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  • 综述
    双网络水凝胶制备及其力学改性
    李立清, 钟秀敏, 章礼旭, 刘昆明, 王全兵, 马杰
    化学进展. 2023, 35(11): 1674-1685. https://doi.org/10.7536/PC230401
    摘要 (2145) PDF全文 (659) HTML (712) 可视化 收藏 引用
         

    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。

  • 综述
    钙钛矿基近红外光电探测器
    高雯欢, 丁济可, 马全兴, 苏郁清, 宋宏伟, 陈聪
    化学进展. 2024, 36(2): 187-203. https://doi.org/10.7536/PC230526
    摘要 (1694) PDF全文 (424) HTML (637) 可视化 收藏 引用
         

    近年来，具有ABX3晶体结构的金属卤化物钙钛矿材料因其可调带隙、高吸收系数、长载流子传输距离等光电学特性而在光电探测领域表现出良好应用前景，尤其是基于纯Sn或者Sn/Pb混合阳离子制备的杂化钙钛矿在760~1050 nm范围的近红外光电响应性能非常优异，展现出高灵敏度、低暗电流和高探测率等多方面优势。为进一步拓宽钙钛矿的近红外以及红外响应波长范围，研究人员探索了将有机材料、晶体硅/锗、Ⅲ-Ⅴ族化合物、Ⅳ-Ⅵ族化合物、上转换荧光材料等作为互补光吸收层与钙钛矿结合制备异质结来构筑出宽谱响应的近红外光电探测器。基于以上研究，本文总结了当前拓宽钙钛矿光电探测器的光谱范围的有效途径。同时，对钙钛矿材料的近红外光电探测器的未来发展前景作出了展望。

  • 综述
    水系锌离子电池
    谢志莹, 郑新华, 王明明, 于海洲, 仇晓燕, 陈维
    化学进展. 2023, 35(11): 1701-1726. https://doi.org/10.7536/PC230329
    摘要 (1432) PDF全文 (547) HTML (730) 可视化 收藏 引用
         

    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。

  • 综述
    光催化去除水体中的抗生素
    于江波, 于婧, 刘杰, 吴占超, 匡少平
    化学进展. 2024, 36(1): 95-105. https://doi.org/10.7536/PC230525
    摘要 (1242) PDF全文 (460) HTML (442) 可视化 收藏 引用
         

    随着抗生素的普遍应用，抗生素的水体污染问题也越来越严重。目前，从水中去除抗生素污染物技术包括物理吸附、絮凝和化学氧化。然而，这些过程通常会在水中留下大量的化学试剂和难以处理的沉积物，导致后处理比较困难。光催化技术是利用光催化材料，在光照的情况下使抗生素彻底分解，最终形成无毒的CO2和H2O。光催化降解抗生素具有成本低、效率高、无二次污染的优点。本文综述了几种常用的降解抗生素的光催化材料的研究进展，并对其今后的研究与应用作了进一步展望。

  • 综述
    钛基金属有机框架材料合成的研究进展
    刘苏慧, 张飞飞, 王小青, 刘普旭, 杨江峰
    化学进展. 2023, 35(12): 1752-1763. https://doi.org/10.7536/PC230415
    摘要 (1208) PDF全文 (824) HTML (417) 可视化 收藏 引用
         

    钛基金属有机框架(Ti-MOF)作为一种高价金属MOF,具有优异的化学稳定性、特殊的光响应特性、低毒性等优点,但由于钛金属源具有很高的反应活性,给材料合成带来了一定的挑战。本文综述了近年来Ti-MOF在合成方面的研究进展,详细介绍了溶剂热直接合成法、后交换合成法、原位生成SBUs构筑法等方法,并对形成的拓扑类型和晶体结构进行了分析,总结了Ti-MOF的合成规律及各种方法的优缺点。指出调控金属源和配位环境是获得Ti-MOF最重要的策略,并从原位生成SBUs构筑Ti-MOF和构筑双金属Ti/M-MOF两个角度进行了展望。

  • 综述
    高分子单晶:从结晶策略到功能化应用
    吴天宇, 黄昊哲, 汪骏豪, 罗浩洋, 徐军, 叶海木
    化学进展. 2023, 35(12): 1727-1751. https://doi.org/10.7536/PC230702
    摘要 (1052) PDF全文 (517) HTML (467) 可视化 收藏 引用
         

    现代高分子科学诞生一百年以来,高分子化学、高分子物理与高分子加工发展迅速,形成了较为完整的学科体系。作为高分子物理的重要构成部分,高分子结晶学聚焦于微观结晶过程,揭示高分子链独特的运动行为。高分子晶体依据其独立结构数目分为单晶和多晶,其中高分子单晶中分子链紧密排列,形貌表现出完美的几何对称性,具备优异的力学和光电性能。但由于分子链运动的复杂性,高分子单晶的培养仍然存在很大的困难。几十年来,大量科学家致力于高分子单晶的研究,获得了丰硕成果。在本文中,我们着眼于高分子单晶研究的历史与进展,细致论述了高分子单晶的结晶策略及其功能化应用,希望能对相关研究者提供有效的帮助。

  • 综述
    碳化硅基材料在电磁波吸收领域的研究进展
    夏元佳, 陈国兵, 赵爽, 费志方, 张震, 杨自春
    化学进展. 2024, 36(1): 145-158. https://doi.org/10.7536/PC230506
    摘要 (1025) PDF全文 (1012) HTML (445) 可视化 收藏 引用
         

    研究高性能电磁波吸收材料对提升武器装备隐身性能和解决电磁污染问题具有重大意义。碳化硅（SiC）材料具有良好的耐高温、抗腐蚀和化学稳定性，在电磁波吸收领域展现出良好的应用前景，然而本征SiC材料的吸波性能较弱，如何提升其吸波性能是一个重要的研究课题。本文从SiC材料吸波机理出发，首先分析总结了不同形貌SiC基吸波材料（核壳结构、气凝胶结构、纤维结构、中空结构、MOFs结构等）的研究现状，并详细介绍了SiC与碳化硅纤维、碳材料、磁性物质等复合材料在吸波领域的研究进展，同时综述了特殊类型SiC基吸波材料（SiC基高温吸波材料、SiC基吸波超材料、SiC基多功能吸波材料）的发展现状，最后展望了其未来的发展方向。

  • 综述
    锂金属电池电解液的理论计算模拟研究
    黄铭浩, 王跃达, 侯倩, 项宏发
    化学进展. 2023, 35(12): 1847-1863. https://doi.org/10.7536/PC230418
    摘要 (929) PDF全文 (444) HTML (466) 可视化 收藏 引用
         

    锂金属电池电解液的调控对锂枝晶生长抑制具有重要意义。传统的电解液设计思路主要依赖经验直觉与实验试错,较少借助计算模拟方法以高通量筛选电解液配方。理论计算模拟手段能够建立电解液微观特征与宏观性质之间的联系,从原子尺度上指导电解液设计、预测电解液性能,在电解液研究领域发挥了重要作用。本文综述了锂金属电池电解液在理论计算模拟方面的相关进展。首先,介绍了电解液研究中量子化学计算和分子动力学模拟的基本原理与计算方法;其次,总结了这两种计算模拟手段在电解液组分静态化学性质、电解液体相和电极-电解液界面的微观结构与性质研究中的应用,如配位络合物中的结合能,电解液组分的氧化还原稳定性、静电势,体相电解液的溶剂化结构、离子电导率、介电常数,电极-电解液界面的微观结构、性质与化学反应;最后,讨论了理论计算模拟面临的挑战及未来的发展方向,为锂金属电池电解液的计算模拟提供了新的研究思路。

  • 综述
    固态钠离子电池用PEO基聚合物固体电解质
    赵兰清, 侯敏杰, 张达, 周英杰, 解志鹏, 梁风
    化学进展. 2023, 35(11): 1625-1637. https://doi.org/10.7536/PC230324
    摘要 (914) PDF全文 (597) HTML (430) 可视化 收藏 引用
         

    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。

  • 综述
    导电酞菁基金属有机框架的高效电催化研究
    陆顺, 刘元, 刘鸿
    化学进展. 2024, 36(3): 285-296. https://doi.org/10.7536/PC231115
    摘要 (909) PDF全文 (447) HTML (325) 可视化 收藏 引用
         

    在满足日益增长的可持续能源和环境保护需求下，开发用于多种电化学场景的新型催化剂发挥着重要作用。导电酞菁基金属有机框架（MOFs）是一类新型的层叠多孔MOFs，具有面内扩展π共轭结构，可以通过促进传质和电子/电荷转移来增强电催化活性。导电酞菁基MOFs具有优异的导电性，使其在如水、氧、二氧化碳和氮还原等各种电催化反应中非常有前景。导电酞菁基MOFs在电化学能量转换和环境研究中表现出良好的活性。本文主要关注导电酞菁基MOFs，而非其他类型的导电MOFs，并全面概述其导电机理和主要的电催化反应，还将讨论在电催化中使用导电酞菁基MOFs作为非均相催化剂的最新进展。此外，本文将探讨与导电酞菁基MOFs在电催化中的应用的挑战和展望。

  • 综述
    纳米材料表面化学作用之电子结构原理
    相国磊
    化学进展. 2024, 36(6): 851-866. https://doi.org/10.7536/PC240105
    摘要 (869) PDF全文 (511) HTML (449) 可视化 收藏 引用
         

    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
    四苯乙烯基共价有机框架的设计、合成及应用
    王子情, 杜金峰, 陆福泰, 邓启良
    化学进展. 2024, 36(1): 67-80. https://doi.org/10.7536/PC230516
    摘要 (860) PDF全文 (598) HTML (327) 可视化 收藏 引用
         

    共价有机框架（COFs）作为一类新型的结晶多孔材料，是由构筑单元通过共价键自组装而成。COFs具有孔道规整、热稳定性高、结晶度高、结构可调等特点，因此在气体存储与分离、催化、质子传导、储能材料、光电、传感以及生物医学等领域具有广泛的应用。近年来，四苯乙烯基共价有机框架（TPE-based COFs）因其聚集诱导发光效应明显、合成简单、易功能化而备受关注。本文简述了四苯乙烯基COFs的构筑单元、拓扑结构、合成策略，以及其在不同领域的应用进展。最后指出了四苯乙烯基COFs的发展前景以及可能面临的挑战。

  • 综述
    先进嵌段共聚物光刻胶设计
    陈蕾蕾, 陶永鑫, 胡欣, 冯宏博, 朱宁, 郭凯
    化学进展. 2023, 35(11): 1613-1624. https://doi.org/10.7536/PC230304
    摘要 (816) PDF全文 (479) HTML (375) 可视化 收藏 引用
         

    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。

  • 综述
    共价有机框架材料在质子交换膜中的应用
    张炜煜, 李杰, 李红, 姬佳奇, 宫琛亮, 丁三元
    化学进展. 2024, 36(1): 48-66. https://doi.org/10.7536/PC230529
    摘要 (770) PDF全文 (405) HTML (398) 可视化 收藏 引用
         

    共价有机框架（COFs）作为一种新型有机多孔材料，具有高度结晶性、有序的多孔排列、功能可修饰性、结构可调性以及较高稳定性。COFs规整的孔道可以容纳多种质子载流子和质子供体，构建连续稳定的质子传输通道，在含水质子传导与无水质子传导中均发挥巨大的作用，将COFs应用到质子交换膜领域具有重要的研究意义和价值。本文分别从COFs作为低温燃料电池质子交换膜和高温燃料电池质子交换膜两方面，总结了COFs固态电解质膜、COFs与高分子基质复合膜、COFs自支撑膜等不同种类质子交换膜的特点以及提高COFs质子交换膜性能的改性方法，综述了近年来COFs在燃料电池质子交换膜领域的相关代表性研究。最后，对COFs质子交换膜的应用前景进行了讨论与展望。

  • 综述
    VOCs氧化催化剂设计与结构调控
    杨雯皓, 赵东越, 宋海涛, 李俊华
    化学进展. 2024, 36(1): 27-47. https://doi.org/10.7536/PC230604
    摘要 (770) PDF全文 (626) HTML (317) 可视化 收藏 引用
         

    近年来我国环境空气质量显著改善，NOx与SO2等传统污染物得到有效控制，挥发性有机物（Volatile Organic Compounds, VOCs）排放控制逐渐成为进一步解决区域复合型大气污染问题的关键因素。催化氧化法因其处理效率高、能耗低及适用范围广等优势，已成为最具应用前景的VOCs减排技术之一。高性能催化剂的研发是该技术的核心，结合反应机理进行催化剂设计和结构调控是目前研究的热点和重点。本文首先对VOCs催化氧化机理进行概述；其次从单一过渡金属氧化物、混合金属氧化物、复合金属氧化物以及相界面结构调控角度综述了非贵金属催化剂结构调控的相关研究进展；聚焦贵金属分散状态，总结了贵金属催化剂中贵金属纳米颗粒/团簇催化剂尺寸效应与载体效应相关研究成果，并对目前新兴的单原子催化剂基于金属-载体相互作用的调控手段进行概括；最后对VOCs氧化催化剂的研究现状与趋势进行总结与展望。我们认为深入解析构效关系，研发简约和精细化的催化剂结构调控手段并适配实际工况和工业放大是未来研究的重点发展方向。

  • 综述
    共价有机框架材料用于光催化产过氧化氢
    陈安淇, 蒋智威, 唐俊涛, 喻桂朋
    化学进展. 2024, 36(3): 357-366. https://doi.org/10.7536/PC230724
    摘要 (744) PDF全文 (326) HTML (317) 可视化 收藏 引用
         

    过氧化氢（H2O2）是一种重要的绿色氧化剂，然而其主流生产方法蒽醌法具有耗能高、安全隐患大等缺点。以水和氧气为原料，通过人工光合作用合成H2O2具有安全、环保和节能等特点，已成为当前研究热点。共价有机框架（COFs）因其结构可调性、高比表面积、良好光催化性能等优点被广泛应用于光催化生产H2O2中。本文归纳了近年来COFs光催化产H2O2领域研究进展，分别论述了通过氧还原、水氧化以及双通道过程产生H2O2的反应机理。综述了通过结构设计、官能团修饰等调控COFs光学带隙、提升电荷分离能力和载流子迁移率，从而提高光催化产H2O2性能的方法，有助于设计出高效、稳定、可持续生产的COFs应用于光催化产H2O2。

  • 综述
    快充型锂离子电池电极材料与电解液结构调控及设计
    玉笛声, 刘昌林, 林雪, 盛利志, 江丽丽
    化学进展. 2024, 36(1): 132-144. https://doi.org/10.7536/PC230521
    摘要 (728) PDF全文 (477) HTML (309) 可视化 收藏 引用
         

    实现锂离子电池的快速充电是促进电动汽车普及、解决环境和能源问题的有效途径。然而，常规锂离子电池体系在快速充电条件下的缓慢动力学和安全风险的增加严重阻碍了该技术的实际应用。本文综述了快充型锂离子电池电极材料和电解液在结构调控与设计方面的研究进展。首先，详细介绍了通过电极材料的结构调控来提高锂离子在电极材料中扩散速度的方法。然后，阐述了通过对锂离子溶剂化结构的调控来提高锂离子在电解液中的传输和相界面处转移速度的方法。最后，对快充型锂离子电池所面临的关键科学问题进行了总结以及对未来的研究方向进行了展望。

  • 综述
    纳米酶在脑疾病治疗中的应用
    孟子楹, 王杰, 王嘉璞, 魏延, 黄棣, 梁紫微
    化学进展. 2024, 36(1): 18-26. https://doi.org/10.7536/PC230507
    摘要 (712) PDF全文 (306) HTML (288) 可视化 收藏 引用
         

    近年来，作为新一代人工酶的纳米酶，凭借着优于天然酶的多酶活性、高稳定性和靶向性等特点逐步进入医学领域，又因对活性氧的调控作用而被应用于多种疾病及癌症的治疗。脑类疾病作为病死率最高的疾病之一，病理环境中存在过多的活性氧，易产生复杂的炎症反应。因此，将纳米酶应用于脑部环境或成为有效的脑疾病监测和治疗手段。本文综述了纳米酶应用于脑疾病治疗的原理及近年来该领域的研究现状，包括纳米酶通过调控活性氧的水平诱导癌细胞凋亡、纳米酶辅助传统抗癌疗法、纳米酶借助膜蛋白进行脑癌监测以及在创伤性脑损伤、脑卒中、大脑退行性疾病、脑型疟疾和癫痫中的应用。最后，对其应用于临床治疗所面临的问题进行了讨论。

  • 综述
    以水为原料的过氧化氢原位制备方法
    于敬泽, 谢腾峰
    化学进展. 2024, 36(2): 177-186. https://doi.org/10.7536/PC230613
    摘要 (697) PDF全文 (336) HTML (403) 可视化 收藏 引用
         

    过氧化氢（H2O2）是一种重要的化学品，可作为清洁的消毒剂，主要采用蒽醌法集中生产，运输和储存过程存在爆炸风险，因此需要开发原位制备方法。以氧气为原料的电化学还原和光催化还原已被广泛关注，但反应在气液固三相界面进行，设备复杂、产量受限。以水为原料的固液界面氧化过程也是原位产生H2O2的重要途径，本文概述电化学、光催化等氧化水制备H2O2的常见方法，重点介绍热催化、超声压电、等离子体、微液滴等研究近期出现的原位制备过氧化氢新方法，为过氧化氢原位制备，特别是消毒领域的研究者提供参考。

  • 综述
    电催化析氢反应中的氢溢流效应
    刘研, 刘雅琦, 邢立文, 吴珂, 纪建军, 纪永军
    化学进展. 2024, 36(2): 244-255. https://doi.org/10.7536/PC230601
    摘要 (692) PDF全文 (371) HTML (437) 可视化 收藏 引用
         

    电解水制氢技术碳排放量低、能量利用率高、所得氢气纯度高，在多数制氢技术中具有显著优势，业已成为学术界和工业界的研究热点。其中，电催化析氢反应（HER）处于核心地位，常涉及多步氢转移过程和多个活性位点共同参与的情况。然而，这些活性位点之间的催化关联和潜在的氢溢流效应常被忽视。本文回顾了过渡金属氧化物、磷化物和硫化物等的电催化体系的析氢性能和反应机制；结合传统热催化理论，将参与氢溢流的活性位点抽象总结为初级和次级活性位点，并明晰了它们的催化关联和功能差异；本文将不仅为高效廉价析氢电催化剂的创制提供一种设计理念，也为进一步研究涉氢电催化反应中的氢转移行为提供参考。