DNA-多肽复合分子作为一类新型的自组装分子受到研究人员的广泛关注。DNA分子具有可编程性、高特异性、功能多样等优点,多肽分子是一类重要的生物小分子,能够通过分子自组装形成具有不同结构的纳米材料,因此,将二者通过共价交联,可以获得具有多级自组装行为的DNA-多肽复合分子,能够实现两类重要生物分子功能的集成优化,合成具有不同结构与功能的超分子自组装材料。此外,通过酶催化、DNA杂化、DNA链置换反应等,还可实现对多肽-DNA复合分子自组装行为的动态调控,进而模拟生命系统中复杂动态的自组装结构,强化相关材料在生物、化学、材料等领域的应用。本文讨论了DNA-多肽复合分子的设计、组装与应用方面的最新进展,最后基于目前DNA-多肽复合分子存在的一些问题对DNA-多肽复合分子的研究做了展望。

在药物研发领域,如何有效提高难溶性药物的溶解与吸收是一个极具挑战的难题。目前,过饱和药物递送系统(Supersaturating drug delivery systems,SDDS)利用药物溶液处于过饱和态的优势,可同时提高难溶性药物的表观溶解度与渗透性。本文对过饱和度的理论及其在药物研发领域中的实际应用进行了系统的综述,介绍了过饱和度的产生与维持、及其与药物吸收的关系,归纳了常用的SDDS技术,并对无定形固体分散体、共晶、无定形/共无定形产生过饱和进行重点阐述。

超低密度气凝胶是一类具有超轻质特性的多孔固体材料,较常规气凝胶具有更高的孔隙率与更为多样化的表面特性,其独特的物理与化学性质使其作为新型纳米多孔材料在诸多新兴领域得到了重要应用。在制备过程中保留超低密度气凝胶高度发达的三维孔隙结构,以及在实际应用中发挥超低密度气凝胶独特的功能特性是气凝胶领域近年来的研究重点之一。本文按照超低密度气凝胶的主要类型综述了该材料制备技术的最新研究进展,探讨了其在空间探测、阻燃隔热、储能、吸附、催化以及传感领域的应用方式;通过分析目前研究中存在的主要问题,对未来的发展方向,如突破常压干燥制备技术、开展各类复合气凝胶或结构有序可控的超低密度气凝胶的制备、系统性地研究超轻质特性对气凝胶特定功能的影响规律等进行了展望。

可控/“活性”自由基聚合(CLRP)可以用于制备分子量分布窄、分子链缺陷少的聚合物,如聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氯乙烯(PVDC)和聚偏氟乙烯(PVDF),且易控制上述单体与其他单体共聚得到嵌段聚合物。本文调研了近年来可控/“活性”自由基聚合(如碘转移聚合(ITP)、氮氧稳定自由基聚合(NMP)、可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合和金属催化的活性自由基聚合(OMRP)等)制备聚乙烯和聚卤代烯烃等方面的工作,并指出了未来的发展方向。

随着能源危机和环境污染的日益严重,生物可降解塑料逐渐成为研究的趋势和热点。聚乳酸(PLA)具有良好的生物降解性、生物相容性、可再生性、高强度、易加工等优点,被认为是最有前途的生物降解聚合物之一。聚乳酸的延展性和冲击性能较差严重制约了PLA的应用,共混改性是一种经济有效的方法,从而解决其韧性不足的缺点。然而,PLA在热力学上与大多数聚合物不相容,为了获得性能优良的PLA共混材料,聚合物共混过程中需要加入一种有效的相容剂进行增容。近年来,PLA与不同聚合物共混时的相容性研究已取得一定进展,本文就其进展进行全面综述。

百部生物碱是从直立百部(Stemona sessilifolia)和其近缘植物的根部分离得到一类生物碱。在分子结构上,这类生物碱通常具有[1, 2-b]吡咯并[1, 2-a]氮杂卓的母核结构,并且由于在母核的多个位置有不同的取代基,从而表现出结构及生物活性的多样性,因而百部生物碱的全合成研究引起国内外化学家的关注。但是由于百部生物碱结构中具有复杂的多环结构及多个手性中心,此类天然产物的全合成研究具有较大的挑战。近年来,化学家们相继开发并应用高对映选择性的反应及串联反应等高效的策略,完成了多个百部生物碱的全合成研究,为百部生物碱进行深入生物活性研究及开发利用奠定了坚实的基础。本文基于本课题组的相关研究内容,综述了各种类型百部生物碱近年来的全合成研究进展。

锂离子电池的电化学阻抗谱（EIS）是研究电化学系统最有力的实验方法之一，在过去的20多年中，EIS 被广泛应用于锂离子电池研究和生产领域，包括研究电极界面反应机理和容量衰减机制，测定相关电极过程动力学参数和电池的健康状态、荷电状态以及电池的内阻。本文分析了锂离子电池中电极极化过程包含的3 个基本物理化学过程———电子输运、离子输运和电化学反应过程，探讨了每一基本物理化学过程包含的步骤及其EIS 谱特征，详细论述了与电子输运相关的基本物理化学过程———接触阻抗和感抗产生的机制；介绍了多孔电极理论及其在锂离子电池中的应用，阐述了基于多孔电极理论进行阻抗谱数值模拟的建模原理与方法。 综述了石墨、硅、二元3d 过渡金属氧化物、LiCoO₂、尖晶石LiMn2O4、LiFePO4、尖晶石Li4Ti5O12、过渡金属氟化物材料等电极的典型阻抗谱特征和各时间常数的归属问题。最后讨论了EIS现存的问题及未来的发展方向。

电致变色和电化学储能的原理均是基于电荷在电极中的嵌入或脱出而发生的氧化还原反应,具有相同的电化学本质。将电致变色和电化学储能功能集成在一起的电化学器件即电致变色储能器件。以锂离子电池为代表的电化学储能器件已广泛商业化,单一功能的电致变色器件也已被广泛报道并有商业化应用,但有关电致变色储能器件的研究仍然停留在实验阶段。该类器件在电化学储能的同时,可以改变其在可见光甚至红外波段的透射率,并可用颜色指示器件的荷电状态,为电化学器件提供新的应用前景。电致变色储能器件主要包括电致变色超级电容器、电致变色电池和光驱动电致变色智能窗等。电致变色超级电容器和电致变色电池以同时具有电致变色效应和电荷存储性质的材料为正负电极,光驱动电致变色智能窗则还包括将光能转化为电能的光电转换部分。这些器件可用于建筑节能智能窗、静态显示、智能传感等。此外,在柔性基底上制备的可穿戴电致变色储能器件在智能服装、植入显示器和电子皮肤等方面具有应用潜力。本文从基本原理、研究进展和应用领域等方面对无机电致变色储能材料与器件进行综述,并提出未来的研究展望。

目前,碱金属(锂、钠、钾等)离子电池中的锂离子电池已经广泛应用于社会生产生活的各个方面,有力地支撑了社会的自动化、信息化和智能化。然而,由于锂在地壳中的丰度较低,以较高丰度的钠为基础的钠离子电池引起了研究者和社会的广泛关注。其中,正极材料是制约钠离子电池实用化的重要因素之一,人们需要开发出面向实际应用的正极材料。P2结构层状复合金属氧化物钠离子电池正极材料具有资源丰富、制备简单、结构稳定、放电容量高、倍率性能好和循环稳定性较好等优点,获得了研究者的广泛关注,具有实用化前景。这一系列材料由于涉及到多种过渡金属元素的组合,较为复杂。本文针对含单一过渡金属、二元组分过渡金属、三元及以上组分过渡金属的P2结构材料及其优化改性进行了系统性梳理,力求厘清研究脉络,梳理研究思路,并给出了今后发展的方向与预测。P2结构材料的主要问题是提高其初始放电容量,氧还原的应用是解决这一问题的重要方向。此外,优化材料组分及采用具有丰富储量、低成本、高安全性和环境友好性的原材料是进一步降低成本并保护环境的重要研究方向。

目前钙钛矿太阳能电池的认证效率已达25.2%,被认为是下一代最有希望的薄膜太阳能电池候选者。但通过溶液加工方法制备的钙钛矿薄膜不可控的形貌与较差的结晶性是制约器件稳定性提升和大面积生产的主要原因。为了有效解决这一难题,研究者们通常在电荷传输层与钙钛矿层之间进行界面修饰。本文从界面修饰的角度出发,总结了不同界面修饰策略在钙钛矿太阳能电池中的应用,并展望了界面修饰在低成本和大面积钙钛矿太阳能电池的应用前景。

金属-二氧化碳(Me-CO₂)电池结合了先进储能和有效固定CO₂的双重特性,被视为下一代能源转换和储存以及CO₂捕获和利用器件的潜在候选者。然而,目前Me-CO₂电池面临如倍率性能差、高极化率、CO₂转换效率低、循环寿命短等一系列的挑战。为了便于了解Me-CO₂电池的最新研究并促进其发展,本文系统地总结、比较和讨论了基于金属(锂、钠、铝、锌、钾)阳极的Me-CO₂电池的发展,包括电池放电/充电机制、阴极材料/电催化剂、电解质、金属电极等,着重阐明了电极和电解质等功能材料对电极反应稳定性和速率的影响,展望了合理构建电池材料的前景和方向,为Me-CO₂电池的发展提供指导。

含油污水的随意排放对海洋、沿海周边环境以及人类健康造成了严重的影响。传统的油水分离方法易造成环境二次污染,同时也是对有限资源的一种损耗。因此,如何高效环保地解决含油污水问题具有重要意义。物理过滤/吸附法被认为是一种高效环保的分离方法,基于仿生学原理,许多可用于物理选择性分离的超亲油疏水和超亲水疏油材料被制备出来。超亲油疏水材料易被油污染,重复利用率低;相比之下,超亲水疏油材料具有自清洁性且重复利用率高,在油水分离方面具有广阔的应用前景。根据基底材料的选择不同,本文综述了金属基以及高分子基超亲水疏油材料的研究现状,总结了其优缺点,并对今后超亲水疏油材料的研究方向和重点进行了展望。