金属有机骨架材料(MOFs)是由有机配体与金属离子(簇)配位而成的有序杂化多孔框架晶体材料,具有比表面积高、密度低、孔结构可调、配体可设计及易修饰等特性,已广泛应用于分离、催化、传感和药物递送等研究领域。MOFs本身以粉体形式存在,在实际应用中不易于加工处理和回收再利用,甚至会导致粉体污染。因此对MOFs粉末进行复合成型,制备成复合颗粒或者膜材料,有利于推进其工业应用。本文按照MOFs制备和成型的先后顺序,对MOFs复合微珠、薄膜和混合基质膜成型体的制备方法进行综述,对推进MOFs成型体的大规模制备以及开发新的MOFs成型方法提供技术参考。

金属配位聚氨酯(Metal coordination polyurethanes,MCP)是一维配体聚氨酯(Polyurethanes,PU)阵列通过与零维配位中心金属离子或离子簇的配位作用,形成的一维、二维或三维结构的金属有机组装体。这些金属有机组装体既保留有机高分子PU的特征,又兼备无机金属的性能,因而受到国内外研究人员的广泛关注。由于金属与高分子互动产生的超结构凝聚态,可进一步赋予MCP自修复、记忆、抗菌和荧光等特殊功能,从而成为近年来的研究热点之一,但尚未有关于MCP的专题报道。本文从分子组成结构探究PU与金属(碱土金属、过渡金属、稀土金属和其他金属)相互作用的途径与方法,阐述其微观结构与宏观性能的关联,并对MCP功能材料的发展和应用做出展望。

二甲苯是一种有毒挥发性有机化合物(Volatile organic compounds, VOCs),也是常见的工业污染物之一。催化氧化法可将二甲苯分解成CO₂和H₂O,有效防止有害气体排放到大气中。催化氧化法脱除二甲苯的关键是催化剂的低温活性和反应稳定性。本文从催化剂的制备方法、构效关系、活性组分之间及其与载体相互作用机制对催化性能的影响等方面,介绍了负载型贵金属催化剂、非贵金属氧化物和钙钛矿型氧化物催化剂用于二甲苯低温氧化的研究进展;比较分析了不同催化剂类型对二甲苯及其他种类VOCs的催化效果的偏向性;介绍了含二甲苯的混合VOCs的研究状况,并对未来催化剂研究的有关问题提出了建议。

氢能是一种高效清洁的二次能源,在实现“碳中和”目标中起重要作用。随着制氢规模不断扩大、制氢成本不断降低,氢能将有望与电能共同成为二次能源主体,通过氢电互补推动我国能源结构转型、降低碳排放、保障我国能源安全。目前,我国已成为世界第一大产氢国,主要有三类工业制氢路线:化石燃料重整制氢、工业副产氢和清洁能源电解水制氢。依托清洁能源发展起来的其他制氢新技术,如太阳能光解水制氢、生物质制氢、核能制氢等也受到广泛研究和关注。此外,制氢系统组成复杂,建模和优化难度高,人工智能在制氢系统的预测、评估和优化方面表现出独特的优势,受到国际学者的关注。本文结合最新研究进展,对上述制氢路线的发展情况进行了综述,并通过技术成熟度、经济性和环保性比较,结合国情对我国未来氢气供应结构做出展望。同时,本文综述了人工智能在制氢系统中的最新应用进展,以期为我国制氢工艺发展提供新思路。

甲醛作为室内空气中的主要污染物,具有来源广泛、释放周期长和致癌等特点。二氧化锰因其较高的低温催化活性和低毒廉价优势,被应用于甲醛的催化分解。本文从二氧化锰负载贵金属、二氧化锰结构调控、二氧化锰与其他非贵金属材料复合三方面,综述了二氧化锰催化分解甲醛的研究进展,探讨分析了负载贵金属、晶型与形貌、层间/隧道内阳离子、表面缺陷、原子掺杂以及与其他材料复合等结构调控策略对二氧化锰催化分解甲醛性能的影响,并总结了贵金属与非贵金属催化分解甲醛机理的区别。最后,分析了现阶段室内甲醛净化面临的问题和挑战,展望了二氧化锰催化分解甲醛的主要研究方向和发展趋势。

肿瘤的缺氧微环境与其增殖、分化、血管生成、能量代谢、耐药性的发生以及患者预后状况密切相关。缺氧诱导因子1(Hypoxia-inducible factor 1, HIF-1)是细胞适应缺氧环境的重要转录因子和调控蛋白,通过调控下游靶基因如EPO、VEGF、GLUT等的表达,促进血管新生及有氧糖酵解以适应缺氧的环境,进而影响肿瘤细胞代谢、血管生成和肿瘤转移等。因此,开发以HIF-1为靶标的小分子抑制剂药物有望成为一种有效的肿瘤治疗方法。本文就HIF-1小分子抑制剂在肿瘤学研究中的进展进行综述,旨在为靶向HIF-1抗肿瘤药物的研发提供新思路。

锂电池目前在人们生活中已经得到广泛应用,但是传统的液体电解质沸点低且易泄漏,容易引起锂枝晶生长和安全问题。凝胶聚合物电解质(GPEs)的状态介于液态电解质和固态电解质之间,不仅可以作为电解质,还可以作为隔膜,这样可以减少液体电解质的泄漏以及改善固体电解质的界面电阻。本文综述了锂电池中制备不同类型的GPEs的方法,如溶液浇铸法、相转化法、原位聚合法、UV(紫外)固化法和静电纺丝法等,重点总结了不同纤维基的GPEs(聚(偏二氟乙烯)(PVDF)、聚(偏二氟乙烯-共六氟丙烯)(PVDF- HFP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)和聚间亚苯基间苯二甲酰胺(PMIA))在锂电池中的运用,并通过对不同基质的改性来改善电解质的离子电导率,阻碍锂枝晶的生长。最后,本文对锂电池中GPEs的未来发展前景进行了展望,讨论和提出的策略将为今后高性能锂电池的实际应用提供更多的途径。

MOF-74具有高密度裸露的金属位点、可调的一维孔道及高热稳定性等优点,引起了科研工作者的广泛关注与深入探索。本综述主要从以下三个方面对MOF-74的发展状况进行概括:(1)着重介绍了MOF-74及其异构体的结构及组装方法(溶剂热法、常温法、微波辅助法、干凝胶法等),此外还讨论了反应溶剂、辅助配体、调节剂等因素对目标化合物的影响;(2)考虑到复合材料之间的协同作用,还对MOF-74基复合材料的发展现状进行概括,包括材料的构筑类型及典型的合成方法;(3)进一步讨论了MOF-74具有的特殊属性如孔道性、路易斯酸碱位点、结构稳定性以及复合材料的协同性能,以及MOF-74基材料在催化、分离、检测、吸附、能量储存等各个领域广泛的应用前景。最后还对新型MOF-74异构体材料的构建提出了合理的想法。

纸基生物传感器由于其具有成本低、操作方便、生物可降解、识别元件用量低等优点,近年来受到了广泛的关注。其中,以功能核酸作为识别元件的纸基荧光生物传感器具有较高的灵敏度、瞬时响应以及实时检测等特性,在便携式传感设备方面展现出巨大的潜力。此外,将核酸作为识别元件的纸基无细胞蛋白合成平台,通过条件合成的报告荧光蛋白可实现对病毒、重金属等目标物的特异性检测,具有良好的应用前景。首先,本文介绍了基于核酸的纸基荧光生物传感器的设计,特别是基于核酸的识别元件与纸基材料的结合方式。其次,总结了基于核酸的纸基荧光生物传感器在临床诊断、食品安全检测、环境污染物检测等不同领域的最新研究进展,讨论了其优势与局限性。最后,探讨了基于核酸的纸基荧光生物传感器的发展方向与应用前景,以期为相关领域的研究提供参考。

质谱是一种广泛应用于化学、生物医学、药学、环境、农业和能源等各领域的分子结构鉴定技术,这种技术通过准确测定分子离子和碎片离子的质量-电荷比来推导分子结构。如何将试样中待测组分有效气化、离子化,转变为具有不同质-荷比的气态离子是质谱仪器和分析方法研究的关键。基于不同物理化学原理的电离、解离方法各有特点,适合不同分析目的。常见的软电离技术一般产生稳定的偶电子离子,往往需要与其他技术联用才能实现分子离子的进一步解离。除了基于碰撞活化和电子得失的两类常见解离方法,光解离技术利用波长/能量可调控的光辐射来使样品分子电离,并引发特定化学键断裂。本文旨在综述不同电离/解离技术,重点探讨近年来发展的红外和紫外光电离/解离技术基本工作原理、仪器特点及其在生物分子(包括有机小分子、蛋白质、核酸和多糖等)结构鉴定中的应用。

随着社会经济的高速发展,能源的短缺和生态的破坏引起了人们的关注。近年来,寻找合适的解决方案已成为关注的重点。作为一种绿色环保技术,光催化由于其高效、低成本等优点而成为能源和环境问题的研究热点。在许多光催化材料中,三元硫化物硫化铟锌(ZnIn₂S₄)由于具有可见光响应特性、简单的制备方法和出色的稳定性而表现出巨大的潜力。然而,较高的载流子复合率限制了其光催化性能。近年来,许多研究报道了改性ZnIn₂S₄以提高其光催化性能,在此,本文详细介绍了各种改性研究,包括ZnIn₂S₄单体的合成、半导体化合物的结构、贵金属沉积、碳元素改性、离子掺杂。然后,系统完整地总结了ZnIn₂S₄在光催化、降解有机污染物、去除六价铬、还原CO₂和有机合成等方面表现出的光催化特性和机理。最后,对ZnIn₂S₄的发展前景提出了展望,以期ZnIn₂S₄光催化剂得到更广泛和深入的研究,尽快在实际生产中得到应用。

室温气敏材料能耗低、稳定性好、安全性高,并且有助于简化传感器的器件结构,具有很好的实际应用前景。开发具有优异室温传感性能的气敏材料成为近年来传感领域的研究热点。金属氧化物半导体材料来源广泛、环境友好、结构调控灵活,在室温气体传感性能方面取得一定的进展。本文介绍了金属氧化物气敏材料的发展历程及气体传感机理,详述了各种具有室温气敏性能的金属氧化物纳米结构,重点讨论构建金属氧化物室温传感性能的有效策略和传感机制,并对室温传感材料的未来发展进行了展望。

超疏水材料由于其独特的非浸润性引起人们的广泛关注,近年来得到迅猛发展,各种适用于不同领域的功能性超疏水表面应运而生。其中,透明超疏水材料因其在光学领域的特殊贡献受到人们的青睐。透明疏水涂层技术对于实际应用具有重要的意义,透明涂层不仅可以满足光学器件防护的高透光率,还可以维持防护本体的基本外观,在自清洁、防污、防冰防雾、防腐蚀等领域都展示出广阔的应用前景。本文系统地阐述了超疏水表面以及其中功能性的透明超疏水表面的最新进展、表面的设计、制造和重要应用。尽管已经取得了重大进展,但是目前超疏水材料在耐久性方面还存在诸多问题,例如,容易被机械外力破坏、极端环境下表面的超疏水性质不稳定以及老化等问题,限制了透明疏水涂层技术的大范围应用。在未来的研究中,一方面继续丰富相关的理论知识,为透明疏水涂层技术的应用提供更多的理论支持,另一方面,提高涂层的透明度和机械耐久性能仍是未来研究的重中之重。

海洋中的贻贝依靠丝足(Byssus)与足盘(Plaque)可以在潮湿及水下环境中快速而牢固地黏附于各种固体表面。贻贝强健的足部具有沟渠状的生理结构,通过类似于“注塑生产”的生理过程,它们可以生成丝足与足盘。贻贝将液态的蛋白质挤压到沟渠里,只需几秒钟时间,这些蛋白质就能形成一条条发丝一样纤细的丝足。每条丝足的末端都有一个黏性足盘,足盘可以牢牢地黏附在岩石及固体表面。丝足及足盘由多种黏附蛋白(Mfps)组成,且几乎每种黏附蛋白都含有L-3,4-二羟基苯丙氨酸(DOPA)成分。在过去的数十年间,科研人员基本揭示了贻贝黏附蛋白的结构及其黏附机理。DOPA的儿茶酚基团,通过氧化交联、金属螯合、氢键、静电作用、疏水作用、π-π作用、阳离子-π作用等各种共价和非共价相互作用,实现强大的界面黏接。基于贻贝黏附蛋白的结构及其黏附机理,通过使用DOPA及其类似物修饰的聚合物体系,人们得到了多种具有优秀机械性能和功能化的新型仿生多巴类水下胶黏剂。本综述首先介绍了贻贝黏附蛋白的组成特点及其黏附机理;随后分别介绍了凝聚层类胶黏剂、水凝胶类胶黏剂、智能型水下胶黏剂的结构特点及黏附机理;最后讨论了目前仿生水下胶黏剂存在的问题及未来发展前景。

氢能是21世纪最理想的清洁能源之一。相比于天然气和煤炭制氢,电解水制氢具有成本低、效率高、无污染、原料丰富的特点,可以有效缓解CO₂过量排放导致的温室效应。电催化析氢需要活性高、稳定性好、廉价易得的催化剂克服反应能垒并加速动力学过程,对实现分解水制氢的规模化应用具有重要的推动作用。铂基催化剂被公认为性能最优异的析氢电催化剂之一,但由于丰度低、成本高,不适用于大规模产氢。二硫化钼(MoS₂)作为典型的二维材料之一,因其高活性位点暴露和高比表面积在析氢领域展现出一定的应用潜能,并有望取代铂基催化剂。本文基于MoS₂电催化剂在析氢领域的研究现状,对单原子掺杂改性MoS₂以提高其催化活性的研究进行了综述,以析氢过电位(Overpotential)及塔菲尔(Tafel)曲线斜率为依据,总结了贵金属单原子、非贵金属单原子及非金属单原子改性MoS₂催化剂的结构与性能以及它们之间的构效关系,在此基础上,提出MoS₂析氢催化剂目前存在的科学问题并指出了未来的努力方向。

光催化技术因其节能、高效、无二次污染等特点,在低浓度一氧化氮(NO)污染治理方面展现出了巨大潜力。在众多半导体材料中,碘氧化铋(BiOI)光催化剂具有窄带隙和独特的层状结构,有利于可见光吸收和电子空穴对分离,展现出了良好的光催化活性和稳定性,近十几年来备受关注。本文综述了BiOI半导体材料光催化净化NO的最新研究进展,阐述了BiOI晶体形貌与晶面调控对其光催化性能的影响;重点介绍了各类改性方法如表面修饰、离子掺杂、异质结构筑等对BiOI光催化活性的提升机制,并提出了该研究方向所面临的挑战与应用前景,旨在为设计高活性BiOI基光催化材料以及高效处理低浓度NO污染提供理论借鉴与技术支撑。