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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
    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
    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
    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。

  • 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。

  • 综述与评论
    郑再阳, 孙会彬, 黄维
         

    拉伸电子器件因具有优异的机械性能和电学性能,已成为当下信息电子领域的研究热点。作为拉伸电子器件中的高速电子传输通道,可拉伸导电材料在实现拉伸电子器件功能中起着至关重要的作用。液态金属因兼具本征柔性和优异导电性能,近年来逐渐成为拉伸导电复合材料领域的热点研究对象。液态金属是一种常温液态导电材料,由于其固有的高导电性、流动性和延展性,使其表现出优异的可拉伸性和可调性。基于液态金属的可拉伸导电复合材料制备与图案化技术相继被报道,并成功应用于制备兼具优秀机械和电气性能的可拉伸器件。鉴于液态金属基可拉伸复合材料的一般结构特点,制备的关键是如何解决不同材料之间物性差异所导致的界面处非浸润问题。因此,本文从常见的复合材料种类出发,首先简要介绍了常被采用的液态金属的一般组分与物理性质,以及常用的可拉伸聚合物基质材料。然后分别从“被动”和“主动”两种应对界面非浸润问题的解决方式以及共混分散法、新式改性法等综述了液态金属基导电复合材料中液态金属与弹性材料的复合方法。最后对这一领域的最新研究进展做了简单介绍,并对未来液态金属基复合导电材料的研究方向和所面临的问题做了初步探讨。

  • 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。

  • 综述
    杨博, 吕功煊, 马建泰
         

    利用太阳能等可再生能源分解水制氢是解决人类目前的环境污染和能源短缺危机的重要途径。开发高效率、持久性和低成本催化剂是制备绿色、清洁氢能的关键。过渡金属磷化物作为一类可以代替贵金属催化剂的化合物,在太阳能制氢领域引起了人们的广泛关注。然而过渡金属磷化物在极端条件下稳定差的特点限制了其工业级别大规模应用。本文综述了过渡金属磷化物的物化性质、制备方法、催化反应中的稳定性和稳定性提升策略。过渡金属磷化物稳定性下降的原因是其与水或者氧等发生反应,自身被氧化为金属氧化物或者氢氧化物,同时低价磷被氧化为磷酸盐,溶于反应介质,导致过渡金属磷化物中的磷流失。采用载体极性改性、表面包覆保护层、掺杂等保护手段可以提升过渡金属磷化物在反应中的稳定性。

  • 综述
    于思珂, 鲍艳, 高璐, 张文博
         

    红外探测设备的高速发展对军事设备造成了巨大的威胁,红外隐身技术是提升军事设备生存、打击和突围能力的重要途径,在国防工业的发展中起着至关重要的作用。然而,战场环境复杂多变,仅具有红外隐身性能的材料在面临雷达探测、雨林、山地、海洋、沙漠等环境时难以满足实际需求。因此,开发多功能红外隐身材料势在必行。本文从红外隐身材料的机理出发,综述了不同红外隐身材料的研究进展,如低发射率材料、温度控制材料、可变发射率材料以及协同工作模式材料,讨论了不同红外隐身材料的调控手段;其次,重点介绍了适用于不同场景的多功能红外隐身材料,例如,多波段隐身、电磁屏蔽、抗菌防水、耐高温、防腐蚀以及阻燃性能的红外隐身材料,并对其设计机理进行了探讨;最后,对多功能红外隐身材料在未来的发展趋势进行了总结与展望。

  • 综述
    李锐奇, 赖玮毅, 汪海林
         

    在DNA复制、转录、双链断裂损伤修复等生命过程中,双链DNA会暂时解旋形成单链DNA(ssDNA)。ssDNA可能影响基因组的稳定性,也可能参与构成非B型结构DNA,反过来调节和影响某些关键细胞和有机体过程。本综述简要介绍了单链DNA形成的原因、参与构成的结构及在细胞中可能产生的功能,并总结了部分单链DNA高通量分析技术,为后续单链DNA研究提供方法启示,促进单链DNA分析技术和方法的进一步发展。

  • 综述
    陈左阳, 霍志鹏, 张宏, 钟国强
         

    随着科技的发展,核技术在能源、医学、航空航天等领域的应用越来越广泛。然而,核技术应用产生的高能伽马射线具有很强的穿透性并且能使人体细胞发生电离,会对人体健康造成损害,因此高效核辐射防护材料的研发尤为重要。材料的伽马屏蔽性能与其密度和有效原子序数直接相关,因此研究人员将高原子序数(高Z)的化合物作为填料,掺杂到不同的基体材料中制成了各种复合屏蔽材料。本文阐述了伽马射线和物质相互作用的三种基本物理效应,按照玻璃基、聚合物基和金属基这三类基体材料,分类介绍了高Z伽马射线复合屏蔽材料的研究进展,并总结存在的问题和解决方案。

  • 王丹钰, 郭梦珂, 郭子涵, 黄梦雨, 易桦, 张开翔
         

    核酸水凝胶具有良好的亲水性、可调节性和生物相容性,在过去几年里引起了广泛的关注,特别是在医疗领域和智能材料领域展现了良好的应用前景。核酸水凝胶具有刺激响应型,例如pH、光、温度、化学触发等外部刺激均可以引起它的物理化学变化,实现对环境的感知和响应型形变,进行时空可控的精准细胞治疗。基于刺激响应型核酸水凝胶的细胞捕获与释放可用于控制和调节细胞的行为,在生物医学研究和应用中发挥重要作用。基于此,本文总结了纯核酸水凝胶以及聚合物-核酸杂化水凝胶的制备方法,探讨了不同刺激响应型核酸水凝胶的应用策略,并重点综述了其基于细胞捕获和释放在细胞成像、药物递送和细胞治疗等方面的研究。最后讨论了核酸水凝胶研究亟须解决的问题,并对核酸水凝胶的未来发展进行了展望。

  • 李罗钱, 饶睦敏, 陈宏, 廖世军
         

    随着电动汽车及个人智能电子设备的快速发展,发展高能量密度的锂离子电池已成为十分紧迫的重要课题,使用高电压的电极材料、提高电池的工作电压是实现高能量密度的重要途径。传统的碳酸酯电解液在高于4.3 V电压时会发生氧化反应等导致电解液分解,是发展高压电池的主要瓶颈之一。为解决这一问题,近年来人们在高压电解液设计及开发方面开展了大量的探索工作,取得了重要的研究成果。本文阐述了锂离子电池在高电压下的失效机制,以及电解液的变化对于电池性能的影响和机理;详细介绍了国内外学者在高电压电解液开发及抑制高电压衰减的策略方面的研究进展,并指出了高压电解液目前存在的困难及挑战,对未来解决这些问题和挑战的研究方向进行了展望。

  • 丁雅妮, 周伟, 高继慧
         

    过氧化氢(H2O2)作为环境、化工和能源领域中重要的化工原料,被广泛应用于高级氧化过程、有机化学合成及能源转化技术中。相比于传统的蒽醌法,基于氧气电还原合成H2O2技术(ORR)提供了一种经济、高效、无害的替代工艺,具备低碳生产及储能潜力。为进一步提高反应选择性及能量转化效率,开发具有高活性、高选择性和长效稳定性的电催化剂是调控反应决速步骤的中间体吸脱附行为,改善反应物种高效界面能质传递的关键,从而进一步提高ORR合成H2O2的催化活性及能量转化效率。基于此,本文系统性地综述了近年来通过ORR合成H2O2体系中高性能电催化剂的通用设计策略,从电子结构调控、几何结构调控、表面功能化修饰及原子级活性位点设计等4个方面对先进电催化剂的合成策略及调控机制进行了总结与梳理。最后,本文围绕ORR电催化剂的设计方向及应用前景提出了相应的展望与建议。

  • 魏振林, 王鸿飞, 陈亚亮, 邢俊波, 李大勇
         

    微气泡/液滴在均匀温度梯度/溶质浓度梯度下会产生热毛细迁移/溶质迁移,进而在两相界面,尤其是气液界面处产生Marangoni效应。Marangoni效应可以在明显大于物体尺寸的距离以较高的速度实现对微气泡/液滴的操控,在生物、化学、医疗、材料、微制造等领域具有重要的潜在应用。本文介绍了光热/ 溶质Marangoni效应在微液滴/气泡操控过程中的驱动原理与特点;重点综述了不同驱动方式下微气泡/液滴Marangoni效应的研究现状,包括光热Marangoni效应引起的液滴动态变化、液滴在各种疏水表面上的移动原理以及激光照射下Marangoni效应对气泡移动、分离的控制过程;对热梯度驱动的Marangoni效应和溶质Marangoni效应控制气泡/液滴分离、蒸发、混合的典型案例进行了综述和分析;同时,介绍了近年来Marangoni效应在微气泡/液滴领域的最新应用,并对微气泡/液滴Marangoni效应未来的发展方向进行了展望。

  • 综述
    丁丽香, 李旭柯, 刘雪枫, 刘镒民, 雷文, 张海军
         

    钠离子电池具有资源和成本的优势而在大规模储能和低速电动车领域展现出极大的应用前景。其中,层状氧化物正极材料由于其理论容量高且易于合成等受到了广泛研究。然而,层状氧化物正极材料在循环过程中,尤其是高电压情况下容易出现结构不稳定和表面退化等现象,造成电池性能衰退,阻碍了其商业应用。基于此,本文综述了层状氧化物正极材料在高电压下的结构转变、表面退化以及氧损失等机制,分析和探讨了提高层状氧化物正极材料耐高电压性能的策略,以期为具有耐高电压性能的钠离子电池层状氧化物正极材料的设计开发提供参考;最后总结了钠离子电池层状氧化物正极材料在改性方面存在的不足及未来的研究方向。

  • 综述
    齐琨, 代云玲, 欧康康, 王梦婷, 苏宇, 王鸿博
         

    近年来,材料科学、微/纳结构设计和加工技术的发展赋予了纤维和纺织品各种功能,使其在生理监测、医疗诊断、触觉感知和人机交互等领域具有广泛的应用前景。为进一步推动纤维和纺织品在可穿戴设备领域的应用,本文综述了近几年纺织结构力敏传感器的研究和发展现状及应用。首先,分别从纤维、纱线和纺织品层次出发对纺织结构力敏传感器进行分类,简要介绍了不同纺织结构力敏传感器的优缺点。其次,从制备工艺角度重点讨论了纺织结构力敏传感器的制备方法,包括纺丝技术、涂层技术和织物成型技术,并分析了各种制备方法的优劣。其次,对纺织结构力敏传感器在运动和体育训练、健康监测和人机交互等领域的应用进行了系统总结。最后,展望了纺织结构力敏传感器在智能可穿戴领域的未来发展趋势,以期为新一代可穿戴力敏传感器的研究提供新的思路。

  • 综述
    庞百胜, 邢盈盈, 高瑞鸿, 方要华, 张海军, 黄亮
         

    乙烯是现代石化工业中最重要的原料之一。通过石油烃类蒸气裂解制备乙烯的同时会生成体积分数约为0.3%~3%的乙炔。这些微量乙炔会使乙烯聚合反应的催化剂中毒。乙炔选择性催化加氢被认为是脱除乙炔杂质的最有效方法之一。本文综述了乙炔选择性加氢的研究进展,介绍了乙炔加氢的反应机理,归纳总结了催化剂活性组分、助剂以及载体等对乙炔选择性加氢性能的影响。从电催化、光催化和光热催化的角度论述了如何进一步提高乙炔选择性加氢性能的发展趋势。最后对乙炔选择性加氢的后续研究提出一些建议。


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