手性胺可以与多不饱和羰基化合物原位生成三烯胺中间体,其给电子效应根据插烯规则可通过共轭不饱和体系传递,进而提高三烯胺体系的HOMO能量,并能够在远端β,ε-或δ,ε-位与多种缺电子烯烃发生Diels-Alder环加成反应。采用这种合成策略,可以制备许多结构多样和复杂的环状手性化合物。这种策略除了能够高效地在羰基化合物远端直接实现官能团化,更重要的是ε-反应位点即使距离催化剂手性中心达七个键之远,仍能获得优秀的立体选择性控制,这在不对称合成中具有重要的研究价值。本文将总结近年来不对称三烯胺催化机制的发现及发展,重点介绍2,4-二烯醛、多种二烯酮、含羰基芳香化合物经由三烯胺、交叉共轭三烯胺或形式三烯胺进行的不对称反应,并对手性胺催化的进一步应用进行展望。

聚合物刷被广泛用于调控表/界面的物理化学性质,表面引发聚合(SIP)是制备聚合物刷的有效手段,该方法已广泛地用于合成具有各种结构以及功能的聚合物以及无机/有机杂化材料。表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)方法是表面接枝聚合刷最为常用的方法,但是目前的方法存在很多问题,例如:单体利用率低、反应条件苛刻、可控性较差等。近年来,一些研究组发展了一系列通过外界刺激来调控聚合过程的新方法,旨在克服以上缺陷。本文首先详细介绍了SI-ATRP的机理,在此基础上讨论通过一系列外界刺激(电化学、光、化学试剂等)灵活调控表面引发-原子转移自由基聚合来制备聚合物刷的最新研究进展,同时展望利用新的聚合方法调控聚合物刷结构、界面性质以及应用。

物质表面能和表面微观结构是影响物质浸润性的两大主要因素,表面能决定了平滑表面的液体接触角,而表面微观结构影响表面的浸润性。在受到外界刺激时,物质表面可发生表面能和表面微观结构的变化,从而实现表面浸润性的变化。本文综述了近年来物质表面的浸润性在光刺激下发生转变的研究进展,其中包括无机氧化物表面超疏水和超亲水之间的转换,光响应聚合物表面液滴的运动及接触角的变化,以及光响应聚合物表面黏附性的变化。

本综述总结了表面活性剂在非极性有机溶剂中复杂反相聚集体的研究状况,可见反相蠕虫胶束和反相囊泡的构筑基本上依赖卵磷脂,偶尔利用某些衍生物或AOT,所有这些两亲分子都可溶于非极性有机溶剂。合适的分子几何形状是获得反相蠕虫胶束和反相囊泡的基本要求。Raghavan小组创新的溶液制备方法使简单无机盐成为有效的分子几何调节剂,扩展了反相蠕虫胶束体系。结合当前的研究状况,就拓展表面活性剂的复杂反相聚集体研究提出了建议,包括重视少量添加水的作用、创新溶液制备方法、充分利用聚集体生成来带动表面活性剂溶解、重点考虑分子几何改善等。

由于金属-有机骨架(metal-organic frameworks, MOFs)结构中含有碳源(有机配体)和金属源(金属或金属簇)物质,以MOFs为前驱体合成先进功能材料,如纳米多孔碳材料和金属氧化物纳米材料,是目前MOFs化学以及新功能材料研究领域一个新的热点。本文综述了近年来以MOFs为前驱体制备碳材料(纳米多孔碳材料、碳纳米点、碳纳米管等)、金属氧化物纳米材料(单金属氧化物Fe₂O₃、ZnO、Co₃O₄、MgO、In₂O₃等;多金属氧化物纳米复合材料Gd₂O₃/Eu₂O₃、Fe₂O₃@TiO₂等)、金属氧化物/碳纳米复合材料(Fe₃O₄/C、ZnO/C等)等的合成方法,以及这些先进功能材料在超级电容器(supercapacitor)、氧还原反应(ORR)催化剂、氢气吸附、CO₂捕获、光催化制氢催化剂等研究领域的应用,并对其今后的发展进行了展望。

葫芦[n]脲(CB[n]简称CB)及其衍生物是由n个甘脲单元连接而成的大环主体分子,因其特殊的结构和分子识别性能,而受到广泛关注。以共价或非共价的方法,葫芦[n]脲可以构筑出各种功能的纳米超分子组装体,而且还可以赋予超分子组装体很多新颖的物理化学特性,使其在反应容器、表面活性剂、载体、囊泡、分子开关、离子选择性电极等方面展现出极大的应用潜力。本文综述了近年来基于葫芦[n]脲纳米超分子组装体的构筑及应用研究进展,并展望了葫芦[n]脲化合物的发展前景,以期对于进一步构筑具有特定结构和功能的葫芦[n]脲纳米超分子组装体的研究起到积极的促进作用。

海洋生物贻贝通过其足腺分泌的具有超强黏附性能的蛋白,可在海水等潮湿环境中牢固黏附在各种材料的表面。受此黏附蛋白的启发,研究发现聚多巴胺(PDA)具有类似于贻贝黏附蛋白的结构和超强黏附性能。在碱性条件下,PDA可在各种材料的表面迅速成膜,其中含有大量亲水的羟基和氨基官能团,可提高材料表面的亲水性和化学多功能性;PDA可作为中间层,在基底材料表面强力结合功能分子。由于PDA的形成过程简单且不需要有机溶剂,近年来常被应用于材料的表面改性。此外,由于PDA可促进细胞的黏附,具有良好的生物相容性,在生物材料表面改性中也有较多的应用。本文将综述PDA的黏附机理及其在生物材料表面改性中的应用,并提出PDA在生物材料表面改性应用中的展望及研究过程中存在的问题,为PDA在生物材料和组织工程中的应用提供参考。

寻找理想的骨修复材料一直是骨科材料领域研究热点。自然骨是由纳米羟基磷灰石和胶原构成的纳米复合材料。源于仿天然硬组织构想的纳米磷灰石-有机高分子复合材料是把高韧性的高分子基质与高刚性的纳米无机磷灰石晶体巧妙结合,使其最大程度地实现两种成分的优势互补和协同优化,赋予仿生纳米复合材料高强韧的力学性能。与组成同样重要的是结构因素,这种材料包括不同尺寸的架构组织和可控取向。纳米羟基磷灰石/高分子复合材料已成为骨组织修复材料领域的研究热点和发展方向。本文综述了近些年用于人体骨组织修复材料的纳米羟基磷灰石/天然(或非天然)高分子材料的制备技术、性能等方面研究进展及现状,并对其发展提出了展望。

自然界的进化赋予某些生物体在生理条件下制备复杂结构生物矿物的能力。它们复杂而多尺度有序的结构、特殊的功能以及物种特异的遗传控制特征远非当前的人工合成技术所能实现,因此,师法自然,仿生矿化成为先进材料制备的重要手段之一。研究发现,生物体中的有机基质在生物矿物的形成过程中起着至关重要的作用,例如从含有生物二氧化硅的硅藻、海绵骨针中分离得到的silaffins、长链聚胺,从海绵中提取的silicateins等,这些生物分子通过操纵有机-无机界面作用,从分子水平上控制无机矿物的成核与生长,从而使生物矿物具有特殊的分级结构和组装方式。人们设计或选用具有相似结构或功能的有机分子,模拟生物矿化过程,仿生制备了不同形态、结构和功能的二氧化硅纳米材料。本文以有机-无机界面作用为核心,以认识自然、学习自然、矿物合成及构型调控为主线,从生物二氧化硅的形成机制、仿生矿化的研究进展、应用概况进行了评述,指出了当前研究存在的问题及相应的解决思路,并对仿生矿化的前景进行了展望。

水是生命体系的主要成分。"水光谱组学(aquaphotomics)"是指以生命体系中的水作为研究对象,利用光谱技术探测水分子在不同环境下的结构变化,在分子水平上反映生命体系中水分子与其他分子的相互作用或水在生命体系中的功能。近红外光谱水光谱组学可利用扰动因素(通常包括浓度、温度、压力,也可指溶液中加入的其他组分)对水的近红外光谱的影响,借助多元分析方法研究光谱中的谱峰变化,实现生命体系中水的非侵入式监控,从而对生命体系进行分析。本文对近红外光谱水光谱组学的概念、研究内容、研究方法与应用进行了总结与评述。

石英晶体微天平(quartz crystal microbalance, QCM)是一种对质量变化敏感的器件,具有灵敏度高、成本低廉、操作简单、可实时在线检测等优点,在气体传感领域受到了广泛关注。敏感材料是石英晶体微天平气体传感器的关键组成部分,本文综述了不同敏感材料包括有机聚合物、超分子化合物、离子液体和分子液体以及近年来备受关注的纳米材料修饰的QCM对特定气体传感检测的研究现状,详细介绍了纳米材料为敏感膜的QCM气体传感器对不同气体传感检测的研究现状及相关敏感机理。最后,在国内外研究现状的基础上,展望了敏感材料的发展前景。QCM作为一种成本低廉、操作方便、测量精度高的气体传感检测器件,将会有更加广阔的应用前景。

基于纳米生物共轭的酶活探针由于纳米材料的独特光电及电化学性质,多年来已经进行了广泛的研究。本综述总结了纳米金生物共轭探针在检测酶活性方面的研究成果,依次讨论了比色法、荧光法以及其他的方法,对其独特的设计进行了解释并讨论了各方法的优缺点。最后,简要指出了其发展的方向以及成功应用于实际应用时所存在的障碍。

作为一种新的治疗策略,免疫疗法已发展成为继手术、化疗和放疗之后的第四种肿瘤治疗手段,并展现出良好的应用前景。肿瘤免疫治疗的方法种类繁多,其中将纳米技术应用于治疗性的肿瘤疫苗,极大地提高了疫苗的效应。本文介绍了纳米佐剂在肿瘤疫苗中的多种功能,重点介绍了几种纳米粒子的合成方法和疫苗治疗效果,总结了纳米技术用于肿瘤免疫治疗的一些新思路,并对应用纳米技术解决肿瘤疫苗面临的挑战进行了初步的分析和展望。

聚氯乙烯(PVC)是世界第二大通用塑料,其中软质PVC制品占PVC市场份额的30%,它被广泛用于制造人造皮革、食品包装材料、电线电缆和儿童玩具等。软质PVC中使用的增塑剂主要是邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP),它具有与PVC相容性良好、增塑效率高、价格低廉、不影响制品的安全性和电绝缘性等诸多优点。但由于DEHP为小分子物质,且与PVC之间并无化学键合,其添加量又通常高达30 wt%~50 wt%, 因此DEHP容易迁移到外部介质中,使制品的性能劣化,同时造成环境污染。在医疗器械和儿童玩具等敏感领域,DEHP的迁移还会危害人体健康。因此,增塑剂迁移所带来的问题引起了人们的广泛关注,亟待解决。本文介绍了DEHP迁移所带来的问题及DEHP目前所面临的使用禁令和争议,全面综述了国内外近年来为解决DEHP迁移所采取的应对措施及获得的研究成果,并对各种措施的优缺点进行了总结,以期进行更深入的研究,找到更为科学和有效的解决方案。

锂离子电池负极材料钛酸锂由于其高功率和优异的循环性能得到了广泛的研究,但是较低的比容量(175 mAh/g)限制了其应用前景。与钛酸锂相比,铌基氧化物具有相似的嵌脱锂电位和更高的比容量,也展现出良好的倍率性能和循环性能,有望成为新型功率型负极材料。本文综述了多种铌基复合金属氧化物(Nb₂O₅,TiNb₂O₇,LiNb₃O₈等)的晶体结构、电化学性能和嵌脱锂机理,讨论了材料的组成、形貌和制备工艺等对其嵌脱锂性能的影响,并概述其作用机制。此外,本文还归纳总结了铌基材料嵌脱锂行为的共性,并比较了它们与钛酸锂的异同,对其作为高功率锂离子电池负极材料的研究趋势和发展前景进行了展望。

车用燃料电池主要包括质子交换膜燃料电池、金属-空气燃料电池等,其中质子交换膜燃料电池是目前车用燃料电池的主要开发对象(以下简称车用燃料电池)。经过全球范围内近十年的持续研发,车用燃料电池在能量效率、功率密度与比功率、低温启动等功能特性方面已经取得了突破性进展,新一轮的燃料电池汽车产业化浪潮正在迫近。然而,车用燃料电池的耐久性和成本还没达到预期商业化目标,是其产业化的最后障碍。探索和研发燃料电池用新型关键材料部件是解决这两大问题、推进其商业化进程的关键所在,也是车用燃料电池长期的研究重点和热点。本文系统地梳理了近几年来车用燃料电池质子交换膜、催化层、气体扩散层、双板板关键材料部件的研究进展和成果,并分类进行了简要评述,分析了其性能与商业化目标的差距。最后展望了车用燃料电池关键材料部件今后的发展方向。