β-环糊精是直链淀粉在环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成的含有7个D-吡喃葡萄糖单元的环状低聚糖,具有斜截锥形空间立体结构,腔内疏水,腔外亲水。β-环糊精以其低廉的价格、良好的水溶性和生物相容性,在超分子化学领域得到广泛的应用。β-环糊精可用于凝胶的构筑,通常的方法是将β-环糊精接枝到高分子链上,再以得到的高分子链为凝胶因子构筑高分子凝胶。虽然基于β-环糊精的高分子凝胶得到了广泛的关注和研究,但是,直接以β-环糊精为凝胶因子构筑的有机小分子凝胶却鲜有报道。2010年,本课题组首次报道了一种基于β-环糊精和二苯胺的热致有机凝胶。此后,本课题组在β-环糊精有机小分子凝胶领域做了大量的研究工作。本文在实验室研究工作的基础上,首先介绍了β-环糊精有机小分子凝胶的分类和不同因素对凝胶形成的影响,然后深入探讨了β-环糊精有机小分子凝胶的形成机理,系统介绍了β-环糊精有机小分子凝胶的刺激响应性以及在药物载运领域的应用,最后,对β-环糊精有机小分子凝胶的发展前景进行了展望。

石墨烯材料凭借其优异的物理化学性质在生物化学以及生物医学领域备受关注,展现出了广阔的应用前景。值得注意的是,石墨烯材料在应用于载药、医学检测与诊断及生物成像等诸多领域时,会不可避免地与生物体内的各种蛋白质分子产生相互作用,进而改变石墨烯材料自身的理化性质并影响蛋白质的构象及生物学功能。因此研究石墨烯材料与蛋白质分子之间的相互作用,对于理解和评估其生物学效应,开发新型生物化学技术,具有至关重要的意义。本文综述了近年来针对石墨烯材料与蛋白质分子相互作用开展的代表性的科学研究,分类介绍了石墨烯家族中的各种材料与蛋白质相互作用的分子机制与规律,并介绍了基于蛋白质分子与石墨烯材料相互作用开发的新型应用技术,最后对这一领域未来的热点研究方向进行了分析和展望。

电化学还原二氧化碳为乙烯不仅能缓解温室效应而且能得到高附加值的石油化工产品乙烯。本文综述了近年来电催化还原二氧化碳产乙烯的研究进展,着重介绍了能将二氧化碳还原为乙烯的电催化剂,其中铜基催化剂是高选择性产生乙烯的有效电极材料,对铜催化剂进行掺杂、改性和修饰能够在保持催化剂高选择性产生乙烯的同时提高催化剂的稳定性和活性。本文还涉及了电催化条件下乙烯形成的机理以及反应条件对乙烯选择性的影响,简要介绍了二氧化碳在催化剂表面的三种吸附态和Cu(100)晶面形成乙烯的机理,以及不同电位、温度、压力、电解液组成和pH值对乙烯选择性的影响。最后,总结并展望了二氧化碳电催化还原产乙烯催化剂开发亟待解决的问题和未来的发展方向,期望为新型催化剂的构筑提供有益参考。

氢键是自然界中最基本的分子间弱相互作用力之一,是构筑超分子自组装体系的理想推动力。近年来,构筑性能优良的多重氢键组装体系已经成为超分子化学的一个热门研究领域。其中,四重氢键组装体系因具有较强的结合力、合成简单、结构易于修饰以及可预测的识别性能等优点,在构筑超分子组装体方面得到了广泛应用。本文综述了四重氢键组装体系的研究进展,重点介绍了各类四重氢键体系的设计思路及其应用。

在能源紧张和环境问题突出的今天,开发可再生的清洁能源和储能装置已引起研究者们的广泛关注。电催化及其催化材料在新能源开发和使用中起着举足轻重的作用。而二维层状材料因其具有较高的比表面积和独特的电子特性可作为很好的电极材料,在电催化和储能中应用广泛。其中,层状双金属氢氧化物(layered double hydroxides, LDHs)以其典型的层状结构特征,且价格低廉、合成方法简单并易于功能化、组成易于调控、结构可裁剪等优点在电催化及催化材料的制备中具有很好的发展前景。本文主要从LDHs作为阳极析氧反应(oxygen evolution reaction, OER)催化剂、电催化剂载体以及作为制备电催化剂的前驱体三个方面综述了层状双金属氢氧化物应用于电催化材料的研究进展,对调控LDHs材料的电子结构、形貌、界面相互作用以及与贵金属催化剂之间的协同催化等提高其催化性能作了相关阐述,并对以LDHs为前驱体制备电催化剂作了简要阐述。最后,对LDHs应用于电催化所存在的问题及前景进行了展望。

近年来基于编码微球的液相生物芯片技术在对单一样本进行高通量和多指标检测中发挥巨大的作用。由于其快速的动力学结合速率、高通量、高灵敏和多元检测的优势,因此基于编码微球的液相芯片对基因分析、蛋白表达、疾病的早期诊断、预后等也是一种强有力的检测工具。受益于纳米技术和纳米材料的快速发展,特别是功能纳米颗粒/聚合物复合微球的应用,液相生物芯片在提高其多元分析能力、分析灵敏度和自动化检测等多方面取得了巨大进展。本文将分别从液相生物芯片概述、功能纳米颗粒编码微球、功能纳米颗粒编码微球的制备、基于编码微球的液相生物芯片的设计及性能调控等方面来介绍近年来基于功能纳米材料的液相生物芯片技术的研究进展。最后,我们对液相生物芯片技术存在的挑战和可能的解决方案进行总结,并对其技术发展方向及应用前景进行展望。希望通过本文的系统介绍可助力液相生物芯片检测技术及其相关研究领域的发展。

由于自体血管供应不足,人工血管在心血管疾病的临床治疗中发挥着非常重要的作用。人工血管由于表面缺乏活性内皮层,经常面临术后再狭窄等问题,严重限制了其在临床中的应用。人工血管内皮化能够提高其血液相容性并维持其长期通畅率。大量研究表明,多功能基因递送系统可以促进血管内皮细胞增殖,从而实现人工血管快速内皮化。近年来,功能多肽和阳离子聚合物为开发低毒且高效的多功能基因递送系统提供了有效途径。本文详细介绍了目前用于血管内皮细胞基因转染的功能多肽和聚阳离子基因载体,重点阐述了促进内皮细胞增殖的多功能逐级靶向基因递送系统的研究进展,对采用基因转染方式促进人工血管快速内皮化进行了分析和展望。

甲醛作为主要的室内空气污染气体,正在严重威胁着人类的健康。甲醛的治理引起了人们的广泛关注,其中催化氧化技术是目前最有效和环境友好的手段之一。因氧化锰结构多变和氧化能力强的特点,围绕锰基催化剂在甲醛深度氧化中应用的研究日渐成为热点。本文主要从单一组分MnO_x催化剂、锰基复合氧化物催化剂、多孔材料负载MnO_x催化剂以及MnO_x负载贵金属催化剂四方面归纳总结了近年来锰基催化剂在甲醛氧化方面的研究进展,阐述了以Mars-van Krevelen机理为基础的甲醛催化氧化机制。在具体反应过程中,不同的表面氧物种和活性位点产生特定的中间相。重点分析了催化剂组分之间存在的协同作用对催化剂的影响,组分间的相互活化以及不同组分在多步反应中分别或依次发挥催化作用是实现锰基催化剂协同的主要方式。最后,展望了锰基催化剂在甲醛氧化反应中的未来发展方向和趋势。

激光白光光源具有亮度高、响应速度快和传输距离远等优点,在汽车照明、显示、工业照明及高铁舰船等远程照明领域获得广泛应用。然而,随着流明密度不断增加,对光转换材料提出了更高的要求。本文对激光照明用粉体、单晶、玻璃、陶瓷等光转换材料的国内外研究进展进行了综述;简要分析了当前光转换材料温度猝灭现象的主要原因;提出了实现高流明密度激光照明应用所需要解决的关键问题,最后对其发展趋势进行了展望。

单分子磁体在量子计算、高密度存储材料以及分子自旋电子学等领域具有广阔的应用前景。3d过渡金属单离子磁体具有结构简单、易于研究磁构关系以及可控配体场获得高能垒等特点,因而成为近年来单分子磁体领域的研究热点。本文结合现有研究成果,从配位构型出发,旨在对近年来基于3d过渡金属离子的单离子磁体进行综述,重点阐述配体场、磁各向异性和单离子磁体性质三者之间的关系,为设计合成单分子磁体提供新的思路。

N-杂环卡宾(NHCs)及其金属配合物是有机金属化学学科的研究热点,在催化领域获得广泛应用。向NHCs杂环添加新颖官能团,构建复杂NHCs及其金属配合物可实现不同催化性能。糖类化合物具有生物相容性、水溶性、手性、无毒副作用且广泛存在于自然界,将糖取代基引入NHCs不仅可以改善水溶性,还可以引入手性元素。糖基-NHCs及其金属配合物在催化和药化领域显现出巨大潜力。本文就国内外含单糖D-吡喃葡萄糖、D-吡喃半乳糖、β-氨基葡萄糖、氨基半乳糖和氨基甘露糖等糖基衍生NHCs前体及NHCs金属配合物的重要研究成果进行了综述。根据糖基稠环碳原子与NHCs杂环的连接方式,将NHCs及其金属配合物分为5种类型,包括C-1、C-2、C-3、C-6及其他。从糖基-NHCs及其过渡金属配合物的合成、结构和催化性能方面进行了深入讨论,着重介绍了糖基和NHCs及其金属配合物在催化性能之间的关联性,并进行了简短的评述。最后,对糖基-NHCs及其过渡金属配合物的催化性能特别是在不对称反应中的应用前景及其影响因素进行了展望。

多烯紫杉醇(docetaxel)是一种具有良好疗效的抗癌药物,由于其低的水溶性和溶媒所带来的严重副作用,使其临床应用受到限制。基于此问题,通过化学合成的方法,构建抗癌药物多烯紫杉醇载体,一直吸引着科学工作者的广泛关注。本文通过检索近十年来国内外相关文献报道,对多烯紫杉醇载体进行分类,综述其研究进展,并对当前面临的问题进行总结探讨,以期对DTX载体的研发和应用提供参考。

随着石油开采技术的不断提高,石油资源的开发和利用规模逐渐增大,然而现存的石油资源组成复杂、黏度高,使用常规的催化剂进行改质存在利用率低、回收困难等问题。生物质能已成为化石燃料的潜在替代品,生物质的催化转化是制备各种商品化学品或液体燃料的主要途径之一。然而生物质催化转化中常用的均相催化剂及非均相催化剂同样具有难回收再利用以及分离损失大等问题,限制了其应用。磁性纳米催化剂不仅具有高催化活性,在外加磁场作用下还能实现催化剂的回收与重复利用,在工业生产得以连续化的同时,也降低了生产成本,提高了生产效率。本综述介绍了铁氧体磁性纳米催化剂的制备方法,阐述了近年来铁氧体磁性纳米催化剂在催化脱硫、生物质催化转化为化学品、生物柴油的制备、煤液化领域的研究进展,指出了铁氧体磁性纳米催化剂在资源能源领域应用存在的问题,并对铁氧体磁性纳米颗粒的应用前景进行了展望。

荧光内滤效应(inner filter effect,IFE)作为一个重要的非辐射能量转换模型,其作用机理是吸收剂的吸收光谱与荧光剂的激发光谱或发射光谱或两者同时发生谱带重叠,导致荧光剂的激发峰/发射峰的荧光被猝灭。合适的供体-受体对是成功组建IFE传感器检测目标物的重要因素。近年来,IFE技术以其操作简单、灵敏度高,无需修饰供体,无需供体与受体连接,已经引起科研工作者广泛的研究。早期诊断和早期治疗是预防疾病发生和保护健康最为有效的办法。本综述总结了近几年来IFE技术检测酶活、农药、代谢物及小分子化学物质等生物标志物在疾病标志和健康监控上的研究成果,分析了基于“turn-off”法、“turn-on”法以及“ratiometric fluorescence assay”法构建的IFE传感器的独特设计并讨论了各方法的优缺点。最后,简要指出了IFE技术在疾病标志和健康监控上的优点和实际应用时所存在的障碍,并对IFE技术和疾病监控手段未来的发展前景进行了展望。

纳米零价铁(nZVI)因具有良好的还原活性及吸附性能,在土壤和地下水修复中具有广阔的应用前景。然而由于高表面能及固有磁力等因素的影响,nZVI易团聚而导致迁移性、反应活性降低,制约了其推广应用。研究表明利用表面活性剂、高分子聚合物对nZVI进行表面修饰或将nZVI负载于多孔碳材料上均可提高nZVI的分散性和稳定性。鉴于此,本文系统总结比较了不同碳材料修饰nZVI的方法,分析了不同修饰方法对nZVI迁移性、反应活性及选择性(即电子效率)的影响规律与机制。迁移性及选择性是制约nZVI实际应用的瓶颈因素,羧甲基纤维素、淀粉等高分子聚合物及活性炭等多孔材料均能在一定程度上提高nZVI的迁移性及选择性,然而提升程度及相关机理仍有待明确,是今后的研究热点方向。

亲电微生物是一类具有胞外电子摄取能力的电活性微生物,其胞外固相电子供体包括金属铁/钢、通电电极以及共生微生物细胞等。亲电微生物一般可利用胞外电子进行CO₂的还原和固定,因此将其作为微生物电合成体系的催化剂,可以实现外加清洁电能辅助的CO₂固定和能源及化学品的合成,为解决温室效应与能源危机问题提供崭新的思路。亲电微生物自身的代谢特性和电子摄取能力直接影响了整个电合成过程的可行性与能量转换效率。本文系统总结了目前研究确定的能够从金属铁/钢、通电电极以及共生微生物细胞中摄取电子的具体微生物,并对利用这些微生物催化的固定CO₂电合成应用研究进行了综述,最后从胞外电子传递机制、催化微生物选择以及基因工程手段改造等方面展望该领域未来的研究方向。

富镍三元层状氧化物LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)由于其可逆容量高、环境友好、价格低廉等优势,被认为是下一代锂离子电池最具潜力的正极材料之一。然而,NCM811存在着热稳定性差、充放电过程中结构易发生相变、安全性低等缺点,阻碍了其大规模生产。随着材料制备技术的不断进步,NCM811的电化学性能有了极大的提高。本文综述了近几年来富镍层状氧化物NCM811正极材料的最新研究进展,重点对该材料存在的问题与失效机制、合成方法、改进措施和理论计算模拟研究进行了深入阐述,并对NCM811未来发展作了展望。

基于磷酸掺杂聚苯并咪唑(PBI)高温膜燃料电池(HT-PEMFC)具有环境耐受性好、水热管理简单等优点,被认为是未来PEMFC发展的方向。作为HT-PEMFC的核心组件,膜电极对其性能、成本和寿命有着决定性影响。由于高温体系中磷酸电解质的存在,HT-PEMFC膜电极组分和特性与低温膜(如Nafion)燃料电池大不相同,同时还存在着铂用量高、磷酸流失以及高温带来的材料稳定性问题。本文综述了HT-PEMFC膜电极的构建、组分和结构优化方面的研究工作,概述了目前HT-PEMFC膜电极的研究趋势并展望了其未来发展方向,以期对后续先进HT-PEMFC膜电极研究开发提供有益借鉴。

随着可穿戴柔性电子设备的发展,具有高能量密度和高功率特性的柔性电化学储能器件受到越来越广泛的关注。这些柔性储能器件主要包括柔性太阳能电池、柔性锂电池和柔性超级电容器等。而柔性电极作为柔性储能设备的核心组件,不仅需要具备基本的机械柔性,还应具有优良的导电性和骨架支撑强度,这样才可以保证储能器件在受到拉伸、弯曲、扭转等形变时电化学性能保持稳定。随着对柔性电极研究的不断深入,碳纳米管、碳纳米纤维、碳布、聚合物、金属化合物等具有不同宏观和微观形貌的材料单独或复合作为柔性电极基质的报道大量涌现。基于构成柔性电极的材料和微观结构,本文对构造柔性电极的方式进行了分类介绍,包括层叠结构、编织结构、嫁接结构、泡沫结构等; 对电极柔性的定量评估方法进行了归纳总结;最后对柔性电极面临的挑战与未来的发展方向进行了展望。

叠氮增塑剂具有较好热稳定性、较低玻璃化转变温度、钝感及与黏合剂物理化学相容性好等特点,在低易损性、低特征信号推进剂和发射药中有着广阔的应用前景。本文从叠氮增塑剂的合成、表征、性能及应用等方面对近年来取得的研究进展进行了综述,梳理了叠氮增塑剂研究中存在的问题,指出了今后叠氮增塑剂在结构设计、合成、制备工艺、表征及应用等方面的几个潜在发展方向,以期为含能材料合成、配方应用及性能表征等相关的研究者提供参考。