聚氨酯(PU)作为一种重要的工业材料,具有诸多独特优异的性能,这使得PU材料在众多领域内具有极其广泛的应用。由于PU骨架上缺乏进一步修饰的功能基团,限制了PU材料的高附加值化,在高科技领域广泛应用受到阻碍。因此,PU的改性和功能化是学术界和工业界热门的课题之一。当前PU材料的改性和功能化方法较多,其中,叠氮化物与末端炔在铜(Ⅰ) 催化下生成反式1, 2, 3-三唑化合物的Huisgen 1, 3-偶极环加成(CuAAC)反应具有操作简单方便和灵活高效的特点,是点击化学反应的精髓,在PU材料的功能化改性研究中占有独特而重要的地位。本文简要介绍了基于CuAAC反应PU材料功能化改性的设计思路,重点综述了基于CuAAC反应,PU材料的生物相容性、疏水性、荧光性、抗菌性、阻燃性、形状记忆效应、机械性能和热稳定性的功能化改性研究和应用,最后总结了CuAAC反应在改性PU上存在的主要问题,并对其研究方向进行了展望。

N-烷基化胺类化合物由于其在染料、药物、农药、表面活性剂、橡胶助剂、功能材料等精细化学工业中的重要作用,它的合成吸引了化学家们广泛的研究兴趣。在众多合成方法中,胺醇烷基化是一种N-烷基胺高效、清洁的合成方法,其中水是唯一副产物。本文系统地介绍了Ni、Cu、Pd、Pt、Co、Mn、Fe、Au、Ru、Ag等多相催化体系应用于醇胺化反应合成N-烷基胺的研究进展,并指出醇胺化多相催化过程中所面临的问题和未来的发展方向。

水凝胶是一种交联的三维网状亲水性聚合物材料,具有与生物组织相似的特点并且能够吸收大量的水分。作为智能水凝胶的一种,pH敏感性水凝胶因其结构中含有大量碱性或酸性基团从而具有一定的pH敏感性。凭借这些特性,近年来pH敏感性水凝胶在生物、医学、物理、环境、纺织等众多研究领域备受关注。本文围绕pH敏感性水凝胶的响应机制、分类以及应用三个方面进行综述。在响应机制上,本文从响应过程、影响因素和溶胀扩散模型三方面进行综述;在分类上,根据水凝胶敏感性的不同分为溶胀-收缩类和溶胶-凝胶类两类,并进一步根据pH作用范围的不同将溶胀-收缩类细分为阴离子类、阳离子类以及两性离子类,溶胀-收缩类细分为硼酸酯类、酰腙类以及亚胺类;在应用研究上,本文总结了其在医学、环境、生物、智能检测、功能材料等热门领域的研究情况。最后,对pH敏感性水凝胶的未来的发展方向进行了展望。

微孔有机聚合物由于具有优异的热稳定性、化学稳定性、低密度、高比表面积、分子尺度的孔径分布等优点,在气体储存、气体吸附与分离、有机蒸气吸附、异相催化剂载体、水处理、功能材料等方面引起研究者们极大的兴趣。通常,分子构筑单元特别是在平面或空间中呈对称性的单元,是合成微孔有机聚合物的核心单位。在众多的构筑单元或单体中,多取代金刚烷化合物具有高空间对称性和刚性结构特点,已被成功地用作分子“结”与其他多种类型的连接单元(分子“杆”)来构建三维微孔有机聚合物,而且此类微孔有机聚合物在合成产率、结构稳定性、孔径分布、吸附分离等方面表现出许多特殊或优异的性质。本文介绍了目前由金刚烷结构单元构建的以下几种微孔有机聚合物在合成和性能方面的研究进展:苯环连接型、席夫碱连接型、酰亚胺连接型、富氮型(苯并咪唑和三嗪),详细分析和比较了这些聚合物在合成方法、结构特点、稳定性与吸附性能等方面的异同点。此外,介绍了几种其他新型的金刚烷基聚合物。最后提出基于金刚烷的微孔有机聚合物未来的研究方向与思路。

有机分子荧光探针因其灵敏度高,特异性强,对生物大分子和微环境扰动较少,同时可实现实时动态跟踪监测生物体中微环境的变化以及活性分子,已成为生物传感和生物成像领域的强大工具。本文总结了生物体微环境中常见的活性分子以及用于监测这些活性分子的有机分子荧光探针设计策略,并列举了近几年用于监测生物体中微环境变化以及活性分子的有机分子荧光探针,同时对这些荧光探针灵敏地监测与人类疾病相关的活性分子及其潜在应用价值做了讨论。

PUREX乏燃料后处理流程排放出的高放废液,集中了乏燃料中95% 以上的放射性,其中半衰期长、毒性大的次锕系核素是需要在地质处置库中将高放废液与生物圈隔离10万年以上的因素之一。为了更安全可靠地解决高放废液问题,国际上提出了“分离-嬗变”技术,即利用化学方法,将次锕系元素和长寿命裂变产物元素从高放废液中分离出来,根据分离出来元素的性质,对其加以利用或使其嬗变。分离-嬗变技术中的关键是对高放废液中不同类别元素的有效分离。双酰胺荚醚类萃取剂对高放废液中三价锕系、镧系元素展现出了优异的萃取性能,尤其是不对称双酰胺荚醚,在保持相应的对称性双酰胺荚醚良好的萃取性能的同时,在缓解或避免萃取过程中第三相形成方面也有较大优势。本文就不对称酰胺荚醚的历史沿革、合成方法、萃取性能、配位机理、流程工艺以及三相形成等几个方面进行了综述,就多种不对称双酰胺荚醚萃取剂对锕系、镧系及其他主要裂片元素的萃取分配比、分离系数、三相形成临界参数等进行了比较,对该类萃取剂后续的结构设计、配位机理研究及流程应用等方向提供了参考性建议。

利用吸附剂对环境中污染物进行分离去除是环境污染治理的有效方法和常用方法,其中以无机材料为载体的功能化吸附剂应用更为广泛。二氧化硅纳米颗粒具有稳定性好、易修饰、成本低和对环境友好等特点,在环境污染物的吸附分离方面具有广阔的应用前景。纤维状硅球与传统的二氧化硅纳米颗粒相比具有比表面积大、有开放孔道等优点,在实际吸附分离应用中能够提供更多有效吸附位点且孔道不易堵塞,是一种更具潜力的吸附剂载体。本文结合本课题组的研究工作对纤维状硅球的合成制备尤其是结构参数的调控方面进行了归纳分析;在分析近年来关于重金属、有机物、放射性核素等环境污染物处理相关研究的基础上,对功能性纤维状硅球在环境污染物吸附分离领域中的应用进行总结;最后从纤维状硅球合成方面的局限性以及应用方面的潜力对功能性纤维状硅球在吸附分离领域中的应用前景进行了展望。

人参皂苷类化合物是参属类植物中的一类重要活性成分,主要包括原人参二醇、原人参三醇、齐墩果酸型、奥克梯隆型四类。最近,已发现的人参皂苷类化合物化学结构多达620余种,它们具有相似的化学结构,但药理活性具有明显差异。该类化合物所在基质复杂多样,选择简便高效的样品前处理方法及检测技术对于有效检测样品中人参皂苷含量至关重要。本文综述了测定各类样品中多种人参皂苷含量的样品前处理技术(溶剂提取、固相萃取等)及常用检测方法(高效液相色谱法、超高效液相色谱法、薄层色谱法、气相色谱法等),对各种方法的灵敏度及回收率等参数进行了总结,并评述了每种方法的优缺点及研究进展。

树枝状聚合物具有一些独特性质,包括规整且高度支化的三维结构、完美单分散尺寸、内部空腔以及表面大量的官能团等,因而其在催化、检测、生物医用领域具有潜在应用。这些应用的改进或者实现,往往需要在树枝状聚合物中引入无机纳米颗粒,从而制备得到基于树枝状聚合物的无机纳米颗粒。另一方面,树枝状聚合物的存在能够提升无机纳米颗粒在溶液中的稳定性、抑制团聚,从而长时间保留纳米颗粒的优异性能。在过去几十年,因为其优异的性质和潜在的应用,基于树枝状聚合物的无机纳米颗粒吸引了众多科研人员的关注。依据其结构特点,可以将基于树枝状聚合物的无机纳米颗粒大致分为以下三类:(1)树枝状聚合物包裹的无机纳米颗粒;(2)树枝状聚合物稳定的无机纳米颗粒;(3)树枝化基元稳定的无机纳米颗粒。本文侧重归纳并总结近五年基于树枝状聚合物的无机纳米颗粒的制备方法,以及其在催化、生物医用、检测领域的研究进展,并对其制备方法和应用发展进行了展望。

软铋矿基光催化材料以其独特的晶体结构、电子结构以及显著的可见光吸收能力吸引着研究者们浓厚的兴趣,然而,该材料由于自身结构及功能缺陷,如光生载流子极易复合、量子产量低、有限的活性位点、活性晶面暴露不足等,导致其光催化活性和稳定性仍有待提高。因此,如何在微纳尺度上对软铋矿基光催化剂进行结构设计和功能整合,进而实现光催化活性和稳定性的优化调变,仍是一个亟待解决的关键科学问题。本文主要综述了软铋矿基微纳米材料的合成策略及其在光催化领域的最新研究进展,重点就软铋矿基光催化材料的形貌调控、贵金属负载、半导体/石墨烯耦合、离子掺杂、新型软铋矿基光催化体系的开发等方面进行总结;同时对软铋矿材料在光催化领域的应用进行了探讨;最后对此类光催化材料今后的研究前景进行了展望。

二维共价有机框架材料(2D-COFs),作为一类由轻质元素通过共价键的方式连接而成的新型结晶型多孔材料,其拥有规则有序的孔道、较大的比表面积、良好的稳定性及延展的π共轭体系,已被证实具有良好的光化学活性及实现光致化学转化的潜力。因此,二维共价有机框架材料作为非均相光催化剂实现光致化学转化已经成为多孔材料领域及光催化领域的一个新的研究热点。本文总结了近年来2D-COFs作为光催化剂在光致化学转化领域的最新研究进展,并对未来进行了展望。

有机染料在可见-近红外光区具有较高的摩尔消光系数和良好的荧光发光性能,因而常被用于光谱化学传感中。通常有机染料分子含有较大的π体系,在溶液中易于通过分子间弱相互作用(氢键、卤键、亲疏水作用、π-π堆积作用、范德华力等)聚集形成具有特定结构的组装体,聚集过程往往伴有明显的颜色或光谱变化。若向染料分子中引入特定的官能团,与分析物结合诱导染料聚集/解聚产生明显的光谱变化,可用于对分析物的识别。聚集体可同时提供多个结合位点,并具有组装单元之间可调控的空间取向、较高的传感结合基团局部浓度。因此基于聚集过程的光化学传感表现出优越的传感灵敏度和选择性。本文结合本课题组近年来的研究工作综述了有机染料聚集在光化学传感中的应用,分别从诱导聚集、诱导解聚以及聚集重组三个方面展开讨论,并展望了此类荧光传感体系未来的研究与发展方向。

锂离子电池作为比能量最高的二次电池,广泛用于便携电子设备、新能源汽车和大规模储能电站等领域。目前商用锂离子电池正面临着一些技术瓶颈,如能量密度低和使用寿命短等。关于锂离子电池负极材料的报道有很多,但大多无法克服锂化前后巨大的体积膨胀、电极材料粉末化和电极阻抗大等缺点。金属-有机骨架衍生金属氧化物及其复合材料因具有低而平的充放电电位平台、高容量和稳定的循环性能等优点,被广泛应用于锂离子电池。本文将从单金属氧化物、双金属氧化物、双组分金属氧化物复合材料和金属氧化物/碳复合材料四个模块进行综述,总结其合成方法、形貌与电化学性能之间的关系,并展望其未来发展的机遇与挑战。

介孔碳球是一种新型多孔球形碳材料,因具有比表面积大、化学稳定性高、生物相容性好以及孔容孔径可调及粒径大小可控等许多优点,在生物医药、能量储存与转化、环境治理和催化等领域有着巨大的应用前景。本文介绍了模板法、St?ber法和微流控液滴法制备介孔碳球的相关研究,综述了近年来介孔碳球作为药物传输系统(Drug delivery system, DDS)的应用研究进展,重点对表面性质控释、刺激响应控释、靶向输送、诊疗一体化等四种DDS的研究进行了评述,并提出了当前介孔碳球制备及在作为癌症治疗DDS的应用中尚待解决的主要问题和发展趋势。

超疏水表面由于极端的非润湿特性,在减阻、耐磨、防腐蚀、防结冰和自清洁等领域有着极为广泛的潜在应用。表面粗糙结构和低表面自由能是形成超疏水表面的两个决定因素,也是超疏水表面具有优异的摩擦学性能的主要原因。本文主要对近年来超疏水表面在摩擦学领域的研究进行总结。首先分析了超疏水表面摩擦学的相关理论,然后重点阐述了超疏水表面在摩擦学领域的研究现状,探讨了影响超疏水表面摩擦学性能的因素和作用机理,并对耐磨超疏水表面和超滑表面的摩擦学研究进行了分析。最后提出了超疏水表面摩擦学研究应该关注的重点和方向。本综述旨在引起更多学者对超疏水表面摩擦学研究的关注,对于扩大超疏水表面的应用领域具有重要的理论价值和现实意义。

聚(N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺) (PHPMA)作为一种应用较广的水溶性聚合物,具有结构稳定性、非免疫原性以及良好的亲水性,可在人体中代谢,因此这种药物载体在过去几十年中被广泛运用于抗癌药物载药体系的研究。将PHPMA作为药物载体,连接不同功能基团,可使药物准确地在特定区域表达或释放,由此完成对疾病的检测或治疗。科学家进一步改进了载体的可降解性,降低了系统的细胞毒性,使这一体系获得更广阔的应用前景。目前为止只有少数的综述论文对这一领域进行了总结,几乎全部是从材料的生物功能方面进行阐述,而忽视了对材料制备方法的关注。为了弥补这一空白,本文从聚合物键合药物方式的独特分类视角,分别从共价键键合以及非共价键合的角度进行归纳整理,同时对于外界刺激可断裂型的材料进行了详细的论述,以期为科研工作者提供更多的启示。

采用静电纺丝法制备的一维纳米材料具有比表面积大、孔隙率高以及优越的电化学性能等优势,可以显著改善气敏传感器的灵敏度,成为气敏传感器领域应用最广的材料之一。本文介绍了气敏传感器分类、静电纺丝技术原理和半导体气敏传感器的传感机理,详细综述了静电纺丝法制备不同传感材料,包括半导体金属氧化物、金属修饰金属氧化物、聚合物-金属氧化物和石墨烯-金属氧化物复合材料等在气敏传感器的研究现状,并对未来气敏传感器的发展方向进行了展望。