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  • 综述
    王亚韡, 张秋瑞, 于南洋, 王媛, 韦斯, 方明亮, 田思诺, 史亚利, 史建波, 曲广波, 朱樱, 朱玉敏, 朱楚泓, 乔敏, 华江环, 刘美, 刘国瑞, 刘建国, 刘艳娜, 刘楠楠, 江龙飞, 汤书琴, 麦碧娴, 李成, 杨盼, 杨丽华, 杨荣艳, 杨莉莉, 杨晓溪, 杨瑞强, 邱兴华, 应光国, 汪妍, 张干, 张全, 张祯, 张影, 张芊芊, 陆蓉静, 陈达, 陈新, 陈荷霞, 陈景文, 陈嘉喆, 林炳丞, 罗孝俊, 罗春玲, 季荣, 金彪, 周炳升, 郑明辉, 赵时真, 赵美蓉, 赵繁荣, 姜璐, 祝凌燕, 姚林林, 姚婧知, 贺勇, 莫逊杰, 高川子, 郭勇勇, 盛南, 崔蕴晗, 梁承谦, 韩建, 程振, 曾艳红, 裘文慧, 蔡亚岐, 谭弘李, 潘丙才, 戴家银, 魏东斌, 廖春阳, 赵进才, 江桂斌
    化学进展. 2024, 36(11): 1607-1784. https://doi.org/10.7536/PC241114
         

    随着当今社会经济的快速发展以及工业化、城镇化进程的加速推进,环境污染问题的复杂性和严重性日益凸显。除传统污染物外,全球范围内不断出现的新污染物给环境与公众健康带来了新的挑战。我国“十四五”及中长期规划中提出“新污染物治理”,党的二十大报告也明确“开展新污染物治理”的要求。2022年,国务院办公厅印发了《新污染物治理行动方案》,生态环境部及各省、自治区、直辖市相继出台了相应的实施方案,我国生态环境保护进入了常规污染物与新污染物治理并重的新阶段。然而,新污染物治理是一项长期、动态且复杂的系统工程,亟需加强顶层设计和科技支撑。开展新污染物系统性研究,不仅为其管控提供有效的科学指引,提升环境质量管理水平,还能助力我国履行国际公约,增强全球环境治理中的话语权,确保我国环境安全、食品安全、国际贸易安全等,对实现可持续发展具有重要意义。本综述旨在对新污染物的种类特征、生产使用与排放、识别与鉴定、环境赋存、迁移转化、生态毒理效应、人体暴露与健康风险、治理策略等内容进行全面探讨,并展望未来研究方向,以期为我国新污染物治理提供科学依据和决策支持。

  • 综述
    马思畅, 李东阳, 徐睿
         

    大规模储能设备的快速发展对锂离子电池的能量密度提出了更高要求,负极材料作为锂离子电池的重要组成部分,对电池的性能提升起着关键作用。但目前商用电池负极以导电性能良好的石墨类材料为主,其普遍存在能量密度低、倍率性能差等缺点。而新一代硅碳负极尽管可以提升负极比容量,却仍存在多种问题,包括体积膨胀、倍率性能差、循环寿命短等。因此,开发新型负极材料以实现具有更高能量密度、更长循环寿命和更优异倍率特性的锂离子电池十分重要。高电压静电纺丝作为一种制备柔性纳米纤维的常用方法,用其制备柔性负极材料有望提高电池的能量密度并解决其他相关问题,具有极大的发展前景。因此,本文综述了静电纺丝在制备关键锂离子电池负极材料的设计策略和研究进展,包括碳基、钛基、硅基、锡基以及其他金属化合物,并对未来电纺负极材料的发展方向进行了展望。

  • 综述
    相国磊
         

    在电子结构层面揭示纳米材料表面化学作用的物理与化学机制、共性规律与普适原理是纳米材料相关领域基础研究的科学目标,然而由于缺乏成熟的研究策略和系统性理论认知框架,相关概念与原理体系长期不完善,导致纳米化学领域的理论认识远落后于实验探索。本文基于作者近年研究成果,介绍基于表面价轨道竞争重构机制的纳米材料表面化学作用在电子结构层面的概念与理论认知体系;基于表面化学吸附电子态与纳米材料能带态间的竞争作用与相互影响模型,对纳米材料表面化学领域中的一些基本共性科学问题给出自洽解答。其一,阐明了纳米材料表面活性与稳定性的对立统一辩证关系的物理根源在于波函数的归一化原理。其二,揭示出尺寸减小普遍增强纳米材料表面化学活性的物理根源有两种机制:一是削弱对表面价原子轨道的束缚强度,二是放大缺陷等其他结构参数的影响效果。其三、建立纳米尺度协同化学吸附(NCC)模型,揭示出配体覆盖度调控纳米材料能带电子态及物理与化学性质的电子结构层面机制与共性规律。其四、揭示纳米材料尺寸(r)、比表面积(S/V)、表面配体及覆盖度(θ)在纳米表面化学作用中电子结构状态变化角度发挥作用的物理意义。

  • 综述
    王天宇, 王丽, 孙伟, 吴美荣, 杨越
         

    高镍LiNixCoyMn/Al1-x-yO2三元材料(高镍材料)因比容量高、能量密度大而成为最具前景的高能量密度锂电池正极材料之一。然而,随着Ni含量提升,高镍材料的结构、化学和机械稳定性逐渐恶化,严重限制了其产业化安全应用。鉴于此,本文首先对当前高镍材料的合成方法(固相法、溶解凝胶法、水热法、喷雾干燥法及共沉淀法)进行了综述。随后,总结了高镍材料合成、储存及使用过程中的关键失效机制,包括离子混排与不可逆相变、表面残碱与界面副反应、应力诱导微裂纹及过渡金属溶解等,并对其形成原因及演变过程进行了深入剖析;系统总结了高镍材料的主要改性方法,如离子掺杂、表面包覆、核壳/梯度材料设计及单晶材料设计等。最后,对高镍材料的未来发展及改进方向进行了展望。本文通过系统总结高镍材料的研究进展和不足,旨在为高能量密度型高镍材料的产业化制备及安全应用提供理论参考。

  • 综述
    徐斌, 刘建国, 张兴华, 陈伦刚, 张琦, 马隆龙
         

    随着化石能源的不断消耗和生态环境的不断破坏,开发环境友好型的可再生电化学储能装置与生物医疗材料尤为迫切。木质纤维素类生物质作为重要的可再生资源,具有成本低、易于获得、环境友好、孔隙结构丰富等优势,其作为一种可再生、可生物降解、具有生物相容性的优秀改性材料基质,具有广泛的应用前景。生物质材料的处理已经从传统方法(包括燃烧法、饲料化、肥料化与基质化处理),逐步走向能源化、生态化、材料改性,以及制备新型生物基功能与智能材料产品,如:高性能储能装置与生物医疗装备。总之,以生物质材料为主要原料,开发新型基质与功能材料是发展趋势。本文对制备用于高性能储能装置与生物医疗领域的生物质衍生材料的最新研究进展进行了总结与展望,同时指出面临的问题与挑战。

  • 综述
    李文蔚, 朱子煜, 浩天瑞霖, 谢瑶, 罗爱芹, 梁阿新
         

    天然产物是自然界生物在长久进化过程中经自然选择所保留下来的次生代谢物,因其丰富的药用价值而被广泛应用于多个领域,随着现代科学的发展,对于天然产物高纯度产品的需求也在不断增加。传统的分离方法通常存在有机溶剂消耗大、分离效果差、成本高、周期长等缺点,严重制约了天然产物在各领域的发展使用。新型分离纯化技术的出现为天然产物的提取、分离和应用提供了新的思路。本文在总结现有文献的基础上,对天然产物的新型分离纯化方法进行了综述,最后对天然产物分离纯化的研究瓶颈和未来发展方向进行了总结与讨论。

  • 综述
    王芳田, 赵亮, 郭广生, 汪夏燕
         

    血管是人体维持器官特定功能和调节体内稳态的重要生理系统。随着组织工程技术和微流控技术的不断发展,基于微流控芯片技术的体外微血管系统已经成为生物医学工程领域重要的在体外重构血管模型的手段,为基础研究和转化医学研究提供了新的工具。微流控技术弥补了传统体外血管模型存在的缺陷,具有巨大的应用潜力。本综述中,我们总结和讨论了微流控体外血管模型的主要构建方法以及各种方法的异同点,为建立更加可靠的体外血管系统模型提供参考。我们也探讨了在这些体外微血管模型的构建过程中,微流控技术所起到的决定性作用和其独特的优势。

  • 综述
    王静怡, 许昕, 郑仕佳, 魏丕峰, 安万凯
         

    共价有机框架(COFs)由于其优异的光催化活性成为多孔材料领域的研究热点。与其他多相光催化剂相比,COFs具有规整且可控的结构、大的比表面积、均匀的孔道、良好的稳定性、可回收利用性、合适的能带结构、可调节的吸光范围和易于功能化等优点,使其具有更高的研究潜力和工业化应用价值。近年来COFs在光催化领域的应用突飞猛进,尤其是在光催化有机反应方向取得了巨大进展,极大地促进了COFs的发展。本综述简单介绍一些光功能化COFs的合成策略,如:自下而上(bottom-up)的策略、后修饰方法和复合法,然后总结了COFs光催化反应机理分为能量转移和电子转移两种途径,而后重点总结和讨论COFs作为光催化剂在光催化选择性氧化反应、还原反应、偶联反应、环化反应、聚合反应和不对称有机合成等反应中的最新研究进展,最后对COFs在光催化有机反应中的应用进行总结和展望。

  • 综述
    邹雨泰, 王文硕, 刘健
         

    设计材料-微生物杂合体系,利用太阳能等可再生能源进行绿色生物合成,有望为人类社会提供解决全球能源短缺和环境危机的可行方案。将人工材料优异的物理化学特性与微生物的生物合成功能进行耦合,构建杂合体系的研究在近年来受到了广泛关注。聚合物材料因其功能多样、可设计性强、生物兼容性好等特点被广泛应用于构建材料-微生物杂合体,在生物能源领域展现出广阔的应用前景。本文从聚合物材料的功能特点出发,系统总结了不同类型的聚合物-微生物杂合体,并论述了聚合物材料通过增强光能利用、加速电子传递、稳定生物活性等机制对杂合体催化性能的强化。最后,对聚合物-微生物杂合体系面临的挑战和未来发展前景进行展望。

  • 综述
    林长征, 朱金薇, 李潍嘉, 陈浩, 冯江涛, 延卫
         

    近年来,电催化硝酸盐还原(ENitRR)在常温常压合成氨中受到广泛关注,与传统的Haber-Bosch合成氨工艺相比,ENitRR的能耗更低,反应条件更温和。ENitRR电催化剂的合理设计和优化对于硝酸盐脱氧和加氢至关重要。铜基催化材料凭借其特殊结构、低成本和优异的催化性能,通过各种形态和电子结构的调节策略,近年来成为极具前景的电催化剂。为了进一步探索这一领域的新可能性,本文以铜基电催化剂的合理调控为典型实例,总结了有效提高ENitRR产氨率和转化效率的设计策略。在介绍ENitRR反应机理的基础上,总结了改变Cu基电催化剂的结构和性能的6种策略,即形貌调制、合金工程、晶面调控、单原子结构、铜化合物和其他材料复合的构建,并讨论了催化剂调制与相应ENitRR性能之间的关系。最后,提出了基于铜基电催化剂的ENitRR面临的挑战和未来应该关注的研究方向,以期为从事水体硝酸盐电化学处理的研究人员提供一定的参考和启发。

  • 综述
    郭婉茹, 李政, 刘兵, 巩继贤, 张松楠, 郑国保
         

    水凝胶材料因优异的亲水、生物相容性及可调节的仿生特性等备受关注,但其固有的非均匀微观结构和低密度分子链使得其力学性能较差,限制了其实际应用,制备出机械强度高又有韧性的水凝胶材料一直是本领域研究的难点。由于复合材料不断向功能化和智能化的方向发展,将高分子水凝胶引入纺织领域制备凝胶基纺织复合材料不仅能改善凝胶材料的缺陷,还可提升纺织材料的性能,扩宽其潜在的应用前景。本文综述了水凝胶纺织复合材料的研究进展,重点介绍了水凝胶基纺织复合材料的设计策略及其力学性能、抗菌性能等方面的增强,讨论了复合材料在油水分离、医用敷料、可穿戴电子设备和阻燃防护等方面的应用进展,并对未来研究方向进行了展望。

  • 综述
    吴涵锋, 邓久帅, 刘晋利, 吴英强, 王莉, 何向明
         

    随着便携式电子产品、电动汽车领域的快速发展,高能量密度锂离子电池的需求度正在日益增加。镍含量在0.6(含)以上的高镍三元材料体系(如LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2,LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2和LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2)在截止电压为4.3 V(vs Li+/Li)的条件下,可逆比容量超过200 mAh·g−1,是高比容量正极的重要发展方向。然而,多晶三元材料的机械强度和压实密度较低,且颗粒中的一次晶粒间存在各向异性,导致在充放电过程中会在多晶颗粒内产生晶间裂纹,电解液会沿晶间裂纹向颗粒内部渗透,从而加剧电极-电解液副反应、恶化电池的循环性能和安全性能。采用无晶界的单晶结构设计可以减少晶间裂纹的形成、抑制界面副反应和提高循环稳定性。本文将对单晶高镍三元材料的优势与存在问题进行综述,并对其合成方法和改性策略进行分析,最后,对单晶高镍三元材料的应用前景与面临的挑战进行评述与展望。

  • 综述
    刘方海, 蒋徽, 杨书淇, 刘琦, 陈雷
         

    量子点由于独特光电性质使其成为高色域、柔性、大面积显示以及医疗等领域的理想发光材料,与二元Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-Ⅴ族量子点相比,Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族量子点不含Cd、Pb元素,对生态环境友好,具有带隙可调、斯托克斯位移大和发光寿命长等显著优点,并且通过改变化学元素组成可以在可见光到近红外光区连续调节其发射光谱。这使它们在发光二极管、太阳能电池、光电探测器、生物成像等领域具有广阔的应用前景。本文系统综述了量子点以及适于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族量子点合成方法和光学性能优化策略,根据电子能带结构特征阐述了Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族量子点发光机制,概括了近些年量子点在照明显示器件领域的应用,并重点总结了Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2量子点在光致与电致发光二极管的应用进展,最后对Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族量子点的发展前景和面临的挑战进行了展望。

  • 综述
    申翰林, 戴民, 李卓, 田宇楠, 李天微, 胡宪伟
         

    由于大比表面积、多孔隙性、结构可调、易于改性、复合容易等特性使得金属-有机框架材料及其衍生物被研究者广泛应用于电极材料、隔膜、电催化剂等储能领域材料,但是MOFs材料在实际投入应用中仍存在许多问题。本文综述了MOFs及其衍生材料在碱金属离子电池、金属-硫属电池、水系锌离子电池、超级电容器等储能器件中应用的最新进展,对于二次电池中常出现的枝晶生长、穿梭效应等问题提出设计解决思路。此外也总结了MOFs衍生碳材料异质结构、金属化合物结构改性的设计思路。最后对MOFs材料前驱体本征调控、衍生材料改性策略进行总结与展望。

  • 综述
    陈彦臣, 钱泓霖, 郭一蓉, 汪璟, 计剑
         

    药械组合医用生物材料通过药物与器械的有机组合为传统医用装置的发展提供了广阔的前景。随着临床需求不断升级,开发新型表界面工程技术及药物控释机制成为研究的热点。近年来,聚合物材料多孔表界面技术通过毛细吸附作用实现功能分子与器械的快速组合,具有负载灵活、剂量可控、释放可调的特点,为推动医用生物材料药械组合的精准化、个性化提供新的潜力。本综述首先对聚合物材料多孔表界面的制备进行了总结,包括呼吸图法、模板法、表面非溶剂诱导相分离法、刺激诱导相分离法和静电纺丝法,然后阐述了基于聚合物材料多孔表界面的功能分子递送的机理和释放行为研究,接着归纳了聚合物材料多孔表界面在靶向抗癌、心血管植介入材料、骨修复材料等领域的相关研究进展,最后总结了当今聚合物多孔表界面研究面临的挑战,并对其发展方向进行了展望。

  • 综述
    赖月, 王超, 张洁, 周顺桂, 刘昌庚, 叶捷
         

    污泥是污水处理过程中不可避免的副产物。由于其含水率高、体积大且含有大量有毒有害物质,因此需要进行减量化和无害化处理。然而,污泥拥有带负电官能团电离形成的胞外聚合物(EPS),能够维持稳定的水合胶体结构阻止水的释放,是造成污泥脱水困难的关键因素。近十年,基于硫酸根自由基的高级氧化技术(SR-AOPs)因其对EPS破解效率高、反应迅速且环境友好等优点受到大量关注,硫酸根自由基也因此成为强化污泥脱水的新利器。本文详细梳理了硫酸根自由基的发展时间线和活化机制,系统评价了国内外SR-AOPs改善污泥脱水性能、去除污泥中微量污染物和重金属的研究现状。基于现阶段SR-AOPs在污泥调理方面存在的科学问题,从机理研究、成本效益、试验规模等角度展望了未来的发展研究方向,以期为我国污水处理厂的污泥调理提供参考。

  • 许晴, 王昕悦, 蔡伟杰, 段红娟, 张海军, 李少平
         

    氧化物气凝胶是一种三维纳米多孔材料,具有高孔隙率、高比表面积、低热导率及高熔点等优点,表现出了优异的耐高温以及隔热性能。本文综述了氧化硅、氧化铝、氧化锆气凝胶、二元和多元耐高温隔热氧化物气凝胶及其复合气凝胶的研究进展,总结了氧化物气凝胶的制备方法和性能,提出了其中存在的问题,并对氧化物气凝胶在耐高温隔热领域的应用进行了展望。

  • 综述
    谢浩东, 胡尊龙, 魏豪斌, 葛思达, 王子轩, 张玉明, 吴志杰
         

    生物柴油产量增加导致副产物甘油过剩问题愈加凸显,将甘油催化转化生成高附加值化学品具有重要意义。近年来,贵金属催化剂(Au、Pt、Pd等)常被用于催化甘油转化制乳酸,其中乳酸选择性和催化剂稳定性的提高是催化剂面临的关键挑战。本文介绍了负载型贵金属催化剂催化甘油选择性氧化制乳酸的反应机理,揭示了不同金属活性位点的作用,同时,围绕贵金属活性位的结构和电子性质,讨论了金属粒径、载体、反应体系pH对反应性能的影响,分析了贵金属与载体之间的强相互作用促进甘油分子羟基活化机制。最后,阐释了甘油选择性氧化制乳酸面临的主要挑战,并对未来的发展趋势进行了展望。

  • 综述
    张浩哲, 许文龙, 孟繁升, 赵强, 乔英云, 田原宇
         

    以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为代表的塑料制品,已成为现代生活和全球经济的重要组成部分。为解决PET废弃物引起的资源浪费和环境问题,实现材料的高值化循环利用,亟需探索低成本绿色高效转化回收方法。化学解聚可处理低价值、混合、受污染的塑料,通过不同的化学反应回收聚合物单体或化学升级再造生产具有高附加值的新产品,实现塑料废弃物的闭环循环及高值化应用,是建立循环聚合物经济的关键途径。本文综述了PET废弃物化学解聚工艺的研究进展,分析了PET废弃物化学解聚技术存在的问题,并对PET废弃物化学解聚工艺的未来发展趋势进行了展望。

  • 综述
    钟兴平, 陈艳霞, 陈晨, 秦雷, 张学记
         

    随着社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高,医疗健康已具有重要的战略地位。生物传感技术作为一种重要分析检测手段,在医疗健康领域发挥着关键作用。压电生物传感器是利用压电材料进行生物分析的一种新型生物传感器,具有稳定性好、检测速度快、精确度高、操作简单的优良特性,在生物医学、健康监护和疾病防控等领域具有重要的应用价值。本文综述了近年来国内外压电生物传感器的研究进展,介绍了基于石英晶体微天平压电效应的压电生物传感器的工作原理及常用的压电材料,包括无机压电材料、有机压电材料、压电复合材料以及生物压电材料。此外,还介绍了压电生物传感器在人体健康监护与疾病防控方面的应用,如心率、脉搏等生理性体征的监测,生物标志物及新冠肺炎等流行病毒的检测。最后总结了目前压电生物传感器面临的问题,并对其未来的发展进行了展望。