金属卤化物钙钛矿纳米材料因其丰富的化学结构和优异的光电性能,已成为一种极具应用前景的半导体材料。在钙钛矿无机框架中引入有机手性分子后,能够比较容易地得到手性钙钛矿纳米材料,从而可以极大地推动智能光电材料和自旋电子器件的快速发展。本文将综述手性钙钛矿纳米材料的构筑与手性产生机理的最新研究进展,包括一维手性钙钛矿纳米线、二维及准二维手性有机-无机杂化钙钛矿纳米片、三维手性钙钛矿纳米晶、超分子组装体系中诱导的手性钙钛矿纳米晶等。值得注意的是,不同种类的手性钙钛矿纳米材料在圆二色性、圆偏振发光、铁电性、自旋电子学等方面展现出优异的光电性能及巨大的应用前景。但是,有关手性钙钛矿纳米材料的研究目前还处于初级阶段,其中很多机理还存在争议,许多基础性和应用型的工作也有待开展。

光热治疗是近年来兴起的一种治疗方法,具有靶向性强、适应性广的特点。在光热治疗中,通过光热剂对光的吸收将光能转化为热能,从而实现治疗作用,因而光热剂的光热转化性能直接决定了光热治疗的效果。光热剂的种类丰富,涵盖由无机到有机等组成和性能各异的多种材料。其中,聚吡咯具备良好的生物相容性、优异的光稳定性以及光热转化性能,在光热治疗领域受到广泛关注,是一种拥有巨大应用潜力的光热剂,然而其在光热治疗领域的发展趋势及前景却鲜有报道。本文综述了聚吡咯及其纳米复合材料的制备方法,详述了聚吡咯及其纳米复合材料在光热治疗领域中的应用情况,包括聚吡咯基纳米材料的自身性能和实际光热治疗的效果,指出以聚吡咯为基体或修饰材料来制备具有CT、磁共振、光声显影及光热治疗性能的聚吡咯基复合材料已成为发展趋势。在此基础上,本文还总结了聚吡咯基纳米复合材料在制备和应用中存在的问题,并分析了其在发展过程中遇到的挑战以及在生物医学应用中的前景。

手性碳量子点(CQDs)因兼具优异的荧光性质、良好的生物相容性、较低的毒性、易于功能化以及手性特征等,在催化、检测和生物医学等领域具有广阔的应用潜力。目前,通过一步法或两步法制备的手性CQDs,已应用于手性催化、手性检测、高尔基体靶向成像、选择性调控酶和蛋白活性、选择性调控细胞能量代谢和促进植物生长等领域。然而,手性CQDs的发展初露头角,需进一步完善可控合成工艺,制备高荧光量子产率的长波长手性CQDs,使其在生物医学等领域绽放异彩。

多酶级联反应在生命活动过程中发挥着重要作用。固定化多酶级联反应器是将不同功能的酶通过物理化学或生物手段固定于特定载体上,以之模拟生物体内多种酶协同作用方式促使底物发生降解和转化等反应的新型仿生催化技术。该技术具有固定化酶的稳定性、可重复利用以及酶级联的高效协同催化等优点,近年来在生物传感、模拟生物学以及生物转化等领域得到越来越多的关注。本文从多酶级联反应原理、反应器制备、级联反应的影响因素及应用等方面对近年来固定化多酶级联反应器的进展进行详细评述,并展望其发展前景。

钛(Ti)及其合金凭借优异的机械性能和良好的生物相容性,一直是骨和牙种植体的主要临床应用材料。由于钛及其合金自身的生物惰性,不易与周围骨组织进行快速的骨整合,因此其表面的生物活性有待进一步提高。羟基磷灰石(HA)是人体骨和牙齿的主要无机成分,具有良好的生物活性和生物相容性,受其力学性能的制约,常被作为涂层材料覆盖在钛基体表面,用以提高植入体的生物活性。但一直存在涂层与基体界面结合强度低和涂层力学稳定性差的问题,成为限制其临床广泛应用的主要因素。本文从涂层结构设计、成分设计及制备方法等方面,就国内外改善钛基底与HA涂层界面结合性能的研究现状和发展动态作一综述,为高性能钛植入体的制备和应用提供参考。

二氧化碳(CO₂)捕获以及转化是控制大气中二氧化碳含量和有效利用的主要策略。CO₂ 响应型聚合物以含有胺基的烯类单体为主要原料,通过接枝聚合或与其他功能分子复合来改善其对CO₂的响应以及捕获性能。其中,天然高分子(如多糖、蛋白质等)具有资源丰富、无毒、可降解和良好的生物相容性等优点,是制备环境友好高分子材料的最佳选择。同时,壳聚糖含有大量的伯胺,在制备基于胺基的具有CO₂响应以及捕获性能的智能复合材料中具有潜在优势。本文首先介绍了CO₂响应聚合物和壳聚糖的特点,进一步归纳了近年来基于壳聚糖的CO₂响应高分子以及捕获材料的最新研究进展,并对这类复合材料的设计及其应用前景进行了展望。

Pickering乳液以胶体尺寸的固体粒子代替传统表面活性剂作为稳定剂,具有超稳定,生物相容性好以及对环境友好等优点。开关型Pickering乳液可随pH值、CO₂/N₂浓度、温度、磁场强度及光强度等条件的变化而改变固体乳化剂的表面润湿性,实现在“乳化”与“破乳”之间的快速转换,在非均相催化、乳液聚合等诸多领域有广泛的应用前景。本文全面总结了近年来开关型Pickering乳液的研究进展及其在界面催化系统、液膜处理有机废水、药物的包封与释放等方面的应用。

随着低比容量硅碳复合材料(<500 mAh/g)在锂离子电池中的商业化应用,硅基负极材料也从实验室研究走向了产业化发展。近年来的研究工作中,许多方法被用来解决硅在循环过程中体积变化(>300%)所带来的一系列问题。在材料结构方面,从最初的硅材料纳米化、硅与其他材料复合等技术手段转变到了硅碳复合材料二次颗粒的结构设计、表面包覆层设计等方法;在应用性能方面,除了早期文献报道的材料比容量、循环性能等参数外,还增加了材料比表面积、振实密度、首次及循环库仑效率等更符合电池实际应用要求的性能参数研究,从而极大地推动了硅基负极材料的商业化应用进程。本文首先综述了近年来硅碳复合材料组成、结构设计的发展脉络,进一步分析了由石墨、软碳、硬碳、碳纤维和石墨烯等碳源合成的硅碳复合材料的结构特点,并对其电化学性能进行分析对比,总结了碳在硅碳复合材料结构及其性能上发挥的作用。最后,对硅碳复合材料制备过程中的结构设计要求和碳材料的选择进行了分析和展望。

高安全高电压电解液的开发是锂离子电池电解液发展的重要方向。有机硅化合物由于具有独特的理化性能,使其成为锂离子电池电解液领域的研究热点之一。本文综述了有机硅电解液的研究进展,重点从功能分子设计的角度介绍含碳酸酯基、氨基甲酸酯基、腈基、离子液体、含氟类的有机硅功能电解液溶剂制备及电池性能表现;详细阐述具有结构多样性的有机硅化合物用作高电压添加剂、高安全添加剂、高/低温添加剂、储存/耐自放电添加剂、吸酸吸水添加剂及其在不同电池材料体系中的应用。最后,对有机硅电解液的研究趋势和应用前景进行了展望。

随着储能电源和电子产品以及电动汽车的迅速发展,开发高能量密度的锂离子电池已经成为现阶段研究的重点方向之一。目前,较广泛使用的液态锂离子电池,由于容易发生有机液态电解质的泄漏、燃烧、爆炸和短路等问题,存在非常大的安全隐患。因此,迫切需要开发能量密度更高,安全性更加好的锂离子电池。与现有的有机液态电解质相比,全固态聚合物电解质(All-solid-state polymer electrolyte,ASPE)具有理论比容量更高、结构可设计性强、易于大规模生产制造、排除了泄漏液体等体系安全性能好的优点,是一类具有广泛应用前景的电解质。ASPEs在锂离子电池中起到了主导作用,研究者们对其进行了大量的科研工作。本文结合并比较了典型的ASPEs(聚醚、聚酯、聚氨酯、聚硅氧烷)的最新科研进展以及本课题组的工作,回顾了这几种固态聚合物的发展,对高性能锂电池全固态电解质的制备设计、新型锂电池、界面调控和制备工艺成型等方面作了阐述,并对其未来的研究做出展望。

生物活性肽在整个生理系统当中发挥着重要作用,对于生物活性肽的精确分析将有助于进一步开发其功效,然而当前对复杂生物系统中肽的分析依然存在相当大的难度,这是由于肽通常与高浓度蛋白质共存这一特质所造成的,严重降低了色谱中肽的分离效率,并在质谱中抑制肽的峰信号。鉴于此,人们引入金属-有机框架材料对活性肽进行富集分析。金属-有机框架(MOFs),是由金属离子或团簇和有机配体,通过配位键自行组装形成的具有多孔结构的有机-无机杂化材料。由于它们具有框架结构可调、高孔隙率、化学稳定性良好、可再生性、合成过程简单等优点而广泛应用于活性肽富集、气体吸附与分离、传感器、药物缓释与催化反应等领域。本文系统梳理了近年来MOFs材料用于磷酸肽、糖肽和内源肽等活性肽富集的研究进展,在此基础上总结了当前MOFs材料在该领域中存在的局限,并对研究新趋向提出了展望。