通过结构控制合成的电化学法和湿化学法已经制备出大量不同表面结构的金属纳米晶催化剂,但是对功能分子作用机理的认识还远未深入。本文综述了近二十年金属纳米晶催化剂形状控制合成的进展,侧重阐述对功能分子作用机理的研究,总结了功能分子在金属纳米晶催化剂形状控制合成中优先吸附的重要作用机制,以及优化功能分子在纳米粒子形状控制合成中的一些基本策略。

核壳结构纳米材料因其独特的结构及其多功能性,引起人们的广泛关注,具有广阔的应用前景。本文综述了近年来核壳结构纳米材料的创制,包括金属@金属,金属@氧化物,金属@碳材料,金属@高聚物,金属@分子筛等及其在不同催化过程中的催化行为,强调了特定的组装结构和表面电子性质对催化性能及稳定性的影响。依据具体实例对具有yolk/shell型核壳结构纳米反应器在催化反应中的作用与功能进行了评述。本文最后对核壳结构纳米材料在可控合成以及不同催化过程中的可能应用进行了展望与总结。

氧化铈(CeO₂)是一种重要的催化材料,在环境催化和催化氧化等诸多领域表现出了出色的催化性能。将其他金属离子引入氧化铈晶格通过电荷平衡原理诱导产生丰富的氧空位,是提高氧化铈催化性能的有效方法。当Fe³⁺进入CeO₂晶格时,由于其离子半径较小,可同时形成取代和间隙两类固溶体,取代与间隙位Fe³⁺的摩尔比决定着氧空位的浓度,这使铈铁复合氧化物上的氧空位浓度极具调变性。另外,由于氧化铁本身亦对某些反应具有催化活性,游离的氧化铁与氧化铈颗粒间形成的特殊界面也表现出了优异的催化特性。铈铁间多重的协同作用使这类复合氧化物具有较高的研究和使用价值。本文介绍了铁离子在氧化铈中的固溶度和氧空位调变性等铈铁复合氧化物的结构特点,探讨了该材料的结构对其制备条件的敏感性,概述了其在催化领域的应用,并讨论了铈铁交互作用在催化过程中的作用。结合本课题组的一些研究成果,指出了铈铁材料尚未解决的一些关键问题和可能的研究方向。

离子液体具有绿色环保、不易挥发、加工性强、稳定性高以及结构设计性强等特点,最近几年在合成碳纳米材料中的应用引起了人们的广泛关注。虽然对离子液体的成碳机理,尤其是成碳时介孔的形成机理尚没有完整的认识, 但由其制备的碳纳米材料已初步应用于燃料电池、锂离子电池及电化学电容器等领域。本文介绍了离子液体作为新型前驱体制备含氮碳纳米材料的优势、结构要求及影响含氮量的主要因素,论述了离子液体在制备含氮碳纳米材料(包括介孔碳、碳纳米纤维和辅助碳纳米材料)中的最新研究进展,尤其是利用离子液体可实现含氮介孔碳材料的无模板法合成, 并从前驱体的交联、碳化、阴/阳离子组成和孔的缺陷等方面讨论了影响介孔结构形成的因素。

采用自组装技术制备新型功能性材料已成为聚合物材料的一个热门研究领域。大部分两亲性聚合物,如嵌段聚合物、接枝聚合物、星型聚合物、树枝状聚合物和部分无规聚合物及聚电解质,在特定条件下可发生自组装。在聚合物自组装的研究中,荧光技术已经得到了广泛的应用,尤其是荧光探针技术。根据荧光探针分子荧光光谱特征峰荧光波长、强度、偏振以及寿命等参数的变化,可以简便而又准确地研究聚合物的临界胶束浓度、温度和pH敏感性、结构与自组装形态的关系、微环境变化等信息。本文综述了荧光探针技术在两亲性聚合物自组装行为研究中的应用,重点介绍了荧光探针技术研究聚合物亲水亲油平衡值(HLB值)、浓度、温度、pH、溶剂组成及离子强度等因素对聚合物自组装形貌和微观特性参数的影响。此外,结合我们的研究工作对本征荧光光谱方法在聚合物研究中的应用做了阐述和展望,以期为两亲性聚合物的设计合成、自组装行为控制及应用提供参考。

形状记忆聚合物是一种可以响应外界刺激,并调整自身状态参数,从而回复到预先设定状态的一种智能高分子材料。它是智能高分子材料研究、开发和应用的一个新热点。在智能纺织材料、生物医用材料、航空航天技术等领域显示了极为广阔的应用前景。为了使形状记忆聚合物材料在这些领域具有更加实际和广泛的应用,通常要求这些材料要有更高的固定率和回复率、更快的回复速度、优异的机械性能和良好的性能可控性。通常情况下材料的结构决定其性能,因此形状记忆聚合物的结构化设计是一个非常值得探讨的话题。本文从网络结构化设计的角度综述了基于互穿网络结构、AB型网络结构、规整网络结构、“互锁”网络拓扑结构设计的形状记忆高分子材料的研究进展,分别介绍了这些材料的结构和性能的关系、特点及其潜在应用。最后,对具有网络结构形状记忆高分子材料的发展方向和应用前景进行了展望。

双光子吸收有着明显不同于单光子吸收的特点,这使得有强双光子吸收的有机分子在许多方面都有应用,比如三维光数据存储,医疗设备的精密加工,DNA装载,光动力学诊疗等。本文综述了近些年来研究较多的共轭聚合物双光子材料,根据其结构特点分为芴类、苯乙烯苯乙炔类、噻吩类、三苯胺类、蒽类等,并阐述了不同结构对于双光子吸收截面的影响。同时重点关注了他们在生物成像领域的潜在应用。

采用传统的X射线检测研究纤维,只能得到静态的结构信息。原位X射线检测,自从这一概念被提出以来就得到了广泛的关注和迅速的发展。与传统的X射线检测技术相比,原位检测可以准确直接地反映材料内部结构的形成和演化过程。同步辐射光源高亮度、高准直等优异特性,可以发挥原位检测高时间、空间分辨的优势,可以在短时间内研究材料动力学变化过程,精确揭示材料微观尺度结构。本文结合国内外研究者的工作以具体研究为例,介绍了应用同步辐射光源对纤维所进行的一些原位X射线检测研究,包括纤维的成型过程以及拉伸等后处理过程。

金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks, MOFs)是一类新型多功能材料,具有迷人的结构和不同寻常的特性,如多孔性、高比表面积及良好的化学和热稳定性。MOFs在近十来年的时间里已经引起了人们的广泛关注。与传统的无机多孔材料相比,其最重要的特点在于MOFs的结构具有可设计性,可以灵活选择适宜的金属离子或簇以及具有特定官能团和形状的有机配体合成出具有特定功能、孔穴尺寸可控的MOFs。目前,已有大量的MOFs被合成出来,并在许多领域显示出了良好的应用前景,如气体储存、催化和分离方面。本文综述了近年来MOFs用于色谱固定相的研究进展,详细介绍了MOFs在液相色谱(LC)和气相色谱(GC)中的应用。最后,对这种新型多功能材料在色谱方面的应用进行了前景展望。

生物电化学系统(bioelectrochemical system,BES)在电化学活性微生物的作用下可实现产能、污染物降解、高附加值物质合成,是一种具有广阔应用前景的环境生物技术。电化学活性微生物是BES的基础,微生物-电极界面的相互作用是BES功能实现的关键。本文通过统计分析已报道的电化学活性微生物,系统地阐述了培养基与培养条件、菌株分子鉴定等微生物分离鉴定的生物学方法和循环伏安、微分脉冲伏安、方波伏安、计时电流等微生物电化学活性分析的化学方法,并在此基础上探讨了拓展电化学活性微生物多样性及研究微生物-电极界面相互作用机制的发展趋势,以期促进BES在环境治理及生物能源生产等方面的实际应用。

趋磁细菌是一类能够沿着磁场方向运动的细菌,其共同特征是能在细胞内形成有生物膜包裹的纳米级单畴磁性晶体颗粒——磁小体。磁小体的主要化学成分是磁铁矿Fe₃O₄,与人工合成的磁性纳米晶体相比具有化学纯度高、粒度细而均一以及生物相容性好等优点,作为新一代纳米磁性材料,在生物化学、磁性材料、临床医药和废水处理等许多领域具有巨大的潜在应用价值。磁小体在细胞内的形成过程受到严格的生物化学机制的控制,包括铁离子的吸收、磁小体膜的形成、铁离子的转运及膜内受控的Fe₃O₄的生物矿化四个步骤。本文从趋磁细菌细胞内磁小体的化学组成和结构,细胞内磁小体的合成条件和生化反应机制,磁小体的磁学性质、分离纯化方法以及纳米磁小体的应用等方面综述了相关的研究进展,提出了磁小体合成机理及实践应用中尚待解决的问题,展望了未来研究磁小体及其应用的发展方向。

支撑型离子液体膜是将离子液体负载于基膜孔道内形成的复合型液体膜。它同时具备了离子液体优良的溶剂特性以及膜分离高效率的优势,加之分离过程简单、经济性好,成为研究CO₂捕捉的热点课题。将这种膜分离技术用于天然气和烟道气脱硫脱碳,关键取决于膜的稳定性和质量。优质基膜、功能化离子液体以及科学的制备方法是保证支撑型离子液体膜性能的重要因素。首先,本文总结了已发展的各种制备支撑型离子液体膜的方法、主要表征手段,分析比较了其优缺点。其次,对于影响其稳定性和使用寿命的主要因素进行了分析评价。在此基础上,指出了控制膜质量需要重视的关键科学问题和今后应该重点发展的研究方向,旨在推动该技术的应用基础研究和工业化开发。