癌症是世界上第二大死亡原因,其每年的发病率都很高。尽管现有的治疗方法在过去十年中取得了重大进展。但是由于现有多数抗肿瘤药物具有非特异性细胞毒性、生物相容性差和生物利用度低等缺点,导致化疗等方法的治疗效果较差。外泌体是由多种细胞分泌的囊泡,具有磷脂双层结构和纳米颗粒大小。它具有良好的生物相容性、高稳定性和良好的靶向性。在癌症治疗中,外泌体作为一种潜在有效的药物递送系统已经引起越来越多的关注。本文综述了外泌体作为靶向肿瘤药物载体的设计策略,并试图为基于外泌体的纳米载体在各种肿瘤治疗中的应用提供新的见解。

发光液晶高分子结合了液晶高分子的有序性、稳定性、力学性能和发光分子的发光特性,有着广阔的应用前景。为了获得高效的发光液晶高分子,不同结构的发光液晶高分子被成功地设计与合成,包括主链型、侧链型、“甲壳”型发光液晶高分子、发光液晶高分子网络等。同时,分子结构、液晶相结构与光物理性质的关系也得到了相应的深入研究。本文总结了发光液晶高分子的最新研究进展,详细介绍了不同类型发光液晶高分子的分子结构设计合成、结构与性能、相关应用,并对其发展前景进行了展望。

吸湿性是气溶胶重要的物理化学特性,不仅会影响气溶胶的生命周期和大气行为,还会对大气环境、气候和人体健康产生重要影响。本文简要介绍了气溶胶吸湿参数和热力学模型,对粒径、化学组分以及多组分共存等因素对气溶胶吸湿性的影响进行分析,进一步总结了城市、农村森林和海洋极地等不同区域气溶胶吸湿观测结果。吸湿增长因子g(RH)、散射吸湿增长因子f(RH)和吸湿性参数κ等常用吸湿参数可以衡量气溶胶的吸湿能力;Zdanovskii-Stokes-Robinson(ZSR)混合定律和各种热力学模型能预测不同化学成分气溶胶的吸湿能力,是研究多组分混合气溶胶和气相平衡的重要工具。粒径、化学组分和混合状态影响气溶胶的吸湿性,如气溶胶g(RH)、潮解点或风化点的改变。由于排放源和环境条件的不同,城市、农村、森林、海洋、极地地区气溶胶粒径分布、化学组分和混合状态具有差异,气溶胶吸湿性不同。气溶胶吸湿性直接影响气溶胶含水量和相态,改变气溶胶的大气化学过程、老化过程和大气寿命,还影响环境能见度、辐射效应和在人体内的沉积位置和毒性。通过总结吸湿参数、理论模型、实验室研究、外场观测和环境影响等多方面的最新研究成果,以期为未来的吸湿研究提供参考和借鉴。

荧光探针由于其灵敏度高、选择性好等优势已经成为研究复杂生物系统的有力工具。和单光子荧光探针相比,双光子荧光探针由于其激发光源较大的穿透深度、低的组织自发荧光干扰以及较好的空间选择性在生物传感中发挥着不可替代的重要作用。在本篇综述中,我们从双光子荧光探针的设计原理出发,系统全面地介绍了双光子荧光探针在金属离子、细胞微环境、活性物质(包含活性氧、活性氮、活性硫)、酶和亚细胞器(线粒体、溶酶体)等检测中的应用研究。在此之后,展望了有机双光子荧光探针在开发和应用方面尚待科学界解决的关键机遇和挑战。

定向运动是生命体最基本的功能,是其进化、生存和繁衍的前提。近年来为了研究生命体的运动机制,许多人工系统被相继开发并用于模拟部分生命体的运动行为。在诸多人工仿生系统里,自振荡凝胶由于同时具有内部驱动产生动能、运动定向性、无缆化和环境自适应等性能而备受瞩目。本文介绍了自振荡凝胶仿生运动的化学-机械能转换的理论根源并综述了仿生运动模式研究近期的进展,在此基础上展望了自振荡凝胶运动研究面临的机遇、挑战和未来发展方向。

DNA,由于其精确的碱基互补配对、良好的生物相容性、稳定的物理化学性质,不仅可用于组装各种形状和尺寸的纳米结构,而且可以设计动态的纳米器件。为了进一步拓展DNA的应用,可通过化学修饰引入功能分子或基团,从而实现二者功能的集成。目前,DNA与高分子、树状分子、多肽和蛋白等共价有机杂化体的合成、组装及在药物运输和控释等领域的应用已研究得比较成熟,而结构和功能多样的小分子与DNA共价杂化体,由于疏水小分子体积小,其组装受到限制,近年来科研者通过结构衍生或增多芳香环等研究其组装行为及应用。本文主要综述了疏水小分子共价连接DNA后的组装行为及其在生物医药领域的潜在应用,并对这类杂化体纳米材料的研究前景进行了展望。

全球超过一亿人受到高毒性、难处理的砷污染引发的饮用水安全的威胁,解决砷污染问题迫在眉睫而又任重道远。纳米零价铁(nZVI)能高效去除重(类)金属、硝酸盐、磷酸盐、高氯酸盐、卤代物、多环芳烃、偶氮染料和苯酚等污染物,成为广泛应用的工程纳米材料之一,在全球已有近60例的环境原位修复和废水处理工程案例。其独特的纳米级核壳结构和表面性质使其能够通过吸附、还原和沉淀等多种作用高效去砷。本文综述了近年来nZVI及其改性材料去除水中砷的研究进展,探讨了nZVI去除水中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的反应机理,归纳了不同反应条件(初始pH值、反应时间、nZVI投加量、砷初始浓度、共存离子和有机质)对去除效果的影响,总结了nZVI改性材料(多孔材料负载改性nZVI、金属掺杂改性nZVI、表面稳定剂改性nZVI和绿色合成nZVI)对砷的去除效率,展望了纳米零价铁去除砷的发展方向和所面临的挑战。

钠元素在地壳中的丰度是锂元素的1000倍,资源丰富,价格低廉。同时,钠离子电池负极可采用廉价的铝箔替代铜箔,且低温特性更加优异,在能量型、备用型储能场景均具有较好应用前景,因而钠离子电池被认为是下一代大规模储能技术的理想选择之一。然而,相对锂离子而言,钠离子较大的离子半径和质量极大限制了其在电极材料中的可逆脱嵌,导致电池的工作电压和能量密度相对较低。在钠离子电池材料体系中,正极材料的研究尤为需要长足的进步。本文对现有的典型钠离子电池正极材料进行了综述,包括层状金属氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类化合物,并重点分析了掺杂对钠离子电池正极材料性能的影响。通过元素掺杂可提高材料的循环可逆性、增加其可逆容量、提升钠离子扩散动力学性能,能够在一定程度上改变晶格的性质,增强晶格稳定性、电子导电性、钠离子嵌脱动力学性能等。本文总结了掺杂应用在现有材料中获得的成果,并对正极材料未来的研究方向以及发展前景提出了展望。

砷锑污染在全球领域广泛存在,与常规的铁氧化物相比,微生物铁氧化生成的含Fe(Ⅲ)矿物对水中砷/锑(As/Sb)具有更强的吸附能力,并因其高效、实用和环境友好而具有广阔的应用前景,但微生物铁还原也可能导致被吸附的As/Sb再次释放。本文综述了微生物铁氧化还原作用对As/Sb去除影响的研究进展,归纳了铁矿物“合成-溶解-转化”的微生物循环过程以及该循环伴随的水中As/Sb固定、溶解与转化机理,整合了微生物合成Fe(Ⅲ)矿物的矿物学性质、对As/Sb固定的热动力学规律和络合机制,总结了微生物合成Fe(Ⅲ)矿物对As/Sb去除的影响因素,基于该研究的现存问题展望了利用微生物铁氧化还原作用去除As/Sb的发展方向。

新冠肺炎疫情的爆发使人们对即时检测(POCT)的需求不断增加,而智能手机作为目前人类最离不开的工具,在POCT中具有巨大的应用潜力。基于智能手机的POCT有以下独特的优点:(1)操作简单,不需要专业培训;(2)无需长时间等待,可以及时获得测试结果;(3)制作成本低,有利于在资源有限地区使用。因此,基于智能手机的POCT正迅速成为传统实验室检测的潜在替代方法。在这里,我们以POCT所检测的对象(体液、挥发性有机化合物、生命体征)为分类的基础,并结合目前主流的传感策略,包括比色技术、荧光技术、电化学技术、压电传感、热电传感、超声传感、光电传感等,对近三年基于智能手机的传感器在POCT中的应用进行了全面的回顾。我们评估了这些传感器的性能以及发展潜力,此外,还介绍了POCT中使用的新兴技术,如纳米技术、柔性电子器件、微流体技术、生物可降解技术、自供能技术、多路检测等。最后,总结了目前基于智能手机的POCT面临的问题,并对其未来的发展进行了展望。

电化学发光(ECL)兼备电化学和化学发光的特点,灵敏度高、线性范围宽、背景干扰小,得到了广大分析科学研究者的关注;传统的ECL材料虽然发光效率高,但仍存在价格昂贵、负载量低等缺点。g-C₃N₄是一种不含金属的半导体纳米材料,主要以三嗪环或七嗪环为基本结构单元,通过层间的范德华力以及层内的C—N共价键结合,构成类石墨的二维层状结构,具有性质稳定、能带结构独特、生物兼容性好、环保无毒、易于功能化、原料价廉、制备过程简单等优点。自2012年g-C₃N₄首次被发现具备ECL的性能,至今已被广泛应用到ECL中。本文根据ECL的发光机理、传感器的作用效果、传感的信号类型以及不同的检测对象进行了分类,综述了近年来g-C₃N₄在ECL传感器构建中的研究进展,并阐述了g-C₃N₄在ECL发展中存在的挑战和前景。

随着电动汽车及便携式电子产品的迅速发展,对于高能量密度电池体系的需求越来越迫切,然而传统锂离子电池正极材料的能量密度发展逼近理论极限,因此发展下一代电池体系迫在眉睫。硫正极具有理论比容量高、来源广泛和成本低廉等优点,成为研究热点之一。硫正极在常规醚类电解液中为溶解-沉积机制,会产生“穿梭效应”,造成活性物质不可逆损失、电池库仑效率低和循环寿命短等问题。为了缓解“穿梭效应”,通常采用物理限域、化学吸附和反应加速剂等方式,但都没有从根本解决该问题。准固相转化机制可以彻底避免多硫化物溶解流失,受到研究者的广泛关注。本文综述了微孔碳、正极表面SEI膜和电解液调控等途径构建准固相转化机制硫正极的代表性工作,总结了研究意义和电化学特征;针对准固相转化硫正极本征动力学慢的问题,提出加快反应动力学的方案;有助于提高长循环性能,从而促进锂硫电池实用化。

太阳能作为一种绿色可再生能源受到了广泛关注,而杂质去除是从冶金级硅中获得太阳能级硅所需的纯化过程,对硅基太阳能电池的制备至关重要。冶金法制备太阳能级多晶硅新工艺技术由于其能耗低、成本低和污染少等优点,成为研究开发的热点,但如何有效地去除硼是我们面临的最严峻的挑战之一。本文综述了硼的热力学和动力学性质(溶解度、扩散率、扩散系数、传质系数和活度系数)以及近年来除硼的相关课题研究(吹气、炉渣处理、等离子体处理、酸浸和溶剂精炼)。研究发现,溶剂精炼是一种很有前途的获取高纯硅的方法,硅的富集率以及硼的去除率均可达到90%以上,而添加剂能够加强硼化物的形成和析出来改进除硼工艺,且后续几乎可被完全消除,不会对精炼硅造成污染,这将更加有效除硼并增加工艺实用性。最后本文对几种除硼工艺进行了比较分析,并对冶金法的应用前景进行了展望。

随着社会经济的快速发展,能源短缺与环境污染已成为当前人类面临的两大难题。人们一直致力于开发新的清洁可再生替代能源, 其中,太阳能被认为是理想且具有发展潜力的清洁能源。光催化作为一种新型的“绿色技术”,可直接利用太阳能将环境中的有机污染物降解为无害物质,进而有效解决上述问题。然而,要实现这个过程关键在于合理地设计和构筑高性能的光催化剂。铁酸镍(NiFe₂O₄)作为一种磁性材料,兼具快速的磁响应性和良好的光化学稳定性,将其与能带匹配的半导体光催化剂复合,不仅能够获得活性高的光催化剂,而且实现了光催化剂的磁分离, 从而使其在光催化领域展现出极为广阔的应用前景。本文主要综述了近5年来国内外NiFe₂O₄基复合材料的制备和光催化应用方面的最新研究进展, 这将为新型高效磁性复合光催化材料的合成及应用提供新方法和新思路。最后,对NiFe₂O₄基复合光催化材料未来的发展前景做了展望。

作为新颖和独特的大型仪器,同步辐射装置正在越来越多地被应用到大气和环境科学的研究中。本文介绍了基于同步辐射的探测技术的理论原理、关键技术以及近期的主要研究成果。涉及的同步辐射技术包括:常压X射线光电子能谱(APXPS)、近边X射线吸收精细结构(NEXAFS)和扫描透射X射线显微镜(STXM)。本文按实验类型进行了分类,即APXPS实验、流体束实验和STXM实验。主要内容包括:(1)冰表面;(2)盐表面;(3)酸性溶液;(4)有机溶液;(5)盐溶液;(6)臭氧分解;(7)黑碳;(8)冰核;(9)吸湿性;(10)反应机理。同步辐射设施的发展为气溶胶科学和大气异相化学的研究提供了强大的工具。可以预见越来越多的重要大气过程和机制将通过基于同步辐射的研究所揭示,而这也将体现同步辐射装置在大气和环境领域的巨大潜力和价值。

燃料电池属于一种可再生的新能源技术,不经过热机过程,不受卡诺循环限制,通过电极和电解质界面的化学反应直接将燃料的化学能转化为电能,所以能量转化效率高,且没有噪声和污染。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是燃料电池中应用最广泛的一类,但PEMFC仍然存在一些问题,如成本高、功率密度低和催化剂稳定性差等。因此实现质子交换膜燃料电池大规模应用,研究开发高活性和高稳定性的催化剂是重中之重。针对燃料电池催化剂高活性和高稳定性的要求,本文综述了燃料电池催化剂的研究进展和性能改进方法。从活性组分和载体两个角度对提升燃料电池稳定性的方法展开论述。通过减小活性组分颗粒的直径、制备具有特定取向表面的铂颗粒、铂与过渡金属的合金化、载体的改性等方式来改善催化剂的性能。最后提出了燃料电池催化剂未来的发展方向以及在实际应用过程中面临的主要问题。

以清洁可再生电能为驱动力,常温常压下将二氧化碳(CO₂)选择性还原转化生成高附加值化学品或燃料,是解决目前能源和环境问题、实现CO₂资源化利用、促进碳循环回归平衡的有效手段之一。由于生成不同产物的还原电位和反应历程不同,单位产物的生产成本各有差异。最近研究表明,HCOOH是所有电化学CO₂还原产物中最具有经济效益和实用价值的产物之一。本文从电催化还原CO₂制HCOOH生成机理出发,综述了p区金属(如Sn、Bi、In)基催化剂在电催化还原CO₂制HCOOH领域取得的重要研究进展,其中以典型催化剂为例分析了CO₂还原生成HCOOH活性提高策略如氧化物还原转化、形貌调控、掺杂和合金化等,重点探讨了活性位点种类、数量以及催化剂电子结构在关键中间体*CO₂^.-、*OCHO的形成和吸附中的作用,最后总结了目前该领域面临的挑战以及未来发展方向。

碳基材料催化剂因具有良好的催化性能,同时可避免金属催化剂的重金属沥出造成的二次污染问题,常被应用于高级氧化领域。其中,以废弃生物质为原材料热解产生的生物炭,不仅具有催化潜力,还具有低成本和绿色环保等优势,被广泛用于活化过氧化氢、过一硫酸氢盐和过二硫酸盐等过氧化物降解水中有机污染物。本文介绍了生物炭的前体种类和制备方法、阐述了二者对生物炭活化能力的影响,总结了生物炭活化过氧化物的机理,分析了水质对降解污染物的影响,综述了生物炭的改性、循环使用及再生,指出了这一技术存在的问题并对后续研究进行了展望。