纳米酶(Nanozymes)是由我国科学家首次提出的新概念,它是一类具有生物催化功能的纳米材料,能够基于特定的纳米结构催化天然酶的底物并作为酶的代替品。自2007年首次报道以来,全球已有来自于55个国家的420多个研究机构证实了纳米酶的普遍规律。纳米酶的发现第一次揭示纳米材料蕴含一种独特的纳米效应——类酶催化效应。纳米酶作为一种新材料,既有纳米材料本身的理化性质,又有类似酶的催化功能,兼具天然酶与人工酶的优势于一身。其中,纳米结构不仅赋予纳米酶高效催化功能,而且使纳米酶比天然酶稳定,易于规模化生产。另外,纳米酶独特的多酶活性将为设计廉价、稳定、各种各样全新的催化级联反应提供功能分子。纳米酶是多学科交叉融合的典范, 2022年被IUPAC评为十大化学新兴技术。在全球从事化学、酶学、材料学、生物学、医学、理论计算等多领域科学家的共同推进下,如今纳米酶已经成为新的研究热点。我国科学家在这一新兴领域一直发挥着引领作用,解析了纳米酶的构-效关系,将其催化活性提高了约1万倍,实现了超越天然酶的理性设计,创造了全球首个纳米酶产品,出版了纳米酶学英文专著,发布纳米酶术语及中国/国际标准化。更可喜的是,纳米酶新领域汇集了一大批多学科交叉融合的优秀青年科学家,推动纳米酶进入高速发展阶段,纳米酶的种类已经超过1200多种,其催化机制研究也更加深入,应用研究也从当初的检测逐步拓展到纳米酶催化医学、传感检测、绿色合成、新能源、环境治理等多个领域。本文向读者介绍纳米酶自发现以来的主要进展,包括最近发现的天然纳米酶,期待纳米酶从新概念、新材料衍生出新技术、新产品、新商品,服务人类健康,并带动新学科发展。

自石墨烯被发现以来,二维材料研究成为一个新的研究热点。当二维材料制备成一维纳米带结构后,由于宽度方向上的限域效应和边缘结构的差异,导致其具有区别于二维材料的独特的电学、光学和磁学性质,因此逐步成为科学家关注的焦点。本文主要介绍了石墨烯、石墨炔、联苯烯、氮化硼、黑磷、过渡金属二硫族化合物等二维材料的一维纳米带的结构、制备方法和性能研究。首先讨论了二维材料制备成一维纳米带后的结构与性能的改变;其次,着重阐述了典型的纳米带制备方法,包括“自上而下”和“自下而上”两种策略,如二维片层刻蚀、打开纳米管、化学合成、化学气相沉积、外延生长及碳纳米管限域生长等方法,实现可控制备指定纳米宽度与具有特定边缘结构的纳米带,最终获得不同于其二维材料本体的特殊性能。最后,总结了不同方法制备纳米带的优缺点,提出了需要克服的困难和挑战,并展望了未来的研究方向,希望能引起国内外同行的广泛关注。

超高真空环境下,通过自下而上的方法原子级精确合成石墨烯纳米带是打开石墨烯带隙的重要方法。合理地设计带有异质原子(如硼、氮、氧等)的前驱体分子可以合成异质原子掺杂的石墨烯纳米带。掺杂的异质原子可以显著地调制石墨烯纳米带的电学、磁学等物理化学性质,并且调控的效果与异质原子的种类、位置、密度等密切相关。本文综述了近些年来利用分子束外延方法,在表面上合成异质原子掺杂的石墨烯纳米带的研究进展,同时对掺杂石墨烯纳米带的应用前景进行了展望。

近红外及短波红外光探测器在热成像、夜视、农业视察、生物识别传感和遥感等相关领域具有重要的应用。然而目前大多数商用的红外光探测器需要额外的制冷设备辅助,并且器件不可弯折,很大程度上限制了它的应用。为了解决这些问题,近年来涌现了越来越多有关有机半导体的研究。有机半导体不仅具有可精细调控的带隙、高的吸光系数和机械柔性等优点,并且能够通过“卷对卷”工艺实现大面积制备并与柔性基底兼容。基于有机半导体的红外光探测器无需额外的制冷设备且具有无机红外光探测器所不具备的诸多特点,因而很有希望用于发展下一代红外光探测技术。本综述首先介绍了有机近红外及短波红外光探测光电晶体管、光电二极管器的基本原理,其次介绍了近年来兴起的有机半导体复合材料及其新颖的器件结构,接着总结了有机红外光探测器在电子眼、人工突触、以及可穿戴实时健康监测等应用的最新进展。最后,讨论了这一领域存在的挑战并对其未来发展进行了展望,以期促进该领域的进一步发展。

近年来,通过仿生生命体自我修复损伤这一现象而研制的自修复材料,可有效延长材料的使用寿命、提高材料的使用安全性、降低资源浪费,具有巨大的发展潜力。其中,自修复有机硅材料因兼具自我修复的功能和有机硅材料的优异性能,已成为当下的研究热点。由于外界刺激条件如紫外光、温度等是材料实现损伤自我修复的外在驱动力,在很大程度上影响着材料的修复效能,且不同的刺激条件具有不同的优缺点和应用领域。因此,本文将基于自修复过程中外界刺激因素的不同,对自修复有机硅材料尤其是近五年来的最新研究成果进行综述,从外援型和本征型自修复有机硅材料两方面入手,以本征型自修复有机硅材料为重点,并对自修复有机硅材料今后的发展进行了分析展望。

金属有机框架(Metal organic frameworks, MOFs)材料是金属离子与有机配体自组装形成的形貌可控的多孔晶体材料。表面活性剂的乳化作用是形成乳液的关键,其自组装形成不同形貌的胶束控制最终产物的形貌。因此,在MOFs的制备中,不同乳液体系中的胶束亦可以作为反应模板,从而调控MOFs的形貌。本文简要介绍了传统乳液、反相微乳液、无皂乳液和Pickering乳液的形成机理和特点。重点综述了近年来MOFs在不同乳液体系中可控生长研究。其中,利用无皂乳液法和Pickering乳液法是构建MOFs复合材料的理想思路。

高功率密度、高充放电效率以及超长使用寿命等特点是聚合物薄膜电容器能够广泛应用于电动汽车、智能电网等各类电子电气领域中的重要原因。其中,介电高分子材料因其质轻、击穿强度高、易大规模加工等优点赋予了薄膜电容器更多的可能性。但同时,介电高分子的介电常数普遍较低,导致所制备的电容器能量密度偏低因而不能更好地适应设备小型化轻型化的要求。本文概述了电介质以及薄膜电容器的基本原理以及性能参数,着重介绍了以储能为主要研究方向的介电高分子材料,主要包括聚合物基纳米复合介电高分子、偶极玻璃聚合物、交联型介电高分子以及多组分全有机介电高分子。最后对介电高分子在制备性能优异的储能电容器过程中面临的多重挑战和潜在机遇进行了总结。

二次有机气溶胶(SOA)是大气细颗粒物(PM_2.5)的重要组分,对大气能见度、公众健康以及区域或全球气候变化具有重要影响。在城市地区,机动车尾气排放的气态前体物在大气中氧化产生高浓度SOA,是城市空气质量下降的重要因素。本文综述了近些年机动车尾气SOA生成的相关研究成果,重点关注关键前体物的识别与排放表征、SOA生成特征、演化过程与影响因素,对比了不同研究得到的机动车SOA生成因子的差异,并提出新测量技术、新反应机制和新参数化方案将是未来研究重点关注的方向。