分子机器是一种分子水平上的机器，它是一类通过外部刺激（如化学能、电能、光照等）将能量转化为可控运动的分子器件。由于人工分子机器在纳米科技领域的应用越来越普遍，已经引起人们的广泛关注。人工合成的分子机器在模拟机器运动时主要有线性运动和旋转运动两种基本运动方式，本文重点介绍了几种旋转型的单分子机器，包括分子齿轮、分子转门、分子闸和分子棘轮、分子马达等。这类分子机器的结构特点是由轴、转子和定子三部分组成，其运动特点是转子通过轴围绕定子进行双向或单向旋转。本文在介绍这类分子转子的同时，简单讨论了其设计理念和在溶液状态下所表现出的动力学行为，同时还展望了分子转子和分子马达的发展前景和面临的挑战。

超分子凝胶通过形成三维空间网络结构将溶剂液体相固定化，是一类重要的软物质材料。由于超分子凝胶能快速形成，自组装形成的纳米结构均一、可调，且可大规模制备，因此成为超分子化学、纳米技术以及材料科学研究的重要研究方向之一，并在诸多领域得到广泛的功能研究和应用拓展，如在材料模板、光电开关、药物释放、分子识别和超分子催化等方面已有大量研究报道。由于超分子凝胶具有固-液相可逆转变、可控组装等特性，成为了超分子手性和分子手性研究的重要载体。近年来超分子凝胶在超分子手性催化、手性分子识别等方面取得了一系列重要突破，为超分子凝胶功能应用开辟了新的空间，为手性科学研究提供了新的手段和方法。

阵列传感器采用人工模拟嗅觉系统的传感模式，实现多点信息的同时获取，极大地提高了分析效率，在公共安全、环境监测、医学检测等领域具有广阔的应用前景。其中，光化学阵列传感器因灵敏度高、输出信号丰富等优点而备受关注。近年来，为了进一步提高阵列传感器的识别能力和灵敏度，功能化纳米材料被广泛应用于光化学阵列传感器以增加传感材料的种类和发展新的传感方法。本文按照使用的光谱检测技术不同，详细介绍了功能化纳米材料在荧光、比色、催化发光和多通道阵列传感器等4类光化学阵列传感器中的应用。

由于具有工作电压高、工作范围宽、比能量大、无污染、使用寿命长等优点，锂离子电池具有广阔的应用前景。 然而，目前商业化的锂离子电池仍无法满足电动汽车对电池低成本及高能量密度的要求。研发比能量更高、价格更低廉、寿命更长的锂离子电池成为电动汽车产业发展的关键。尖晶石结构的镍锰酸锂（LiNi_0.5Mn_1.5O₄）具有三维扩散通道，有利于锂离子的传输，且结构稳定；其理论放电比容量可达147 mAh ·g^-1。 更重要的是，其电压平台高达4.7 V，具有高的能量密度与功率密度，被认为是未来锂离子电池发展中最具前途与吸引力的正极材料之一。本文介绍了LiNi_0.5Mn_1.5O₄的结构、制备方法、掺杂与包覆改性研究及其应用前景，着重介绍了材料的改性方法并指出LiNi_0.5Mn_1.5O₄目前亟需解决的问题和研究重点。

三维（3D）石墨烯通常是指具有3D结构的二维（2D）石墨烯组装体，是近年来石墨烯化学领域的新型功能性材料。将2D石墨烯片整合成具有3D结构的组装体可以有效调控石墨烯的电学、光学、机械、化学和催化特性，因此3D石墨烯材料不仅具有石墨烯固有的理化性质，其三维多孔的微/纳米结构还使其兼具比表面积大、机械强度高、电子传导能力优越及传质快速等优良特性。这些独特的性质使3D石墨烯及其复合材料在材料科学领域备受关注。研究发现，3D石墨烯及其复合材料应用于纳米电子学、能量储存和转换、化学和生物传感等研究领域均表现出优越的性能。本文结合当前研究热点，综述了3D石墨烯及其复合材料在催化、储氢/气体吸附、传感器、环境修复、超级电容器等领域中的应用进展，并简要评述目前3D石墨烯材料应用中所面临的挑战及发展前景。

铁基无机介孔材料因其环境友好、成本低廉及独特磁性与化学活性等优点而备受关注，并在众多领域展现出巨大的应用前景。本文综述了近年来铁基无机介孔材料的合成及其应用研究，重点归纳评述了各类铁基无机介孔材料（如介孔水合氧化铁、介孔氧化铁、介孔硅酸铁、介孔磷酸铁、铁基介观晶体、Fe/Si（C、Al、Ti）复合物等）的制备技术和结构特性；概括并讨论了铁基无机介孔材料在催化、吸附、气体传感、锂离子电池、医药、主客体合成等领域的应用技术；分析了目前铁基无机介孔材料研究存在的问题并总结了未来的研究方向。

三氟甲基烷基酮类化合物（TFMKs）具有独特的生理活性，三氟甲基能够增强化合物的亲脂性、代谢稳定性以及生物利用度。由于三氟乙酰基强烈的吸电子特性，TFMKs能够与目标水解酶形成稳定的半缩酮加合物，对生命体内多种活性酶起到抑制作用。最新的两个重要发现是TFMKs可以抑制SARS病毒和应用于眼科疾病，含氟原子数目、部位、有机碳链长度、不饱和度、其他官能团种类都是影响TFMKs作用的因素。TFMKs类化合物的合成方法，包括烃基金属试剂与三氟乙酸衍生物反应、使用三氟甲基化试剂TMS-CF₃与羰基衍生物反应、三氟甲基仲醇氧化、羧酸与三氟乙酸酐/吡啶反应等方法。本文按照其作用的途径进行分类，归纳了三氟甲基烷基酮类化合物的药理活性，对现有的三氟甲基烷基酮类化合物合成方法进行了总结。

血红素蛋白在生物体系中执行多种重要的生物功能，如氧贮存和运输、电子传递、生物催化和生物传感等。尽管大多数血红素蛋白是以单体形式存在，一些血红素蛋白在体外和/或体内，还会形成同源聚合物。本文综述了血红素蛋白的二聚、寡聚与多聚研究进展，包括肌红蛋白、细胞色素c、胞红蛋白，细胞色素b₅、细胞色素b₅₆₂、亚硝酸盐还原酶、血红素传感蛋白和血红素转运蛋白等，着重介绍其结构与功能以及多聚体分子设计的方法与应用。这些研究进展，一方面增强了我们对生物体系中血红素蛋白结构与功能关系的认识，另一方面也赋予了我们通过多聚方法设计功能蛋白来调控和利用血红素蛋白的能力。

有机/无机杂化材料因其独特、优异的结构和性能已经成为目前材料领域的研究热点，硫醇-烯/炔点击化学是近年发展起来的一类新型点击化学，以其反应条件温和、速率快、产率高、产物容易分离以及高度选择性等优点受到国内外研究者的广泛关注。本文综述了近年来硫醇-烯/炔点击化学制备有机/无机杂化材料的研究进展，重点介绍了利用硫醇-烯/炔点击化学制备硅类、碳类、金属及金属氧化物类有机/无机杂化材料，并归纳了这些有机/无机杂化材料在生物医用、环境保护、光电材料等方面的应用，最后展望了硫醇-烯/炔点击化学制备有机/无机杂化材料未来的发展方向。

锂单离子导电固态聚合物电解质是一类锂离子迁移数接近1的锂离子导体，可以有效避免阴离子移动产生浓差极化，从而提高锂电池的容量以及循环性能，成为近年来固态聚合物电解质的研究热点。本文综述了锂单离子导电固态聚合物电解质的研究进展，重点关注了电导率和锂离子迁移数较高的体系，并简要评述了锂单离子导电固态聚合物电解质所面临的挑战以及发展前景。

“无卤无磷无铅”的绿色阻燃环氧树脂基电子材料是既能满足阻燃功能、又需符合环保要求的热固性（复合）材料，是目前阻燃热固性树脂领域的重点和难点课题。有机氮杂环作为一类高效、低毒的阻燃结构，可以共价引入至环氧树脂中，但至今还未建立系统的氮杂环的结构与其阻燃性能的关系。本文结合本课题组近十年的研究工作，综述了近年来国内外含氮杂环阻燃环氧树脂的研究进展，讨论了不同含氮杂环结构（三嗪环、异氰脲酸酯环、二氮杂萘酮、酰亚胺、苯并 NFDA1 嗪和海因环等）环氧树脂固化物的制备方法，给出了定量的结构与性能关系。利用共价键法将含氮杂环结构引入环氧树脂体系中，在实现阻燃功能的同时也能保持材料的综合性能，甚至可提高环氧树脂固化物的热稳定性能，因而制备含氮杂环结构的环氧树脂是“无卤无磷无铅”绿色阻燃的重要解决方案。但是，目前仅依靠含氮杂环结构很难达到理想阻燃效果，大部分已报道的体系只能达到 “无卤无铅少磷”的水平，仍需要进一步深入研究和认识含氮杂环结构的阻燃环氧体系的结构-性能关系，并提出提高含氮杂环体系阻燃效果可能的解决方法。

双网络水凝胶（DN凝胶）是由具有很强的结构非对称性的两种聚合物形成的特殊的聚合物互穿网络。相对于单一聚合物网络（SN凝胶）而言，DN凝胶的机械强度和韧性都有惊人的提高，其拉伸断裂应力和断裂应变分别能达到1 ~10 MPa和1000% ~ 2000%、韧性（撕裂能）可以达到10² ~ 10³ J ·m^-2。 DN凝胶性能的提高，主要是由强对称结构的第一重网络（刚而脆）与第二重网络（软而韧）相互缠结和互穿的结果。对DN凝胶断裂过程和增韧本质的理解是设计下一代具有理想机械性能的DN凝胶的关键所在。一些DN凝胶表现出大的滞后、屈服、细颈和软化现象，而这些现象用经典的Lake-Thomas断裂理论是没有办法解释的。根据DN凝胶的滞后和细颈等实验现象，Brown和Tanaka等提出了“破坏区”理论来解释DN凝胶超乎寻常的高韧性。 最近，龚剑萍等提出的“牺牲键”理论也已经很好地应用于设计和制备具有新型微纳米结构的高韧性DN凝胶。本文着重阐释了DN凝胶的增韧机理，总结了这一领域的最新研究成果，并讨论各种因素对凝胶韧性的影响，最后对DN凝胶增韧机理存在的问题和研究方向进行了展望。

癌症等恶性增殖疾病的靶向治疗有赖于靶向药物传递系统（targeted drug delivery system，TDDS）的开发。环糊精具有低毒、易修饰等优良性质，并可通过与药物分子形成包合物而提高药物的溶解性、稳定性、安全性和生物利用度等，因而具有成为优秀药物载体的潜力。环糊精不仅可以以其本身或修饰环糊精的形式充当载体，还可通过聚轮烷、阳离子聚合物或纳米粒等形式构建有效的药物载体。肿瘤或人体某些病变部位的细胞表面存在过度表达的生物受体如叶酸受体、去唾液酸糖蛋白受体、透明质酸受体、转铁蛋白受体和整合素受体等，可以与其相应的配体产生特异性识别。用适当的化学方法将配体分子如叶酸、单糖或寡糖、透明质酸、转铁蛋白及RGD肽等键接在基于环糊精的载体上，可形成具有靶向性质的药物载体，进而与药物分子一起构筑靶向药物传递系统。这种药物传递系统不仅针对于化学治疗药物，在核酸传递中也得到了丰富的应用。本文综述了基于环糊精的靶向药物传递系统的靶向机理及最新研究进展，并对其发展前景作了展望。

单细胞水平的生物物理特性表征，可有效阐明细胞的功能和状态，揭示细胞的单体差异性，对于细胞的分化和病理研究，以及疾病的早期临床诊断和治疗具有非常重要的意义。由于具有与细胞尺度相匹配的微米级腔道，微流控芯片比传统生化方法更适合单细胞样本的微环境精确控制、高通量定向操纵及多参数非特异性检测，已成为单细胞表征与分析的一项重要技术平台。本文总结了基于微流控技术的单细胞生物物理特性表征方法及其应用的最新进展，着重分析微流控芯片在常规方法难以达成的单细胞和高通量研究中的独特优势，最后探讨了微流控单细胞生物物理特性检测芯片在临床应用中面临的挑战和未来的发展动向，并提出一种新型的单细胞多参数同时表征的微流控分析器件。

硫化氢（H₂S）是继一氧化碳和一氧化氮之后，第三种可在生命体内发挥生理作用的内源性气体信号分子。该气体分子在心血管和神经系统中担负着重要的生理病理调节作用。因此，选择性识别和高灵敏检测生物体内的H₂S具有十分重要的生物医学意义。在生物检测技术手段中，荧光探针法具有选择性好、灵敏度高、对生物样品损伤小以及可实现实时原位检测等独特的优势，故应用荧光探针法检测细胞内H₂S浓度的变化是近年来研究热点之一。本文依据荧光探针与H₂S之间的化学反应类型，将近三年来所研发的H₂S荧光探针按照其母体荧光团进行分类和总结，综述了H₂S荧光探针的研究进展，概述了相关荧光探针的设计理念、检测机理及生物应用，探讨了探针的结构和性能之间的关系，最后展望了H₂S荧光探针的发展趋势和应用前景。

包括全氟或部分氟代化合物（PFCs）、氯代有机物（COCs）以及溴代有机物（BOCs）等的卤代有机污染物（halogenated organic contaminants，HOCs）排放到环境中会表现出持久性有机污染物的特征，因此涉及HOCs性质、光吸收与量子效应、材料与界面特性、环境条件等方面优化的光化学清除方法成为一个重要的研究方向。基于此，本文归纳分析了光激发催化剂产生活性物种如h_VB⁺、e_CB^-、 ·OH、e_aq^-等氧化或还原全氟辛酸、多氯联苯、多溴联苯醚的反应机理及直接光解机理，指出HOCs的光化学降解主要是通过其与活性物种之间电子转移或其激发态光致还原脱卤来实现，认为光催化材料和反应过程优化设计是影响光催化降解HOCs的重要因素。基于目前已经取得的研究发现与成果，从界面电子转移、材料能带信息、反应与分离集成化等方面提出本领域未来学术与技术层面值得深入探索的关键问题。