本文总结了表面活性剂在非极性有机溶剂中复杂反相聚集的研究进展。首先突破了表面活性剂在非极性溶剂(油)中溶解的难题,通过设计合成大头基的新表面活性剂,或引入合适添加剂使之与表面活性剂头基相互作用,由此增大头基有效尺寸,这些均能有效促进表面活性剂形成核-壳完整的聚集体,进而带动表面活性剂分散(溶解)在非极性溶剂中。基于聚集体带动溶解的思路,建立了制备表面活性剂/油均相溶液的直接溶解方法,讨论了制备方法的关键要素,它比文献常用的甲醇预溶解法方便且有效。列举了若干典型的表面活性剂/环己烷均相体系,以此评述了聚集体带动溶解的方法,也展现了丰富多样的反相聚集形貌,讨论了表面活性剂头基尺寸对聚集结构的影响。

自19世纪末期,指纹鉴定一直是世界上犯罪侦查中最有效的个体识别物证手段之一。但是,指纹遗留时间的确定至今仍是一个相对未开发的研究领域。指纹脊线的物理形貌特征和残留物的化学成分因遗留者、遗留客体和环境的不同而产生显著差异。而且,随着指纹存留条件和老化时间的不同,其物理特征和化学组成的分子种类及含量等也随之变化。研究指纹残留物的物理特征和起始化学组成以及随遗留时间的变化关系是法医科学研究的重点课题,不仅有利于发展新的指纹检测方法和技术,而且可以提升鉴别犯罪现场发现的指纹的相关性。本文主要讨论已发展的各种方法和技术,如液相色谱、荧光光谱、红外光谱、紫外-可见光谱、拉曼光谱、质谱和高分辨率成像等方法,以及这些方法在指纹残留物的物理特征和化学组成及其随遗留时间的变化关系的研究中取得的进展以及局限性。最后,对发展潜在更可靠的指纹遗留时间确定方法中面临的挑战和未来的发展趋势进行展望。

石墨烯具有单层碳原子组成的六方晶系晶体结构及独特的电学、化学、力学和热学性质。然而,由于石墨烯片层之间较强的π-π键和范德华力,导致易团聚或堆积,使其比表面积大幅减小,严重损害其性能。解决上述问题的最有效方法之一是构建具有多孔结构的三维石墨烯基材料,不仅保留了石墨烯优秀的导电性能和力学性能等本征特性,而且获得密度低、比表面积大、孔隙率高等结构优点,进而满足吸附剂、催化剂载体、生物传感器及电池与超级电容器电极材料等先进功能材料领域的应用需要。因此,开发三维石墨烯基材料的先进制备方法成为本领域研究的热点方向。本文综述了三维石墨烯基材料的现有制备方法,包括自组装法(水热还原法、化学还原法及冷冻干燥法)、模板法(胶体模板法、模板辅助化学气相沉积法及模板辅助水热还原法)和3D打印法(直写成型法、喷墨打印法、熔融沉积成型法、光固化成型法、选区激光烧结法及选区激光熔融法),总结了上述方法的优点及当前存在的主要问题,并且对三维石墨烯基材料制备技术的发展方向进行了展望。

开发能与细菌非特异性结合的新型抗菌剂是解决细菌感染难题的方法之一。本文首先介绍了一种具有持久广谱高效抗菌性、无真核细胞毒性和细菌很难产生耐药性的含胍基抗菌聚合物;接着详细介绍了含胍基抗菌聚合物与细菌非特异性静电结合的抗菌机理;然后重点评述了主链含胍基抗菌聚合物、侧链含胍基抗菌聚合物以及表面接枝含胍基抗菌聚合物的设计理念、合成方法和抗菌性能;最后对新型含胍基抗菌聚合物的可控合成策略及应用前景进行了展望。

材料的自修复功能对于材料应用具有重要的意义,如键组装/解组装常数、键的方向和链的弛豫时间等因素会影响自修复效率。根据提供修复功能的物质构成形式,可以分为外援型自修复材料和本征型自修复材料,其中本征型自修复材料是当前的热点方向,在本征型自修复材料中,超分子自修复材料以其独特的可逆性组装,以及在快速、可逆、多重响应方面的优势而成为研究重点。本文重点阐述了基于不同结合效应的超分子自修复聚合物的研究进展,并对今后的研究方向作了展望,认为材料的耐环境性能能否达标是未来能否获得应用的关键因素之一。

提高电压是提高锂离子电池比能量的重要途径之一。例如,LiNi_0.5Mn_1.5O₄(4.7 V)、LiNiPO₄(5.1 V)和富锂锰基等电极材料在较高的充电截止电压下表现出较高的能量密度和较低的成本,具有很好的应用前景。另外,提高LiCoO₂和三元电池体系的充电截止电压是提升电池能量密度的简单有效措施。但是,当电池充电截止电压提高时,不仅会造成电解液在正极/电解液界面的氧化分解,还会加速正极中金属阳离子在电解液中的溶解,造成电池循环性能和安全性下降。采用不同的正极界面修饰用电解液添加剂,既可以有效钝化正极/电解液界面,抑制电解液的分解,还可以有效抑制正极结构的破坏。本文从添加剂的分子结构出发,介绍了磺酸酯、硼酸酯、磷酸酯、氟代碳酸酯、腈类、酸酐和锂盐等添加剂在正极界面的相关研究成果,并对不同添加剂的作用机理进行了详细的解释和归纳;另外,介绍了添加剂的联用技术在不同电池体系中的最新研究成果;最后,对新型正极界面修饰用电解液添加剂的开发进行了展望。

钙钛矿太阳电池(PSCs)自2009年出现至今经历了光伏领域前所未有的快速发展,目前经认证的最高光电转换效率已超过23%,极具应用前景。界面工程是提升PSCs性能的有效途径之一,本文回顾了PSCs中电子传输层和钙钛矿光吸收层间界面工程的主要研究工作,根据作用效果将相关研究按照改善钙钛矿光吸收层质量、提高电子传输层与钙钛矿层间的能级匹配度和提升电池稳定性等三类进行了梳理和总结,并对电子传输层和钙钛矿光吸收层间界面工程的前景进行了展望。

柴油机排放的炭烟颗粒引起了严重的环境污染并对人体健康造成了极大的危害,引起人们的广泛关注。目前,催化净化技术是控制柴油机尾气炭烟颗粒排放最有效和研究最广泛的技术手段之一,其中高性能催化剂的研发是催化净化技术应用最为关键的因素。本文总结了近年来锰基催化剂材料在催化柴油机炭烟燃烧中的研究进展,重点介绍了单组分锰基催化剂、复合结构锰基氧化物催化剂、固定结构锰基氧化物催化剂(钙钛矿型、尖晶石型、水滑石型)等的研究进展,并简述了锰基催化剂材料在同时消除炭烟颗粒和氮氧化物方面的研究进展。最后,提出了锰基催化剂在催化柴油机炭烟燃烧中存在的问题并对其发展前景进行了展望。

橡胶由于其高弹性、良好的生物相容性、耐化学腐蚀及长期使用的稳定性等优点,在众多领域已有一百多年的应用历史。一般来说,在生胶硫化之前需要加入增强填料、润滑剂、偶联剂和促进剂等各类添加剂,以达到使用要求的性能。其中增强填料起到提高橡胶强度、提高橡胶耐磨耐热性、延长橡胶使用寿命的作用。相比于炭黑或者二氧化硅这些传统增强填料,新兴纳米材料石墨烯由于其优异的性能,只需极少量便可使橡胶的性能显著增强。然而,石墨烯片层之间的范德华力严重的阻碍了其在高分子机体内的分散,其在橡胶基体的分散性直接决定了石墨烯对于橡胶材料的增强效果。近年来,越来越多的研究开始关注通过在溶液中的湿法改性,包括物理或化学的方法来改性石墨烯,促进它与橡胶二者界面的相互作用,提高石墨烯在橡胶基体中的分散效果。本文总结了近几年湿法改性石墨烯在制备石墨烯/橡胶复合材料方面的研究进展。

渗透汽化膜法汽油脱硫技术是一种新型汽油脱硫技术,具有投资和操作费用低、辛烷值损失小等显著优点,受到人们的广泛关注。本文简要介绍了渗透汽化膜法脱硫的研究背景,基于溶解-扩散模型,以溶解度参数原则为理论指导,分析了聚合物脱硫膜材料的选择,结合近二十年来文献报道的渗透汽化脱硫膜研究进展,详细介绍了用于膜法脱硫的聚合物膜材料(聚二甲基硅氧烷、聚醚嵌段酰胺、聚乙二醇、醋酸纤维素、聚酰亚胺、聚磷腈等)及有机/无机复合膜材料的结构特点、改性方法及膜材料结构与性能间的关系,并将不同膜材料的脱硫性能进行了对比研究,在此基础上总结了目前渗透汽化脱硫膜存在的问题,并对其未来的研究方向和发展前景进行了展望。

环境污染问题已经成为人类社会可持续发展的巨大挑战之一,化工、冶炼及核燃料循环过程等排放的废水中含大量重金属离子、有机物及放射性核素等,若未经处理即排放会给环境带来了极大的危害。吸附法的效率高、操作简单、低成本且无副产物、可循环利用及无二次污染等优点使其成为废水处理的重要方法之一。由于农林废弃生物质成本低、来源丰富、绿色环保且可再生,以其为原料制备的吸附材料被广泛研究。本文主要针对以农林废弃生物质为原料制备的生物炭、纤维素及木质素为研究对象, 综述了生物炭的制备及改性方法、天然纤维素及木质素的改性方法及其在水污染治理中的应用现状。从原材料、制备工艺、改性方法等方面总结分析了吸附材料的性能对水中污染物吸附的影响,提出了生物质基吸附材料在水污染治理应用中所存在的问题,并展望了未来的发展方向。

球形纳米生物活性玻璃(BGN)含有硅、钙和磷等元素,具有可控的形貌和粒径、有序的介孔结构、较高比表面积和孔隙率、良好的生物相容性与成骨活性,已被广泛用于骨修复和牙科诊疗。BGN还可掺杂不同金属离子以增强成骨性、成血管性等,或使其具备抗菌性或生物成像能力。同时,球形、有序介孔结构、纳米级的尺寸和高比表面积有利于装载药物或生物因子并进入细胞,使其具有潜在的高负载能力和靶向治疗能力。但由于难以制备粒径较小的单分散BGN,且纳米级颗粒普遍存在团聚问题,对生物体的影响也不完全明确,所以,BGN尚不能作为临床药物载体被利用,相关的研究仍需深入。本文综述了近年来BGN的制备技术、负载能力、生物相容性和生物活性等方面研究及应用现状,并对其发展方向进行了展望。