质子交换膜广泛应用于燃料电池、液流电池、水电解制氢等能源储存和转换技术,是我国“双碳”目标下亟需的关键材料。全氟磺酸膜具有较高的质子电导率和机械性能,是当前应用最广泛的质子交换膜材料。然而,全氟磺酸膜存在着缺点,如低湿条件下电导率显著降低、玻璃化转变温度较低和合成工艺复杂等。在过去的几十年里,人们致力于发展各种替代材料,如聚醚醚酮、聚苯醚、聚砜和聚酰亚胺等。但是,这些聚合物的主链结构中通常含有杂原子,当长时间处于复杂的实际工况下,杂原子位置容易发生断键,从而降低了这类材料的化学稳定性。相比而言,主链全碳型芳基聚合物具有优异的化学稳定性、热稳定性和机械性能,是一类极具潜力的质子交换膜替代材料,近年来受到了广泛关注。本文总结了主链全碳型芳基聚合物的近期研究进展,重点介绍了这类聚合物材料的合成策略、结构-性能关系及其在质子交换膜领域的应用。

蛋白质在多种生物过程和生物医学研究中起到关键作用,获取高度均一性的蛋白质样品是这类生化研究的重要一环。相较于重组表达法,蛋白质化学合成能够更为稳健地获取精准修饰的,甚至是人为设计的蛋白质。而一些可作为药物靶点的重要蛋白(如人源白细胞介素-2、K⁺通道蛋白Kir5.1等)在化学合成过程中面临多肽片段溶解度不佳的问题,为后续的纯化、表征、连接反应等操作带来困难。这类问题的主要原因可能是这些目标蛋白的多肽片段之间易通过疏水相互作用、氢键等作用模式自组装形成二级结构,进而使得片段溶解度降低。增溶标签策略是这类问题的解决途径之一,本文介绍了在多肽片段主链、侧链和骨架上安装增溶标签的策略,选取膜蛋白FCER1G、共伴侣蛋白GroES等蛋白作为目标展示,并对增溶标签策略未来的发展方向作出展望。

由于钒液流电池(VRB)灵活、高效以及无污染等优点,是目前最有潜力的大规模储能系统,受到了研究人员的广泛关注。其中隔膜是VRB的关键组成部分,起着隔绝钒离子避免交叉渗透,提供质子跨膜转移通道的作用。由杜邦公司生产的Nafion系列膜由于化学稳定性好、质子电导率高等优点是目前VRB最为常用的离子交换膜,但其存在阻钒能力差、成本高等问题。因此对Nafion膜的离子交换能力进行合理调控,通过改性的方法,在保留Nafion膜基础优异性能的同时提高Nafion膜阻钒能力,降低Nafion膜成本是目前研究的重点。本文讨论了VRB的工作原理以及Nafion膜的性能特征,同时还详细讨论了Nafion膜改性方法的当前趋势和未来方向。这对理解改性Nafion膜结构与电池性能之间构效关系,以及指导Nafion膜今后的改性与设计具有十分重要的意义。

嵌段共聚物光刻胶引导自组装是先进制程半导体制造的候选方案之一。第一代嵌段共聚物光刻胶的典型代表是聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯二嵌段共聚物,受限于自身较低的相互作用参数(χ),最小半周期(0.5L₀)为11 nm。第二代嵌段共聚物光刻胶的特征是具有高相互作用参数(实现10 nm以下图案化),但是由于两个嵌段的表面能(γ)差异较大,需要引入额外的溶剂退火或者涂层工艺。为了解决上述问题,国内外学者发展了第三代嵌段共聚物光刻胶,不仅具有较高的相互作用参数,还具有接近的表面能(高χ近γ),适用于工业友好的热退火工艺引导自组装。最近,基于材料基因组计划概念,将多种共变特性赋予单一材料的第四代嵌段共聚物光刻胶问世,可以实现高通量合成建立嵌段共聚物库,通过调控χ和χN满足不同的应用场景(0.5L₀=4~10 nm),还可以免除热退火工艺中涂覆中性层步骤,简化了工艺流程。本文总结了第三代和第四代先进嵌段共聚物光刻胶的设计,并且对相关领域存在的挑战与机遇进行了探讨和展望。

固态钠离子电池采用固体电解质替代传统有机电解液,具有安全性能高、能量密度高和循环寿命长等优点,被认为是大规模储能应用中最有前景的候选电池之一。在众多固体电解质材料中,聚环氧乙烷(PEO)基聚合物固体电解质因安全性高、成本低、能量密度高、电化学稳定性好、对钠盐溶解度高等特点,被认为是极具前景的固体电解质材料。然而环氧乙烷(EO)链段的高结晶度导致其室温离子电导率低而无法满足实际应用。为此研究人员采用不同策略来降低PEO基聚合物固体电解质的结晶度以提高其离子电导率,常见方法包括聚合物嵌段共聚、共混、交联、添加增塑剂和添加无机填料。本文对PEO基聚合物固体电解质的物理化学性质、制备工艺及上述改性技术进行了评价,并综述了PEO基聚合物固体电解质最新研究进展。

燃料电池是一种能够将化学能直接转变为电能的能量转换装置,是我国“十四五”规划中明确发展的新能源技术。近年来燃料电池技术迭代升级持续加速,有效推动了氢能产业从模式探索向多元示范迈进,助力新能源产业高质量发展。阴极氧还原反应(ORR)是燃料电池的基础和核心反应之一,然而其缓慢的动力学过程制约了燃料电池的规模化应用。虽然金属Pt基催化剂具有较高的催化活性能够提高ORR的反应速率,但因其稀缺性、高成本及耐久性等问题不利于广泛的商业化使用。发展非Pt基ORR催化剂对推进燃料电池的发展具有重要的现实意义。多孔有机聚合物(Porous Organic Polymer,POPs)是多孔材料的重要分支,由于其可调控的组成和多样化结构,可将杂原子和金属物种纳入其骨架结构中,提升材料整体催化活性,作为高效电催化剂的理想候选材料在促进ORR缓慢动力学方面受到广泛关注。本文重点介绍了近年来基于POPs衍生碳基ORR电催化剂在合成策略、组分、形貌、结构调控及电催化性能上的研究进展,讨论了POPs衍生碳基ORR电催化剂目前面临的挑战,并对其未来发展方向进行了总结。

随着纳米技术的快速发展,纳米材料在癌症治疗领域得到了广泛的应用。众所周知,自噬作为一个维持细胞稳态的过程,在癌症发展中发挥着促生存和促死亡的双重作用。癌细胞中的自噬水平远高于正常细胞,从而导致各种治疗策略效果不理想。通过扰动自噬协同治疗癌症已经成为了一种可行的方案,但是传统自噬扰动剂如氯喹等可能导致某些其他的副作用。此外,已有研究证明了纳米材料可以作为一种新型的自噬扰动剂,但是纳米材料干扰自噬的机制需要更加深入的了解。本文综述了癌症与自噬的双重关系,并重点介绍了多种纳米材料通过扰动自噬诱导癌细胞死亡或凋亡,或者通过扰动自噬增强癌细胞对传统癌症治疗的敏感性,以及它们调控自噬的机制。

双网络水凝胶(Double Network Hydrogels)是两个互穿或半穿三维网络组成的聚合物材料,其独特的对比互穿网络结构和可调节的网络交联方式克服了单网络水凝胶在力学性能上的障碍,并以其良好的机械、抗溶胀、自修复等力学性能而被广泛地应用于组织工程、智能传感器、离子吸附等领域。然而,现有技术存在合成步骤繁多、制备条件复杂以及使用有毒有害的化学交联等问题,限制了双网络水凝胶的大规模生产应用。因此,近年来对双网络水凝胶的改性研究受到了越来越多的关注,科研工作者主要围绕如何提高双网络水凝胶的力学性能开展了一系列结构修饰研究,旨在扩宽其在各个领域的应用。本文综述了双网络水凝胶的种类,详细介绍了不同的水凝胶的制备方法、结构和独特性能。重点针对改善其机械性能、抗溶胀性能和自修复性能等力学性能的改性研究进行了分析,旨在突破双网络水凝胶目前的局限性,为其未来的发展提供思路和方向。

静电纺丝纤维海绵是一种以一维纤维为构筑单元的蓬松三维(3D)材料,由于维度的增加,该材料具备许多比传统电纺薄膜更加突出的优点,在各领域都表现巨大的应用潜力。随着对电纺三维结构研究的深入,如何直接通过静电纺丝获取稳定的纤维海绵并提高其性能已成为当前面临的关键挑战。本文系统综述了近年来直接电纺制备纤维海绵的各种新策略,讨论了其内在机理、特点以及代表性的研究成果,总结了该材料在组织工程、环境治理、安全防护和智能设备等领域的应用现状,提出了其现阶段面临的一些挑战,展望了电纺海绵在未来的发展方向。

水系锌离子电池(AZIBs)具有安全、成本低、理论容量高以及锌储量丰富等优点,在大规模储能应用中极具发展前景,引起人们的广泛关注。近些年,关于AZIBs的相关研究报道增长迅速。然而AZIBs较低的能量密度、较差的离子动力性和较短的循环寿命限制了其实际应用及商业化进程。作者综述分析了近几年关于AZIBs储能系统中正极、负极、电解液以及相关储能机制所遇到的难题及可行性解决方案,为研究者设计和开发高性能AZIBs提供参考。