化学进展

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2015年13月第27卷第12期目次

化学进展. 2015, 27(12): 0-0.

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. 2015年13月第27卷第12期目次[J]. 化学进展, 2015, 27(12): 0-0.

综述与评论

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单原子催化——概念、方法与应用

靳永勇, 郝盼盼, 任军, 李忠

化学进展. 2015, 27(12): 1689-1704. https://doi.org/10.7536/PC150640

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靳永勇, 郝盼盼, 任军, 李忠. 单原子催化——概念、方法与应用[J]. 化学进展, 2015, 27(12): 1689-1704.

Jin Yongyong, Hao Panpan, Ren Jun, Li Zhong. Single Atom Catalysis:Concept, Method and Application[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(12): 1689-1704.

单原子催化体系的成功构建将催化领域研究深入到更小的尺度范围,不仅可以从原子层次认识复杂的多相催化反应,而且由于其优越的催化性能在工业催化中具有巨大的应用潜能。本文基于近年来国内外研究者在单原子催化领域的研究工作,总结归纳了单原子催化剂的性能特征,介绍了单原子催化剂的制备手段、表征技术、理论研究及其在CO氧化、选择性加氢和光电催化等反应中的应用研究进展,分析了单原子催化剂特殊的电子结构对催化性能和反应机理的影响及其作用机制,指出了单原子催化体系在研究领域取得的突破与不足,对于深刻认识单原子催化的概念与原理、完善实验与理论研究方法、拓展应用范围和尽早实现工业应用提出了建议与展望。
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基于微纳结构液体灌注的超滑表面的制备与应用

安光明, 凌世全, 王智伟, 栾琳, 吴天准

化学进展. 2015, 27(12): 1705-1713. https://doi.org/10.7536/PC150630

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安光明, 凌世全, 王智伟, 栾琳, 吴天准. 基于微纳结构液体灌注的超滑表面的制备与应用[J]. 化学进展, 2015, 27(12): 1705-1713.

An Guangming, Ling Shiquan, Wang Zhiwei, Luan Lin, Wu Tianzhun. Fabrication and Application of Ultra-Slippery Surfaces Based on Liquid Infusion in Micro/Nano Structure[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(12): 1705-1713.

超滑表面利用其基底上的微纳结构通过毛细作用将润滑油等液体锁定在孔隙中,孔隙中浸润的润滑油在基底形成一层动态油膜,油膜与不溶液体的液-液界面代替了固体与液体的固-液界面,从而大幅减少了滑动阻力。与传统具有类似低滚动角特性的超疏水和超疏油表面相比,孔隙中填充润滑油比空气具有更好的压力稳定性,而且润滑油的毛细流动性使得超滑表面具有良好的自修复能力。由于其明显的优势,近些年超滑表面已成为国际学术界研究热点,应用也拓展到防结冰、强化传热、减阻、抗生物黏附、微流控等领域。目前超滑表面研究仍存在重要挑战,例如如何避免润滑油的挥发带来的性能退化、如何针对各种材质和结构设计合适的加工工艺制备微纳结构等,这些问题限制了超滑表面的广泛应用。本文综述了超滑表面的制备工艺以及应用,分析了现存的问题,并且对超滑表面未来的发展趋势进行了展望。
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超轻材料

高燕, 周永风, 杨青林, 郭林, 江雷

化学进展. 2015, 27(12): 1714-1721. https://doi.org/10.7536/PC150634

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高燕, 周永风, 杨青林, 郭林, 江雷. 超轻材料[J]. 化学进展, 2015, 27(12): 1714-1721.

Gao Yan, Zhou Yongfeng, Yang Qinglin, Guo Lin, Jiang Lei. Ultralight Materials[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(12): 1714-1721.

超轻材料是一类密度小于10 mg/cm³的新型材料,具有良好的比强度和比刚度,是优异的物理化学性质和结构性能的统一体。随着人们对超轻材料强大性能的认识,国内外许多课题组都相继开展了对超轻材料的研究,并取得了一系列的成果。现有的超轻材料已经涵盖了硅系、金属及其氧化物、陶瓷、高分子聚合物、新型碳材料及其复合物等各类成分。超轻材料具有声吸收、能量吸收、减震缓冲、热绝缘等性能,在航空航天领域具有重要作用。超轻材料的性能主要取决于它的结构和组成材料的固体成分的性能,比如材料中孔隙的分布以及固体本身的硬度及强度都对性能有着重要的影响。本文根据材料结构的不同,将超轻材料分为气凝胶、泡沫材料、微点阵材料三类。本文对近年来超轻材料的材质及制备方法进行了简要的综述,并通过对各种材料的比较就该领域未来的发展进行了展望。
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锂氧电池关键技术研究

蔡克迪, 赵雪, 仝钰进, 肖尧, 高勇, 王诚

化学进展. 2015, 27(12): 1722-1731. https://doi.org/10.7536/PC150642

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蔡克迪, 赵雪, 仝钰进, 肖尧, 高勇, 王诚. 锂氧电池关键技术研究[J]. 化学进展, 2015, 27(12): 1722-1731.

Cai Kedi, Zhao Xue, Tong Yujin, Xiao Yao, Gao Yong, Wang Cheng. Investigation of Technology for Lithium-Oxygen Battery[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(12): 1722-1731.

锂氧电池是一种用金属锂作负极,以氧气作为正极反应物的金属空气电池,由于其具备较高的理论比能量且环境友好等优势,近年来开始备受关注。本文主要概述了锂氧电池关键技术的最新研究进展,包括正极材料、催化剂、电解质、负极及电池结构等,并在此基础上对其未来发展趋势进行了展望,以期对其他金属空气电池的研究提供新思路和手段。
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基于主客体识别的刺激响应型分子梭

许国贺, 李杰, 邓瑾妮, 殷绿, 郑朝晖, 丁小斌

化学进展. 2015, 27(12): 1732-1742. https://doi.org/10.7536/PC150520

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许国贺, 李杰, 邓瑾妮, 殷绿, 郑朝晖, 丁小斌. 基于主客体识别的刺激响应型分子梭[J]. 化学进展, 2015, 27(12): 1732-1742.

Xu Guohe, Li Jie, Deng Jinni, Yin Lv, Zheng Zhaohui, Ding Xiaobin. Molecular Shuttles Based on Host-Guest Recognition Driven by External-Stimuli[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(12): 1732-1742.

分子梭作为分子机器的一种主要类型,大多是建立在主客体识别的基础上的,其在分子开关、分子逻辑门、信息存储等领域有着重要的潜在应用价值,是超分子化学领域的研究热点之一。本文介绍了分子梭的概念、原理,详细归纳了具有刺激响应型的分子梭。并且,按照外界刺激源的不同,将刺激响应型分子梭分为光驱动、pH驱动、氧化还原驱动以及多重驱动的分子梭。阐述了不同驱动方式的分子梭的结构特点、运动规律、研究进展及潜在应用,分析了刺激响应型分子梭目前面临的问题,并对其今后的发展趋势做了展望。
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硫醇保护金团簇的实验和理论研究现状

田志美, 刘汪丹, 程龙玖

化学进展. 2015, 27(12): 1743-1753. https://doi.org/10.7536/PC150529

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田志美, 刘汪丹, 程龙玖. 硫醇保护金团簇的实验和理论研究现状[J]. 化学进展, 2015, 27(12): 1743-1753.

Tian Zhimei, Liu Wangdan, Cheng Longjiu. Progress of the Experimental and Theoretical Studies on Au_m(SR)_n Clusters[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(12): 1743-1753.

硫醇保护的金团簇(Au_m(SR)_n,m和n为Au和SR的数目)由于其特殊的光学、电学性质以及特别的物理/化学性质,在纳米催化、生物医学和光学设备中具有潜在的应用价值。Au₁₀₂(SR)₅₄和Au₂₅(SR)₁₈^-团簇单晶结构的确定是Au_m(SR)_n团簇合成的两大突破,它们的结构揭示了Au_m(SR)_n团簇中Au-S键新的成键特征和新的原子堆积方式。本文总结了Au_m(SR)_n团簇实验合成单晶结构的研究成果,概述了有谱图无单晶结构的Au_m(SR)_n团簇的实验进展,介绍了密度泛函理论预测Au_m(SR)_n团簇的研究概况,并结合本课题组的研究课题归纳了解释团簇稳定性和化学成键方式的超原子复合物模型,超原子网络模型和超级共价键模型及其应用。最后,对Au_m(SR)_n团簇的研究趋势进行了展望。
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非富勒烯类有机小分子受体材料

宋成杰, 王二静, 董兵海, 王世敏

化学进展. 2015, 27(12): 1754-1763. https://doi.org/10.7536/PC150542

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宋成杰, 王二静, 董兵海, 王世敏. 非富勒烯类有机小分子受体材料[J]. 化学进展, 2015, 27(12): 1754-1763.

Song Chengjie, Wang Erjing, Dong Binghai, Wang Shimin. Non-Fullerene Organic Small Molecule Acceptor Materials[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(12): 1754-1763.

富勒烯及其衍生物因具有多维电荷传输特性和与给体材料形成独特的相分离结构等特点,在有机光伏领域占据主导地位。然而,富勒烯类受体材料本身也有一些难以克服的缺点,如可见光范围内吸收能力弱、修饰困难、成本高等,进而限制了器件性能的提高和规模化使用。非富勒烯类小分子受体材料的研究引起越来越多的重视。研究者可借助丰富的化学手段,设计合成出具有特定聚集态形貌和优异性能的有机小分子及其寡聚物。本文总结了近几年关于苝四甲酰二亚胺类、吡咯并吡咯二酮类、苯并噻二唑类等几类性能相对优异的非富勒烯类有机小分子受体材料的最新研究进展,从分子结构上对其性能进行了剖析,对高性能受体材料的设计合成具有一定的指导意义。最后,讨论了提高非富勒烯类有机小分子受体材料器件性能的主要因素及其研究前景。
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受限空间下的烯烃聚合研究

王魁, 雷金化, 聂赫然, 周光远

化学进展. 2015, 27(12): 1764-1773. https://doi.org/10.7536/PC150621

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王魁, 雷金化, 聂赫然, 周光远. 受限空间下的烯烃聚合研究[J]. 化学进展, 2015, 27(12): 1764-1773.

Wang Kui, Lei Jinhua*, Nie Heran, Zhou Guangyuan*. Olefin Polymerization in Confined Space[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(12): 1764-1773.

近些年来,随着纳米技术的发展,出现了很多微纳米反应器,该反应器能够提供具有纳米尺寸的反应环境,使得在该环境下进行的反应受到纳米空间的影响,生成具有纳米效应或特殊结构的产物。在聚烯烃催化聚合中,也出现很多具有受限空间的微纳米反应器载体,这些载体不仅能够负载烯烃催化剂,还能为烯烃聚合反应提供受限空间环境。在纳米尺度效应的影响下,催化烯烃聚合进程发生变化,可以得到一些具有特殊结构与性能(比如高熔点、超高分子量、纤维状)的聚烯烃产物。本文总结现阶段受限空间下烯烃聚合研究的最新成果,主要根据聚合物的不同结构进行分类,分别介绍了受限空间对聚烯烃产物的形貌、反应动力学及活性、初级结构、二级结构和凝聚态结构及性能的影响,并对受限聚合研究的发展趋势进行了展望。
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全共轭嵌段共聚物的合成组装与应用

熊丽娜, 张雪勤, 孙莹, 杨洪

化学进展. 2015, 27(12): 1774-1783. https://doi.org/10.7536/PC150515

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熊丽娜, 张雪勤, 孙莹, 杨洪. 全共轭嵌段共聚物的合成组装与应用[J]. 化学进展, 2015, 27(12): 1774-1783.

Xiong Lina, Zhang Xueqin, Sun Ying, Yang Hong. Synthesis, Self-Assembly and Application of All-Conjugated Block Copolymers[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(12): 1774-1783.

全共轭嵌段共聚物体系将共轭聚合物的光电特性和嵌段聚合物的自组装优势相结合,是近几年发展起来的一类新型自组装光电功能材料,对其自组装机理、自组装结构与光电性能之间关系的研究,有利于共轭聚合物微观纳米结构的构筑以及未来光电器件的开发。本文主要介绍全共轭嵌段共聚物包括共轭聚电解质在内的合成发展过程,综述其在溶液中和薄膜状态下独特的自组装行为,介绍共轭聚合物在光电器件中的应用,并对其今后的研究方向做出展望。
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刺激响应降解型聚合物水凝胶

程新峰, 金勇, 漆锐, 樊宝珠, 李汉平

化学进展. 2015, 27(12): 1784-1798. https://doi.org/10.7536/PC150629

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程新峰, 金勇, 漆锐, 樊宝珠, 李汉平. 刺激响应降解型聚合物水凝胶[J]. 化学进展, 2015, 27(12): 1784-1798.

Cheng Xinfeng, Jin Yong, Qi Rui, Fan Baozhu, Li Hanping. Stimuli-Responsive Degradable Polymeric Hydrogels[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(12): 1784-1798.

作为一类重要的高分子材料,聚合物水凝胶由于其优良的理化性能和生物学特性而被广泛应用于生物医药领域,降解特性是其作为生物医用材料的重要性能指标。刺激响应降解型水凝胶是指在环境因素刺激下凝胶网络发生响应性断裂,进而产生凝胶-溶胶或溶胀-降解转变的一类智能高分子材料。这一响应降解特性可通过将环境敏感性断裂基团引入到聚合物凝胶网络中来实现。与水凝胶常规的水解、酶解相比,刺激响应降解因具有空间或时间上的可控特性而引起人们的广泛关注。本文重点介绍了pH响应、光响应以及氧化还原响应降解型聚合物水凝胶的设计方法、降解机理及其最新研究进展,并对刺激响应降解型水凝胶未来的研究方向进行了展望。
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基于共轭聚合物的核酸生物传感器的应用

马昀, 周妍, 杜文琦, 缪智辉, 祁争健

化学进展. 2015, 27(12): 1799-1807. https://doi.org/10.7536/PC150636

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马昀, 周妍, 杜文琦, 缪智辉, 祁争健. 基于共轭聚合物的核酸生物传感器的应用[J]. 化学进展, 2015, 27(12): 1799-1807.

Ma Yun, Zhou Yan, Du Wenqi, Miao Zhihui, Qi Zhengjian*. The Application of DNA Biosensor Based on Conjugated Polymers[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(12): 1799-1807.

共轭聚合物的π电子体系及共轭离域结构,使其具有良好的发光性能。聚合物链可充当“分子导线”,能够成倍放大光学信号,从而有效提高检测灵敏度。而核酸适体(aptamer)在特异性、与靶物质亲合力、信号传导方面比其他识别元件具有更大的优势,因此共轭聚合物的核酸生物传感器在生物检测方面得到了迅速发展。本文主要总结了近年来共轭聚合物的核酸生物传感器在生物检测方面的应用,并进一步对该类型传感器的发展趋势作出了展望。
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CO₂化学吸收剂

方梦祥, 周旭萍, 王涛, 骆仲泱

化学进展. 2015, 27(12): 1808-1814. https://doi.org/10.7536/PC150638

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方梦祥, 周旭萍, 王涛, 骆仲泱. CO₂化学吸收剂[J]. 化学进展, 2015, 27(12): 1808-1814.

Fang Mengxiang, Zhou Xuping, Wang Tao, Luo Zhongyang. Solvent Development in CO₂ Chemical Absorption[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(12): 1808-1814.

化学吸收法是燃后CO₂捕集的主要方法之一,本文介绍了化学吸收法脱除CO₂的系统工艺及特点,综述了CO₂吸收剂的研究现状,介绍了典型吸收剂:氨水吸收剂、氨基酸盐吸收剂、碳酸钾吸收剂的研究进展,以及新型吸收剂研究方向:混合胺吸收剂、相变吸收剂、离子液体吸收剂、纳米流体吸收剂,CO₂开关型吸收剂和新型有机胺吸收剂,并分析比较了各种吸收剂的优缺点。分析表明混合胺和相变吸收剂节能潜力较大,较其他四种新型吸收剂更为成熟,因此具有一定的工业化潜力。
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聚丙烯釜内合金的相态研究

郭艳, 彭波, 张春雨, 张学全

化学进展. 2015, 27(12): 1815-1821. https://doi.org/10.7536/PC150541

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郭艳, 彭波, 张春雨, 张学全. 聚丙烯釜内合金的相态研究[J]. 化学进展, 2015, 27(12): 1815-1821.

Guo Yan, Peng Bo, Zhang Chunyu, Zhang Xuequan. Morphology of Polypropylene in-Reactor Alloys[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(12): 1815-1821.

聚丙烯釜内合金具有良好的刚韧平衡性能,历经30多年的发展,在包装、汽车和建筑等领域已得到广泛的应用。其优异的性能及复杂的多相、多组分结构更是引起了相关领域研究者的高度关注。聚丙烯釜内合金是一种在聚合釜内直接合成的多相、多组分聚合物体系,其初始产品常以粉末或球型颗粒的状态存在,具有非常复杂的相形态,并且在加工成型过程中,由于相形态的演变会形成更加丰富的微结构,从而对聚丙烯釜内合金最终的力学性能产生决定性的影响。目前对于聚丙烯釜内合金体系的分子链结构-聚集态结构-产品性能之间的构效关系仍然有很多问题亟待解决。近期研究表明在某些情况下,聚丙烯釜内合金体系中增韧相形成“核-壳”型结构(或多重“核-壳”型结构)时,可以实现最佳的刚性与韧性的平衡,但对于这些“核-壳”结构形成条件的控制及结构成分的精确测定仍有不足。本文主要总结了近年来聚丙烯釜内合金相态研究的进展,展望了该领域可能的发展方向。
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压力延迟渗透膜技术

虞源, 吴青芸, 陈忠仁

化学进展. 2015, 27(12): 1822-1832. https://doi.org/10.7536/PC150606

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虞源, 吴青芸, 陈忠仁. 压力延迟渗透膜技术[J]. 化学进展, 2015, 27(12): 1822-1832.

Yu Yuan, Wu Qingyun, Chen Zhongren. Pressure Retarded Osmosis Membrane Technology[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(12): 1822-1832.

压力延迟渗透膜技术是近年来备受瞩目的新型膜技术之一。它可与正渗透、反渗透等膜分离技术结合,从而在海水淡化、污水处理等领域具有广泛应用前景,而且其本身在有效获取盐差能等绿色海洋能源方面的应用潜力巨大。本文对压力延迟渗透原理、过程设计及其影响因素进行了系统总结,重点围绕压力延迟渗透膜的材料、类型、存在的问题和解决方案等最新研究进展进行详细分析和介绍,同时列举了压力延迟渗透膜技术在盐差能发电、水处理等领域的应用。
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电子穿梭体介导的微生物胞外电子传递:机制及应用

马金莲, 马晨, 汤佳, 周顺桂, 庄莉

化学进展. 2015, 27(12): 1833-1840. https://doi.org/10.7536/PC150533

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马金莲, 马晨, 汤佳, 周顺桂, 庄莉. 电子穿梭体介导的微生物胞外电子传递:机制及应用[J]. 化学进展, 2015, 27(12): 1833-1840.

Ma Jinlian, Ma Chen, Tang Jia, Zhou Shungui, Zhuang Li. Mechanisms and Applications of Electron Shuttle-Mediated Extracellular Electron Transfer[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(12): 1833-1840.

厌氧条件下微生物将电子传递给胞外电子受体的现象非常普遍,电子穿梭体(electron shuttle,ES)是介导胞外电子传递过程的重要途径之一,但其具体的机制尚未明晰。一部分微生物自身能分泌一些物质作为内生ES,另一部分微生物能利用天然存在或人工合成的某些物质作为外生ES,并将其携带的电子传递至微生物胞外电子受体。ES介导微生物胞外电子传递的基本过程为:氧化态电子穿梭体(ES_ox)接受电子变成还原态(ES_red),ES_red传递电子给胞外电子受体,自身再次氧化成ES_ox,从而循环往复。本文重点介绍不同种类ES及其电子穿梭机制,以及ES的分子扩散、氧化还原电势及电子转移能力对胞外电子传递过程的影响。ES介导的胞外电子传递过程直接影响污染物转化和微生物产电,因此在污染修复及生物能源等方面具有重要的应用前景。
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电纺含银纳米粒子复合纤维的制备及应用

郭世伟, 苑春刚

化学进展. 2015, 27(12): 1841-1850. https://doi.org/10.7536/PC150509

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郭世伟, 苑春刚. 电纺含银纳米粒子复合纤维的制备及应用[J]. 化学进展, 2015, 27(12): 1841-1850.

Guo Shiwei, Yuan Chungang. Preparation and Application of Silver Nano Composite Fibers by Electrostatic Spinning[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(12): 1841-1850.

银纳米粒子由于其特殊的物理化学性质而被广泛应用,但其易团聚,影响实际使用效果。银纳米粒子可被负载到稳定载体上,获得具有优异性能的纳米复合材料,克服了团聚等缺限,大大改善应用效果和效率。采用静电纺丝技术制备银修饰纳米复合纤维材料是其中一种有效的方法,近年来在复合材料制备领域受到了广泛关注。本文综述了最近几年关于静电纺丝制备负载银纳米颗粒纤维复合材料及其应用的研究进展,重点介绍了静电纺丝制备负载银纳米纤维过程中纳米银的生成和负载方法,总结了有机主体和无机主体两种纺丝纤维的制备研究进展,详细介绍了负载银纺丝纤维在几个重要领域的应用及研究方向。

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