细菌感染正演变为全球第二大死因,严重威胁着人类的生命健康。目前报道的抗菌疗法如抗生素治疗、光热治疗、光/声动力治疗等效率亟待提高,而微纳米机器人作为一种具有主动运动属性的小型化机器人,有望为高效抗菌提供新的治疗策略。一方面,微纳米机器人能够将抗菌介质精准高效递送至病灶微区;另一方面,机器人的集群运动可引发机械效应与流体搅拌效应,机械损伤病原菌的同时促进其与抗菌介质充分反应,协同提升抗菌效率。本文综述了微纳米机器人在抗菌领域的研究进展,以抗菌微纳米机器人的驱动方式为切入点系统阐述了其在各类抗菌疗法中的作用机制与应用优势,在此基础上总结了微纳米机器人在抗菌治疗中面临的挑战,并对未来的研究方向进行展望。

石墨烯具有比表面积大、导电性高等特点,在电化学储能领域得到了广泛的关注。然而其作为电极材料时体积能量密度较低,因此在应用中存在着一定的困难。杂原子掺杂是一种提高石墨烯电化学性质的有效手段,可以增强石墨烯作为电极材料时的储能性能。本文概述了杂原子掺杂石墨烯的制备方法,介绍了不同种类的杂原子掺杂对石墨烯电化学性质的影响,及其应用于超级电容器的代表性工作,最后展望了该研究领域未来的发展方向。

腐殖酸(humic acid, HA)凭借着其赋存特性和独特的化学活性在环境治理领域备受关注。值得注意的是,在共存反应体系中,HA不可避免的与共存物相互作用,进而使反应体系变得复杂,结果导向与预期不同。因此,研究HA与共存物之间的相互作用对于正确理解环境水污染复杂性问题,开发具有协同处理共存物的新型环境功能材料具有重要意义。本文综述了HA参与的共存污染物体系下目标污染物协同/拮抗去除效果,包括无机污染物共存体系、有机污染物共存体系和微生物共存体系。针对HA自身的结构特点和理化性质,系统分析了HA与共存污染物之间的相互作用机理,主要涉及配位作用、静电作用、吸附作用、疏水作用、π-π相互作用和氧化还原作用等。最后,对HA在共存污染体系下目标污染物的去除所面对的挑战和未来的研究方向进行了展望。

零价铝(Zero-valent aluminum,ZVAl)在气相和液相介质中都容易被氧化,这会使得作为“电子库”的单质Al外部覆盖一层(氢)氧化物外壳。该外壳通常会由结构各异的Al₂O₃、AlOOH、Al(OH)₃等物相组成。随着环境条件的改变,组成外壳的各物相间会发生转变,且同一物相的不同晶型间也会发生相变,最终皆会使得ZVAl整体性能改变。目前各领域学者对ZVAl的处理皆可看作是对ZVAl原表面成分进行的不同程度调控。在污染物降解领域中,虽已有研究证明ZVAl可凭借其强还原能力有效降解污染物,但目前研究仅仅关注于表面固有(氢)氧化物从而活化ZVAl,忽略了表面各物相间的转化与联系,这难以系统明确ZVAl在降解污染物过程中的表面氧化物转变对其还原性能的影响。然而,全面了解组成ZVAl表面物相的各类氧化物结构、性质特别是物相间的转变过程至关重要,可为ZVAl与污染物的界面反应过程和作用机制研究及ZVAl的定向调控提供理论基础。因此,本文首次从ZVAl表面物相的类型、结构、性质以及物相转变的作用机理角度出发,以目前国内外涉及ZVAl基材料的能源燃料、防腐涂料、亲疏水材料等相关应用为理论依据,对ZVAl基材料表面氧化物转变的作用机制进行综述、展望,以期促进污染物降解领域中ZVAl的研究,使其表面调控向目标性能方向发展。

六氯丁二烯是2015年列入《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》进行管控的新持久性有机污染物(POPs)。六氯丁二烯在环境中难降解、可长距离迁移、具有生物富集性,对生物和人类健康具有潜在危害。目前对六氯丁二烯排放源的认识还非常缺乏,对其环境污染特征的研究还不够系统,针对六氯丁二烯的控制技术和策略有待开发。本文总结了六氯丁二烯的环境和生物赋存水平,梳理了六氯丁二烯的管控过程、潜在排放源及排放量,并讨论了六氯丁二烯的生成机理、自然环境中的降解过程、以及相关的减排策略和控制技术。本文可为控制六氯丁二烯的源排放、减少环境污染水平和降低人体暴露提供参考。

普鲁士蓝(PB)及其类似物(PBAs)由三维框架结构构成,能够为钠离子的嵌入脱出提供较宽的通道,是一种理想的钠离子电池(SIB)正极材料。然而,PBAs材料中存在大量水分子和空位,在很大程度上降低了钠离子的存储位点,且金属有机框架中的过渡金属离子易于在循环过程中析出,导致PBAs正极材料的储钠容量有限和循环稳定性不佳。近年来,多种PBAs改性技术被研究出来,使其电化学储钠性能得到明显提升。本文基于近期相关工作和已有的文献报道,从不同改性技术的工艺设计、制备方法、电化学行为等方面进行了总结,系统综述并展望了PBAs正极材料各种改性技术在钠离子电池中的研究进程。

随着大功率电子设备和电子通信技术的快速发展,如新兴的5G移动网络通信技术,开发高性能电磁干扰屏蔽材料已成为迫切的需求。聚合物基电磁屏蔽材料(PEMSM)由于其重量轻、可加工性强和电导率可调节等方面的优势而得到了长足的发展。日益复杂的应用环境和使用条件对PEMSM的功能性提出了更高的要求。本文首先讨论了电磁屏蔽的关键概念和损耗机制(反射、吸收和多次反射);其次总结了目前PEMSM的结构,包括均质结构、隔离结构、多孔结构和层状结构等,其中均质结构加工流程简单,隔离结构可降低材料的导电逾渗阈值,多孔结构有助于电磁波的多次反射和吸收,层状结构可以使电磁波在材料内部多次反射;然后详细介绍了功能型PEMSM的研究进展,涉及的功能包括耐久性、超疏水、抗菌性和电热性等;最后对功能性PEMSM的发展趋势进行了展望。

随着我国“碳达峰”、“碳中和”战略的实施,发展清洁能源、推进新能源产业发展已成为全社会共识。锂电池因高能量密度、高功率密度、长循环寿命和绿色环保等显著优势,已成为新一代储能设备。其发展对缓解能源危机、带动新旧动能转换、实现“双碳”战略目标具有重要意义。为了进一步提高锂电池的能量密度,最有效的策略是采用高电压或高比容量的正极材料。然而,传统碳酸酯基电解液无法在高电压下稳定循环,因此拓宽电解液的电化学窗口尤为重要。本文总结了高电压电解液有机溶剂和添加剂的作用机理并探究了拓宽电解液电化学窗口的有效策略,同时对水系电解液、固态电解质、聚合物凝胶电解质的特性进行了归纳,最后对高电压电解液未来的发展和前景做出总结和展望,为锂电池高电压电解液的设计提供了科学依据。

随着核工业的发展,放射性碘被确定为最危险的核废料之一。放射性碘捕获对于降低核废水污染也有着重要意义。共价有机框架材料(COFs)是一种通过共价键连接形成的晶态多孔有机材料,因其具有大的比表面积、规则的孔道结构和高化学稳定性等特点,因其本身的结构特征和COFs吸附位点易被碘分子占据,COFs被认为是理想的碘捕捉材料。本文主要综述了具有周期性多孔结构的COFs材料在碘捕捉领域的研究进展。首先,简要论述近年来各课题组对于亚胺键连接的COFs在碘捕获方面的进展。其次,探讨复合型COFs和离子型COFs的碘捕获能力。最后,探讨高效碘捕获COFs材料拓展至规模化应用的潜力并展望该领域未来的发展形势。

散热已成为制约超高频、大功率微电子器件和高电压电气绝缘设备日益微型化的技术瓶颈和发展面临的重要挑战,急需高性能的导热材料实现快速散热。相比导热高分子复合材料,本征结构的导热高分子材料因同步的高导热及高绝缘强度、优异柔韧性、轻质高强等优异的综合性能及优势受到了国内外学者的广泛研究和关注。本文首先讨论了聚合物的本征导热机理,系统深入地分析和评述了单体及分子链结构、结晶、取向、分子链间作用、交联、缺陷等结构因素,以及温度、压力、环境等因素对声子热传递及聚合物导热的影响机理,进一步归纳了本征导热聚合物的制备策略和途径。最后总结了当前本征导热聚合物研究面临的主要问题和挑战,展望了未来发展方向及其在众多领域的重要潜在应用。