近年来,生物组装单元构筑微纳米结构的组装体在生物纳米技术等领域得到了广泛的研究。不同形貌的微纳米组装体可以通过生物分子的自组装这样快速、简便的方法获得。在众多肽基构筑基元中,二苯丙氨酸二肽及其衍生物作为一种生物活性的肽,具有生物兼容性好、容易化学修饰/生物功能化、制备简单等特点,是构筑微纳米结构材料时重要的生物基元之一。通过可控的方法组装,可以得到基于二苯丙氨酸及其衍生物的不同结构的组装体,他们在光学、机械工程、电化学传感检测等方面也具有广阔的应用前景。研究证明通过改变组装条件以及引入外源小分子等方法可以实现调控短肽的分子组装。本文综述了二苯丙氨酸二肽微纳米组装体的可控组装及他们在生物医学、生物传感、光电材料、光波导和催化等方面的应用。

贵金属钯(Pd)基纳米材料是一类具有优异催化活性的电催化材料,其中钯-铜(Pd-Cu)二元材料由于具有低成本和高活性的优点,近年来备受瞩目。铜(Cu)的引入不但降低了Pd的用量,还带来了诸如配体效应、应力效应、聚集体效应等协同作用,这为优化材料的电催化性能带来了多种切入角度。特殊形貌及结构的构建可以使催化剂暴露更多的活性位点,增大电化学活性表面积,提高电催化性能。此外,对Pd-Cu组分的调整或构建复合结构可以实现对d带中心的调控,从而优化电极界面吸附能,最终实现增强活性和改善稳定性的目的。本文总结了具有球形、多面体、核壳、多孔、枝晶状以及单原子等结构的Pd-Cu二元材料的制备方法,并概述了它们在有机小分子(甲醇、乙醇、甲酸等)电氧化、无机小分子(氧、二氧化碳、氮、水等)电还原以及化学镀铜上的应用。最后展望了Pd-Cu电催化剂的发展前景。

随着纳米科学技术的不断发展,通过调节纳米材料的组成、结构、形貌以及尺寸等,已经能够实现对纳米材料性能调控的目的。为了进一步赋予纳米材料以新的功能,拓展其在材料、化学、生物和医学等领域的应用,开发能够同时实现多种功能的新型纳米材料是非常有意义的。多功能纳米材料的获得方法之一是通过对简单纳米粒子表面包覆具有功能性的材料来实现,形成的复合结构称为核壳结构。核壳结构的核和壳可以由相同或不同的材料组成。通过改变内核和外壳材料的组成、结构以及表面性质等,从而可以赋予核壳结构纳米材料以特殊的光、电、磁、催化、吸附以及生物活性等。在核壳结构的基础上对核与壳进行可控化与功能化的改造,可形成空心结构以及蛋黄壳结构(或称拨浪鼓结构),其中的空腔可作为高效纳米反应器应用于催化的各个分支领域。本综述首先讨论了不同核壳结构纳米反应器的设计,然后重点介绍了这些纳米反应器在催化降解染料污染物、催化加氢反应、催化氧化反应以及催化级联反应这几类反应中的应用。最后,对多功能核壳纳米反应器未来的研究和发展提出了一些展望。

微塑料(MPs)的出现引起了全球的广泛关注,它们遍布海洋和陆地的各个环境介质中,造成了严重的环境污染。微塑料通常被定义为粒径小于5 mm的塑料纤维、颗粒或者薄膜,可被生物吸收积累,产生生态风险和健康风险。实际上很多微塑料可达微米乃至纳米级别,肉眼是不可见的,因此也被形象地比作海洋中的“PM2.5”。作为目前学术界和社会各界争论的热点问题,本篇综述旨在系统地介绍环境中微塑料的来源与分布、生物效应以及分析鉴定方法,并重点介绍了微塑料污染的降解策略和研究成果,为今后微塑料降解方法的研究提供了参考。

盐包合材料 (Salt-Inclusion Materials, SIMs) 是一类具有独特的主体结构和客体盐组合的新型无机晶体材料,其具有特定的多孔结构、可填充性和灵活多变的拓扑结构而引起了研究者们的兴趣。SIMs的合成具有很大的挑战性,大部分都是偶然生长所得,为将其发展为可应用的材料,理解其合成规律、晶体化学及其相关性能非常重要。本文综述了近年来文献报道的高温熔盐法合成得到的典型SIMs,从晶体框架结构对其分类,针对一些结构独特的SIMs进行了重点讨论并总结其特点。最后,本文介绍了SIMs在环境、光电、热电和荧光领域的潜在应用。对于其未来发展,仍需进一步研究SIMs晶体化学以探索其性能及应用。

铱(Ⅲ)配合物因其发光量子产率高且波长易调控、发光寿命长和光稳定性好的特点,在发光材料领域备受关注。铱(Ⅲ)配合物细胞渗透能力强,能靶向多种细胞组织并影响其结构和功能,表现出独特的抗肿瘤活性,是目前金属抗肿瘤药物特别是PDT光敏剂方向的研究热点。本文重点关注铱(Ⅲ)配合物的结构对其发光性能与抗肿瘤性能的影响,综述了近期铱(Ⅲ)配合物在生物成像、探针与传感、抗肿瘤诊疗等领域的研究进展,并对目前研究中存在的问题及其应用前景进行探讨和展望。

磷酸酯类前药与原药相比,不仅能够提高药物靶向性、稳定性和生物利用度,减少药物毒副作用,还能掩蔽药物不适气味、提高水溶性从而改善给药途径。含羟基药物的磷酸酯化是该类药物前药设计的重要方法之一。本文根据中心磷原子的价态和化合物结构进行分类,综述了各种P(Ⅴ)四配位分子、P(Ⅲ)三配位分子和H-亚磷酸酯类化合物作为磷酸酯化试剂在磷酸酯类前药合成方法中的研究进展,并阐述了这些磷酸酯类药物的应用,最后总结了各类磷酸酯化试剂的优势与局限,并结合连续流反应技术应用案例展望了其发展趋势。

柔性传感器因其在弯折、扭曲、拉伸等大变形条件下具有稳定的传感性能,所以在软体机器人、可穿戴电子和生物医疗等领域具有潜在的应用前景,受到了国内外研究者的广泛关注。与传统光刻技术相比,印刷技术制造作为增材制造,具有绿色、低成本和可大面积制造的优势,被广泛应用于柔性电子器件制备。其中,电流体动力喷墨打印(电喷印)技术因其具有多种功能材料的兼容性,被认为最有可能替代传统的光刻技术,实现柔性传感器高分辨率和跨规模制造。近年来,电喷印技术在微型化柔性传感器制造领域显示出广泛的应用潜力。本综述重点介绍了电喷印刷柔性传感器的工艺、材料和应用的最新研究进展。首先,详细介绍了电流体动力喷墨打印技术的工作原理,总结了用于电喷印的各种功能性墨水材料,然后,介绍了电喷印刷中墨水和柔性基底间表界面调控的问题。随后,综述了电喷印方法在柔性压力传感器、柔性气体传感器和柔性电化学传感器等柔性传感器制造的应用进展。最后,总结讨论了下一代电喷印刷技术在柔性传感器领域的机遇与挑战。

具有圆偏振发光性质的热活化延迟荧光(circularly polarized thermally activated delayed fluorescence,CP-TADF)材料,因其在数据存储、生物成像以及3D显示等领域的应用前景,受到学者们的广泛关注。基于此类材料所制备的圆偏振热活化延迟荧光器件展现出优异的器件性能。本文从圆偏振热活化延迟荧光材料的发光机理及分子设计策略出发,依据CP-TADF材料构筑方法的不同,概括了其结构设计策略,系统地综述了各种类型CP-TADF材料的分子结构和光电性能的关系及其在电致发光器件领域的应用,最后探讨了目前CP-TADF材料存在的问题,并展望了其未来发展前景及挑战。

可变形液晶聚合物是近年来的研究热点,它们在人造肌肉、软机器人和智能光学设备等智能软系统的开发中表现出巨大潜力。然而,传统热响应液晶聚合物的应用通常受到聚合物基体的低热导率以及对外部加热装置高度依赖性的限制。相比之下,光控方法具有许多优点,包括具有非接触式、远程原位以及精确操纵的能力,这有助于开发各种不受限制且可远程操作的智能软器件。最近,通过引入有机或无机光响应组分作为功能添加剂来开发光控可变形液晶聚合物有许多重要进展。其中,通过功能模块、液晶相和聚合物基质之间的相互作用,所引入组分的多种功能可以与液晶聚合物的定向变形行为相结合。本文将重点介绍掺入光敏有机染料或无机纳米组分的可光操作液晶聚合物复合体系的设计策略、制造方法和工作原理,并简要总结它们可能的应用和未来的发展。

生命受细胞内复杂的代谢过程控制。科学界正在进行的努力之一是研究和理解这些动态生化反应以及生物分子在维持生命中的作用。荧光探针具有操作简单、成本低、灵敏度高、可在活体中多通道和实时可视化等优点,已被广泛用于分析物在生理和病理过程中的可视化研究。然而,多数荧光探针只可响应单分析物,不适于复杂生物体系中多分析物的分析检测。近5年来,以1,8-萘酰亚胺为荧光报告基团的多分析物荧光探针在生物或环境领域得到了快速的发展。依据探针荧光发光机制,本文将其分为单发光机制(PET、ICT和FRET)、双发光机制(PET-ICT、PET-FRET和ICT-FRET等双机制协同作用)等方式,综述了国内外基于1,8-萘酰亚胺的多分析物荧光探针在设计策略、识别过程、光学性质和细胞成像等方面的新进展,并对此类荧光探针的发展趋势和挑战进行了展望。

生物酶驱动微纳米马达是指利用天然酶催化分解过氧化氢、葡萄糖、尿素和甘油酯等燃料来提供动力的一种新型微纳米机器。生物酶驱动的微纳米马达具有良好的生物相容性,能够在原位利用生物燃料实现自主靶向运动,无需外加原料,这使得生物酶驱动的微纳米马达在生物医学领域展现出巨大的发展潜力与前景。目前,生物酶驱动的微纳米马达在生物医学领域的应用得到众多科学家的关注,但是时至今日,还没有一篇及时、全面、着重地讨论生物酶驱动微纳米马达在生物医学领域应用的综述文章。基于本课题组的研究经验以及目前该领域的发展情况,本文着重讨论不同种类生物酶驱动微纳米马达在疾病诊疗等生物医学领域应用的最新进展,包括生物标志物的检测与诊断、成像显像剂、癌症和其他疾病的治疗等。最后,本文对该领域的发展与未来研究方向提出展望,为实现以“面向世界科技前沿、面向人民生命健康”为目标的“人类卫生健康共同体”提供新的思路和方向。

钠离子混合电容器(SIHCs)因其资源丰富和价格低廉等优点,同时具有与锂相似的物理化学性质,被认为是最具有发展前景的电化学储能器件之一。通常,SIHCs由高能量密度的阳极和高功率密度的阴极组成,可在钠离子电池和超级电容器之间搭建能量和功率的桥梁。然而,电容型正极材料和电池型负极材料之间的动力学和容量的不平衡问题成为实现其规模化应用的主要瓶颈。本文概述了SIHCs相关的工作原理和各类正、负极材料研究进展,从材料结构的可控制备和改性处理等方面对SIHCs发展趋势进行了重点评述,并讨论了SIHCs发展过程中遇到的主要挑战,最后对该领域在未来的研究方向进行了展望。

有机-无机杂化卤化物钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)由于其成本低廉、制备工艺简单、光电转换率高等优点引起了越来越多的关注,在下一代半导体光伏技术中显示出巨大的发展潜力。然而PSCs器件在商业化生产应用之前,必须解决某些关键问题,例如器件在湿度、光照和过热条件下缺乏稳定性,性能会急剧衰退。层状二维(two-dimensional, 2D)钙钛矿由于其优异的环境稳定性而受到研究人员的广泛关注。通过引入不同种类的疏水性大体积有机铵阳离子可以在钙钛矿体内形成稳定的2D结构。然而,由于绝缘有机间隔阳离子的存在,使其电荷输运能力受阻并影响光电转换性能。本文根据不同种类2D钙钛矿光伏器件的发展进程,总结了影响2D钙钛矿结构和性能的关键问题,如晶体垂直取向设计、量子阱调控和有机层间隔阳离子替换工程等。最后对2D PSCs的未来发展进行展望。

近年来,零价铝(Zero-Valent Aluminum,ZVAl)因其具有极低的氧化还原电位、是优良的电子供体等化学特性,已被广泛地用于水中污染物的去除;但因其表面致密的氧化膜会阻碍其活性释放,并且在反应中表面易形成(氢)氧化物而造成二次钝化,从而导致其反应寿命短。研究表明,零价铁、铁矿石、含铁黏土矿物等铁基材料与ZVAl复合后可克服ZVAl自身的弊端,除了可以改变ZVAl的硬度、磁性等物理性能外,更有意义的是,可以通过:1)加快反应速率、2)拓宽pH范围、3)延长反应持久性、4)增强反应选择性等化学作用机制实现提高其去除水中污染物效能的目的。因此,本文在系统总结不同方法下铁基材料对ZVAl的改性机制(即发生氧化还原反应、金属间的反应或是自蔓延反应)的基础上,重点对该改性作用在去除水中污染物时的增强机制,以及进一步的优化策略(引入第三金属、外加非金属单质、添加聚合物、投加配体和构建负载物等)进行了详细综述;并对铁基材料改性ZVAl后构筑的复合材料值得深入研究的方向进行了展望,以期推动ZVAl水处理新技术在环境领域更深入的研究和更广泛的应用。

单环芳香族硝基化合物(Nitrated mono-aromatic hydrocarbons,NMAHs)是大气中备受研究关注的一类物质,其同系物种类繁多且理化性质具有显著差异。随着研究技术的进步,外场观测能识别更丰富的NMAHs物种,实验室研究也逐渐能揭示不同NMAHs物种的生成机制。基于此,本文调研了过去近15年国内外已发表有关大气中NMAHs的文献。我们首先归纳和梳理了大气NMAHs在欧洲地区和中国地区以及其他地区的时空分布、主要来源、“气-粒”分配等特征。其次,我们结合实验室实验和外场观测结果总结了NMAHs的生成及损耗机制,并探讨了在光吸收特性、环境健康效应以及相关测量技术等方面的研究进展。最后,本文总结并提出大气NMAHs研究中仍需要解决的科学问题和未来可能的研究方向。

遗留在犯罪现场的肉眼不可见的潜在手印是一类重要的痕迹物证,检验鉴定前需要使用一定技术手段将其显现出来。近年来,一些新材料和新技术的引入为手印显现技术的革新注入了新活力,其中稀土发光材料、量子点、荧光金属纳米簇等发光材料在该领域展现出极大潜力。碳点作为具有良好光致发光性能的新型纳米材料,近来逐渐引起了手印显现领域研究人员的广泛关注。本文综述了两类基于碳点材料的手印显现技术国内外研究进展,分别是液体分散碳点用于手印显现和固态发光碳点用于手印显现。具体来说,液体分散碳点显现手印的原理主要基于传统小微粒悬浮液机理或一些特殊效应(咖啡环效应、界面偏析效应);用于手印显现的固态发光碳点包括固态碳点粉末和固态碳点复合粉末两类,合成这些材料时研究人员采用了不同的策略。最后,从三个方面分析了碳点在手印显现应用中面临的问题,即碳点物理形貌和表面性质、碳点光致发光性质以及碳点显现过程与化学生物分析兼容性,并就解决问题的可能途径提出了展望。