有机磷神经毒剂是一类具有极大杀伤力的化学毒剂,这类有机磷酸盐通过破坏人体内的神经递质乙酰胆碱酯酶麻痹人的中枢神经,很小的剂量就可致人死亡,因此对有机磷神经毒剂进行快速简便地检测具有重要意义。荧光化学传感具有灵敏度高、选择性好和响应时间短等优点,近些年来应用荧光传感方法对有机磷神经毒剂及其模拟物的检测越来越受到研究人员的关注。本篇综述对荧光传感的原理做了简要介绍,综述了近年来国内外研究者开发的各种用于有机磷神经毒剂及其模拟物检测的荧光新材料与新方法,并对荧光传感方法应用于有机磷神经毒剂检测的未来进行了展望。

光动力治疗因其无创、可控和不易产生耐药性等显著优点,成为一种新型的肿瘤靶向治疗模式。光敏化过程涉及光敏剂对氧分子的光激活反应,然而实体肿瘤的乏氧环境严重限制了传统有机光敏剂的疗效。金属铱配合物具有良好的光物理和光化学性质,是理想的新一代光敏剂,近些年,铱光敏剂被发现可以应用于乏氧肿瘤的光动力治疗。本文总结了近些年金属铱配合物应用于乏氧肿瘤光动力治疗的研究;同时介绍了基于铱配合物的乏氧纳米复合体系的构建和乏氧肿瘤的光动力治疗研究,为开发新型高效的乏氧肿瘤治疗光敏剂及其载体提供参考。

病原菌污染给人类的健康带来极大的安全隐患,对病原菌快速、准确和灵敏的检测是减少污染的重要手段。传统检测病原菌的方法存在耗时长和操作繁琐等缺点。荧光纳米材料具有荧光强度高、稳定性好以及良好的生物相容性等优势,为应用其构造传感器用于病原菌检测提供了新的研究途径。本文对近年来常见荧光纳米材料,包括半导体量子点、金属纳米簇、碳纳米材料、上转换纳米粒子和荧光硅纳米颗粒,在病原菌检测方面的应用进行了概述,着重将不同类别荧光纳米材料的光学性质和检测机理进行了分析和比较。纳米材料的生物修饰是实现病原菌特异性识别的重要环节,本文对抗体、适配体、噬菌体和抗生素等病原菌识别方式的特点及其与纳米材料的连接方式进行了介绍。最后对不同荧光纳米材料在检测病原菌中具有的优势和局限性进行了总结,并对其在未来的应用与研究重点进行了展望。

甲醛不仅用作工业化学品,也是调节人体生理活动的必要代谢产物。但是,人体从外环境过量的摄入甲醛或者内环境甲醛代谢的不平衡,会造成器官癌变和老年痴呆等重大疾病。有机小分子荧光探针以其高灵敏度、高选择性、可视化和原位检测等特点,使其在生物体内外甲醛检测和生物成像领域具有应用优势,同时也为实际产品中甲醛的痕量检测提供一种新方法。近五年来,甲醛荧光探针得到了快速的发展。本文主要从甲醛荧光探针的反应类型、生物体中甲醛的荧光成像以及在实际样品(商品)检测应用三个方面,介绍有机小分子荧光探针对甲醛的识别和应用。最后总结指出,不同类型的有机小分子荧光探针在不断开发、结构优化和光学性能提升及满足辅助生物医学方向长期性研究的同时,也能拓展应用范围,达到短期内对实际产品中甲醛快速(原位)检测的目的。

碳化硅气凝胶具有高温稳定性、低热膨胀系数、良好的抗热震性以及抗氧化和耐腐蚀等优异的性质,在高温和高腐蚀性环境下的隔热、电磁吸波、过滤和吸附等领域具有较大的应用潜力。然而,块状碳化硅气凝胶的可控制备一直是一项较大的挑战。本文综述了块状碳化硅气凝胶在制备工艺和应用两个方面的研究进展,首先分析总结了各种制备工艺及其优缺点,包括有机/SiO₂复合气凝胶碳热还原法、预陶瓷化聚合物裂解法、化学气相沉积法、高温气相渗硅法和碳化硅纳米线组装法;然后,详细介绍了碳化硅气凝胶在高温隔热和电磁吸波两个领域的应用研究进展;最后,展望了碳化硅气凝胶未来的若干发展方向。

超疏水材料以其独特的润湿性在日常生活和工业领域都展示出广阔的应用前景,但其表面的微纳米结构和低表面能物质易受到机械摩擦或化学侵蚀而失去超疏水性。当前诸多报道都采用微纳结构设计和表面优化来延长超疏水材料的耐久性,以期提升其商业价值。本文先从表面浸润模型出发,包括经典理论、亚稳态理论和接触线理论,梳理了超疏水理论模型的发展脉络,阐明这些理论在超疏水耐久性设计上发挥的关键指导作用。接着对微纳米结构设计、胶黏+涂装、铠装防护、自修复和气膜修补等延长超疏水耐久性的制备策略进行了总结,并对不同制备策略各自的优势和局限性进行简要评述。本综述还从机械稳定性和化学稳定性两方面汇总了超疏水耐久性的快速评价手段,讨论了提升超疏水表面耐久性所遇到的问题,并展望了超疏水材料的发展前景,以期助力长效超疏水材料的研发和应用。

超分子凝胶是由有机分子在非共价键作用力驱动下自组装形成的一种具有液态和固态双重性质的软物质。超分子凝胶能对多种外界刺激做出响应,广泛应用于催化和传感等领域。与传统的小分子探针相比,超分子凝胶传感器显示出了多种检测模式和多信号输出的优点,如超分子凝胶材料的内部三维网络结构和较大的接触面积有利于分析物的快速渗透,并且其凝胶状态的变化可以作为检测过程中的输出信号。此外,干凝胶薄膜材料还具有三维网络结构,在检测气体分析物方面表现出优异的检测性能。本文重点介绍了超分子凝胶在气态酸和有机胺检测中的应用以及相关超分子凝胶的设计和检测机理,为构建用于气态酸和有机胺检测的新型超分子凝胶提供了参考。最后总结了超分子凝胶在气态酸和有机胺检测中存在的问题及应用前景。

手性和手性物质的重要性已不言而喻,手性药物的开发也已成为主要发展趋势,但目前仍有部分手性药物以消旋体的形式出售和使用。如何合理、有效地使用这些消旋体药物,一直是值得深入研究的课题。对映体选择性释放将手性拆分和控释两个概念结合于一体,有望为消旋体药物的使用提供新的途径。基于本课题组的研究,本文综述了近年来对映体选择性释放研究领域所取得的主要进展。为便于讨论,本文根据构成药物控释载体的手性分子或结构(手性因素),将手性药物释放体系分为有机材料(水凝胶和粒子等)、无机材料和分子印迹材料等控释体系。关于对映体选择性释放以及释放过程中的对映选择性作用的研究,可进一步提升我们对于手性、手性物质和手性作用的认识。

电解水析氢过程中的能量消耗及析氢效率有很多影响因素,其中,电荷转移电阻和催化剂表面气泡覆盖率是最为重要的两个因素。研究发现,在电解水析氢过程中利用外场进行强化,可以有效减小电荷转移电阻和催化剂表面气泡覆盖率,如温度场能为反应过程中电荷的转移注入能量,从而降低电荷转移电阻,降低过电位;而电场能直接调整催化剂电子结构或诱导电解液离子重新分布,从而促进界面电荷转移;光场则可以诱导水分子极化,增大剩余电场,同时拉伸水分子中氢键,有利于水分解产生氢气和氧气。因此,在电解池中引入温度场、磁场、超声场、电场、超重力场和光场等外场也是降低能耗、提高析氢效率的有效策略。近年来,关于外场强化电解水的研究工作虽有报道,但研究偏少且未见系统性的归纳总结。本文即综述了近年来在电解水析氢过程中利用外场强化的研究进展。介绍各种外场强化电解水析氢的基本原理,同时通过实验案例分析各外场手段的效果,并总结外场强化电解水析氢面临的挑战及发展方向。

为应对能源短缺和气候变化的挑战,调整以化石能源为主的传统能源框架,形成以可再生能源为基础的新型能源结构是我国能源结构升级的必然之路。氢能以其能量密度高、热值大、资源丰富、无污染等优点备受关注。LiBH₄作为最有希望的车载固体储氢能源载体之一已有多年研究,但该材料当前仍无法满足工业应用需求。本文围绕LiBH₄放/充氢反应稳定的热力学与缓慢的动力学的调控,讨论了当前各种主流工艺及其最新研究成果,包括机械球磨激活、纳米限域、催化剂掺杂改性、离子替代、反应物失稳和高能球磨结合气溶胶喷涂(BMAS)新工艺,旨在为其推广应用提供参考和解决方案。值得注意的是,BMAS有能力帮助LiBH₄ + MgH₂复合物等热力学有利体系克服其动力学障碍,并在较低温度下提供促进释放氢气的热力学驱动力。

可移动电子设备、电动汽车及站式储能的蓬勃发展对具有高能量密度和长循环寿命的储能体系的开发提出了迫切需求。锂硫电池由于活性物质硫成本低廉并具有高理论能量密度(2600 Wh·kg^-1),成为最具希望的下一代可充电电池。但是,硫及其放电产物导电性差以及多硫化物溶解穿梭导致的一系列严重问题制约了锂硫电池的实际应用。碳基材料通常被用作硫载体以改善正极的导电性,然而,非极性碳材料与极性多硫化物的相互作用较弱,对于多硫化物仅起到有限的物理吸附和阻挡作用,穿梭效应所导致的电池容量严重衰减问题难以得到有效改善。通过杂原子如N、S、Co、B等的掺杂可在碳材料上引入极性或化学吸附位点,大大增强了碳材料对于多硫化物的吸附能力,有效改善了电池的循环稳定性,并且由于掺杂改变了碳材料的电子结构,甚至可以提升碳材料的电子导电性,从而提高了活性物质的利用率。本文对锂硫电池中多孔碳、碳纳米管以及石墨烯等碳基材料常用的元素掺杂进行了介绍,其中包括单元素掺杂、双元素掺杂和多元素掺杂,分析了不同掺杂元素对碳基材料性能的影响,并对元素掺杂碳基材料在锂硫电池中的发展前景进行了展望。

全无机铯铅卤钙钛矿纳米晶具有荧光量子产率高、色纯度高、色域广等优异的光电性质,在发光二极管、太阳能电池和生物标记等领域具有广阔的应用前景。但由于其离子特性所导致该纳米晶的稳定性较差,严重阻碍了进一步推广应用。尽管已发展出许多提高稳定性的策略,如离子掺杂、表面钝化和表面包覆,但暴露于空气、水和极性溶剂等情况下如何保持钙钛矿纳米晶的稳定性仍然是目前亟待解决的重要问题。此外,钙钛矿纳米晶中的阴离子交换现象也限制了其在多色发光显示领域的应用。通过表面包覆可以有效提高钙钛矿纳米晶的稳定性,同时限制了纳米晶中的阴离子交换,因此近年来成为了科研工作者研究的热点。本文总结了造成钙钛矿纳米晶不稳定的原因,详细介绍了铅卤钙钛矿包覆工艺的研究进展及其在照明显示领域的应用,最后分析了全无机铯铅卤钙钛矿纳米晶发展过程中面临的挑战,并对未来的研究方向进行展望。

重金属作为大气颗粒物中重要有毒组分之一,其总量和存在形态与颗粒物重金属的健康风险密切相关。因此,颗粒物重金属形态分析对深入研究大气污染健康效应具有非常重要的意义。本文从以下四个方面对近年来国内外相关研究进行了归纳总结:(1)模拟体液、BCR、Tessier、Chester等逐级顺序提取方法被广泛用于重金属操作定义形态分析;(2)色谱-质谱联用技术和新型功能化材料用于重金属形态选择分析以及X射线吸收精细结构谱(XAFS)原位形态表征技术可以获取重金属价态、化合态、原子簇结构信息;(3)重金属形态粒径分布特征复杂,受多种因素影响,倾向于富集在细颗粒物中;(4)重金属形态时空分布具有很强的区域性,社会发展、工业来源、气候条件是主要影响因素,夏冬季节和雾霾天气危害性较大。

随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快,自然水体中的有机污染问题愈加严重。基于自由基反应的高级氧化技术(AOPs)可以高效去除水环境中残留的难生物降解的有机污染物,在催化剂的作用下,高级氧化过程方能有效生成强氧化性的自由基来降解有机污染物。尖晶石型铁氧体(MFe₂O₄(M=Zn, Ni, Co, Cu, Mn))被广泛用作高级氧化过程中驱动自由基生成的催化剂,同时强磁性及高稳定性保证其容易在外加磁场的作用下实现回收和再利用。本文主要综述了基于尖晶石型铁氧体的非均相类芬顿技术、光催化技术及过硫酸盐高级氧化技术在有机废水处理方面的研究进展,着重介绍了不同铁氧体磁性纳米材料在上述3种高级氧化技术中催化降解水体中有机污染物的作用机制以及催化性能增强的途径;最后指出尖晶石型铁氧体在高级氧化技术应用中存在的一些问题,并对其后续研究方向进行展望。

采用硫单质作正极和金属锂为负极组成的锂硫(Li-S)电池具有很高的理论比能量(2600 Wh·kg^-1),被认为是一种具有广泛应用前景的二次电池。其中,正极硫具有高的理论比容量(1675 mAh·g^-1),储量丰富且环境友好。然而,硫较差的导电性、多硫化物的穿梭效应和锂枝晶生长等导致了Li-S电池在循环过程中容量衰减快、库仑效率低和安全隐患等问题,严重阻碍了其大规模应用。通过隔膜修饰提高Li-S电池的性能是一种有效的方法,近年来取得了很大进展。碳材料是较常见的一种隔膜修饰材料,本文综述了近年来常见碳材料及碳基复合材料用于修饰Li-S电池隔膜进而改善电池性能方面的研究进展,重点介绍了修饰层的设计及提升Li-S电池容量的机理。