压致发光变色材料是在外力作用下,发光颜色发生明显改变的一类智能材料,包括压致荧光变色材料和压致磷光变色材料。压致发光变色材料在应力传感、信息存储、商品防伪和发光器件等领域具有重要的潜在应用前景,近年来,受到了人们极大的关注。但是,已经报道的压致发光变色材料非常稀少。可能的原因有两个,一是没有分子结构与压致发光变色性能关系的规律来指导压致发光变色化合物的合成;二是一般的发光化合物由于具有聚集发光猝灭效应导致在固体状态下很难观察到压致发光变色现象。直到近两年我们发现聚集诱导发光化合物与压致发光变色化合物之间具有结构上的关联性并提出压致变色聚集诱导发光材料的概念之后,许多压致变色聚集诱导发光材料被陆续报道。聚集诱导发光材料成为压致发光变色材料一个非常重要的来源。本文总结了近年来关于压致变色聚集诱导发光材料的研究进展情况,对聚集诱导发光材料的压致变色机理、结构与性能关系以及潜在的应用进行了阐述。

固体氧化物燃料电池技术的商业化进程需要发展在中低温操作时具有优良输出性能以及良好抗积炭与抗硫中毒能力的新型阳极材料,这主要通过对传统的镍基阳极进行修饰以及探索新型的金属或陶瓷材料来实现。研究发现,离子浸渍法是一种能够有效地对传统镍基阳极进行改性以及向多孔骨架中浸入新型阳极物种的手段。由于热处理的温度不高,所以浸渍粒子的尺寸通常控制在纳米量级,从而表现出卓越的电化学性能。本文结合本实验室的诸多研究成果以及文献中的一些经典报道,对这种纳米阳极的优越性和应用价值进行详细论述。

锂硫电池的理论能量密度为2600 Wh/kg,是锂离子二次电池的3—5倍,是极具应用前景的电化学储能体系,近年来引起了研究人员的广泛关注。人们在维持电极结构稳定性、提高硫的利用率和加强电池循环寿命等方面开展了大量的研究工作。本文综述了锂硫电池的最新研究进展,从硫正极材料复合改性、不同种类电解质、锂负极保护、电池结构设计等4个方面进行了总结,分析了影响锂硫电池比容量、循环稳定性的主要因素,最后展望了锂硫电池未来的发展趋势。

欠电位沉积(underpotential deposition,UPD)是指一种金属可在比其热力学可逆电位正的电位下沉积在另一基体上的现象,是一个与电极/溶液结构密切相关的重要的电化学现象。从广义上讲,定义中的沉积元素与基体不仅仅局限于金属元素,还包括非金属元素、纳米粒子等其它物质。由于单原子厚度的异种金属能显著改变界面附近的电势分布和影响溶剂分子的取向,并改变基底金属表面的吸附行为和反应能力,使得UPD在电催化和金属与合金电沉积研究中颇受重视。迄今为止,已报道了大量UPD实验现象。本文在现有文献基础上,总结了UPD的若干理论模型及其行为特征,着重探讨了衬底、离子吸附、温度等因素对UPD过程的影响作用,介绍了UPD应用的主要成功实例,并对其研究前景提出了展望。

反蛋白石结构是优化的光子晶体(photonic crystals),利用其光带隙效应和三维有序大孔(three-dimensional ordered macropores, 3DOM)结构,其应用目前已扩展到光伏太阳能电池、染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells, DSSCs)、光催化等光(电)化学领域,大大提高了这些过程中的太阳光利用效率。过渡金属氧化物(transition metal oxides, TMOs)是高折射率的半导体材料,在可见光区吸收系数小,很适合用于制备高性能光子晶体。TMOs反蛋白石的制备方法,如:溶胶-凝胶法、金属盐热解法和液相沉积法,电化学沉积法,电泳法,化学气相沉积法(CVD),原子层沉积法(ALD)等,各有其独特的优点也有其本身固有的缺陷。本文对TMOs反蛋白石材料,从制备、性能及其在DSSCs、光催化等过程中应用的角度,对其研究进展进行综述。

单质硫作为二次锂-硫电池正极时具有很高的理论比容量(1675 mAh/g),此外硫原料廉价、储量丰富、对环境友好,被认为是最具发展潜力的新一代高比能化学电源的正极材料之一。但由于单质硫存在导电性差以及充放电过程中体积膨胀,放电过程中产生的多硫离子会溶解发生扩散迁移,从而制约了锂-硫电池的进一步发展应用。本文首先分析了锂-硫电池的放电机理,以及导致电池容量衰减的两个主要原因:多硫离子的穿梭效应和放电产物硫化锂(Li₂S,Li₂S₂)差的电化学性能;其次综述了近年来国内外报道的各种含硫复合材料,将其分为碳/硫复合材料、导电聚合物/硫复合材料、氧化物/硫复合材料三大类,并进行了讨论;最后总结了目前硫正极复合材料的特点,展望了含单质硫复合正极材料未来的研究发展趋势。

烯氯常见于天然产物中,并被认为是其生物活性官能团之一,在功能材料方面也多有应用,同时也是有机合成中一类重要的合成子。因而,烯氯的制备方法一直是有机合成化学和制药化学的热点研究内容之一。近年来,制备烯氯的新方法和新试剂不断出现,本文基于不同的反应类型, 对烯氯的构筑方法进行了综述,并列举了海洋天然产物malyngamides全合成中烯氯应用的重要性。

具有结构多样性的天然产物,因其生理活性独特,在药物方面发挥了重要的作用。近年来,利用天然产物手性骨架、生物相容性以及多修饰位点的特性,进行结构改造和官能团的引入,设计合成的新型天然产物骨架有机功能分子,在阳离子识别、阴离子识别、离子的双响应性识别及分子识别等领域中都发挥了重要作用,成为新型功能分子的研究热点之一。本文介绍近年来以天然产物为骨架设计合成的新型功能分子在分子、离子识别方面的研究现状及其发展前景。

烷基芳基醚广泛存在于天然产物和药物分子中。钯和铜催化构筑C—O键的方法已成为合成烷基芳基醚的有效策略。本文总结了钯和铜催化的脂肪醇芳基化反应的最新研究进展。 以Buchwald小组发展的基于联苯骨架的二叔丁基取代单膦配体, Hartwig小组发展的基于五苯基取代的二茂铁骨架的二叔丁基取代单膦配体或 Beller小组发展的基于二吡唑骨架的二金刚烷基取代的单膦配体,可高效实现钯催化的各类脂肪醇和芳基卤代烃的C—O偶联。 在铜催化反应条件下,1,10-菲罗啉及其衍生物和β-二羰基化合物是反应活性最高的两类配体。 总的来说,和铜催化条件相比,钯催化的C—O偶联反应具有反应条件温和,官能团兼容性好,底物普适性广等优点。 此外,对两类催化体系在配体选用、反应活性、β-H消除反应和反应机理等方面的差异进行了探讨。 设计与合成新型配体被认为是C—O偶联反应取得进一步发展的关键。

生物质是唯一能替代化石资源转化得到液体燃料及化学品的可再生资源,近年来,催化转化生物质制备各种平台化合物的研究受到了人们越来越广泛的关注。和乙酰丙酸(LA)一样,γ-戊内酯(GVL)也被认为是一种具有广泛应用潜能的新型生物质基平台化合物。目前,人们已经开发出多种催化剂和反应体系用于催化生物质基LA选择性还原制备GVL。根据氢源的不同可将LA制备GVL的途径概括为4种:分别以分子H₂、甲酸(FA)、合成气和醇类作为氢源的途径。本文着重从氢源的差异来归纳和总结生物质基LA选择性还原制备GVL的途径及其研究进展,以期为寻找一种高效、经济、环保的GVL合成途径提供一些思路和参考。

生物质碳水化合物是最为丰富的可再生资源,也是未来绿色化学的重要原料,可用于生产作为人类生存所依赖化学品、材料以及石油替代品的相关平台化合物。生物质衍生的纤维素和半纤维素水解后经催化转化即可生成各种平台分子,其中五碳糖水解脱水产生的呋喃甲醛和六碳糖水解脱水产生的羟甲基糠醛以及深度产物乙酰丙酸和γ-戊内酯由于用途广泛而引起研究者的关注。相对于传统的均相催化,多相催化剂具有易于从产物中分离和循环使用,允许较高的反应温度,反应时间短等优点,这些优良性能使其在精细化工、生物燃油制造及大规模工业化应用中展现巨大优势,有望成为解决环境、能源和资源利用的关键。本文以生物质衍生糖为出发点,概述了多相催化在生物质多糖的水解以及转化为平台化合物反应中的研究进展及未来展望。

由于荧光有机小分子纳米材料在有机电子和生物传感方面具有良好的潜在应用,已逐渐成为有机纳米材料研究的一个热点。本文综述了荧光有机小分子纳米材料的最新研究进展,重点介绍了制备荧光有机小分子纳米材料的多种合成方法,这些方法主要包括再沉淀法、离子缔合法、自组装法、微乳液法、激光烧蚀法、吸附剂辅助物理气相沉积法。本文简要概括了这几种合成方法的优缺点,另外还比较了不同合成方法所制备材料的光电物理性质,并对其在有机光电器件、化学生物传感和生物成像等领域的应用进行了阐述。

刺激响应聚合物是当今材料科学研究的热点之一,其能够感受外界刺激,以自身的物理或者化学性质发生变化作为响应,在药物可控释放和生物传感器等方面有广阔的应用。电压刺激是一种清洁而简单的刺激方式,在生物医学领域中有潜在应用,具有重要的研究价值。基于β-环糊精和二茂铁的体系是目前研究最多的电压刺激响应体系。本文综述了该体系近期的相关工作,从该体系的响应原理、结构、表征和应用四个方面进行了论述,并就该体系的改进和发展进行了展望。

由于具有低密度、高比表面积和高负载能力等特点,聚合物基空心微球在白色颜料、药物包载及控释、生物活性物质及催化剂载体、微型反应器等领域中具有广泛的应用前景,是当前高分子材料领域的研究热点之一。因此,探索新的合成方法制备聚合物基空心微球具有重要科学意义和广泛的应用价值。本文根据制备方法的不同,分别从渗透溶胀法、模板法、LBL自组装法等制备聚合物基空心微球的经典方法,以及自组装法、软模板法、Pickering乳液聚合法和可自去除模板法等为代表的新方法两大方面进行了总结和概括。同时,还对聚合物基空心微球应用于不同领域做了简要介绍,最后对其当前存在的问题及未来的研究方向进行了探讨。

神经元电极与神经组织的物理化学性能之间存在着很大的差异,目前常采用优化电极表面性质的方法来改善神经元电极的长期稳定性。本文从神经元电极表面修饰的角度出发,首先介绍了神经元电极发展过程中在生物相容性、信号灵敏性、力学匹配性以及长期稳定性等方面遇到的困难,并总结了导电聚合物和碳纳米管这两种材料单独修饰以及协同修饰神经元电极在改善电极性能研究中取得的进展。最后指出神经元电极表面修饰及其功能化的未来发展趋势,包括生物分子的掺杂对修饰涂层的机械性能和表面形貌特征的调整,修饰涂层与电极基材之间的附着,以及涂层长期生物相容性的评价方法。

阿尔茨海默病(AD)是一种严重威胁老年人生命健康的疾病,在针对不同靶点的抗AD药物开发中,基于双位点作用的乙酰胆碱酯酶抑制剂的研究是当前热点领域。这类抑制剂不仅能提高患者脑内乙酰胆碱水平以改善其认知能力,同时可干扰Aβ的聚集,调控病理过程,从而发挥双重治疗AD的作用。本文综述了双位点作用的乙酰胆碱酯酶抑制剂的作用机理及近几年来已报道的先导化合物,同时结合本课题组开发的左旋美普他酚类双配基的研究结果,总结此类化合物的合理设计和构效关系,对双位点作用的乙酰胆碱酯酶抑制剂的药物开发中面临的一些挑战进行探讨,并对其发展趋势作了展望。

具有类钙钛矿结构的钛酸铜钙CaCu₃Ti₄O₁₂(CCTO)介电陶瓷材料以其巨介电特性、介电常数的温度和频率稳定性及非线性等特性在材料研究领域和实际应用中受到广泛关注。本文比较了CCTO各种巨介电理论和模型,详述了目前能够较合理地解释CCTO巨介电特性的内部阻挡层电容模型(IBLC)。综述了制备方法、制备条件及改性方法对CCTO介电性能的影响。离子掺杂是降低CCTO介电损耗常用的方法之一,掺杂效果受掺杂离子半径、离子价态等多种因素的影响。将陶瓷粉体与聚合物进行复合形成0-3型复合材料是目前制备综合性能良好的介电材料的有效方法,对CCTO/聚合物复合材料的研究进展进行了评述。最后,展望了CCTO陶瓷材料的发展前景。