随着巨磁电阻效应(GMR)的发现, 自旋电子学迅速兴起并成为一门新的学科。自旋电子学以电子的自旋属性为信息载体, 有望实现集逻辑、存储和通信于一体的多功能、低功耗器件, 为下一代电子学开辟新的路径。有机半导体具有低自旋轨道耦合、弱超精细相互作用和长自旋弛豫时间等特点, 因而受到了极大关注。有机自旋阀(OSVs)是研究有机材料中自旋注入和传输的原型器件。本文综述了有机自旋阀的发展历程, 总结了有机半导体的自旋弛豫机制, 详细分析了有机自旋阀中存在的关键科学问题, 如室温自旋传输的实现策略和磁电阻符号问题, 介绍了自旋有机发光二极管和自旋光伏器件等新型自旋器件, 最后对有机自旋电子学未来发展进行了展望。

核/壳结构纳米纤维是一种兼具核层与壳层优异性能的功能化复合纤维, 通常具有优于核层和壳层自身的性能, 如可控的机械强度和较好的热传导系数等。其特殊的结构极大地提高了纤维的使用价值, 拓宽了纤维的应用领域, 因此, 核/壳结构纳米纤维成为纤维领域的研究热点之一。静电纺丝技术因其简单有效的特点, 近些年来在众多纳米纤维制备技术中一直备受关注, 制备结构和形貌可控的核/壳结构纤维的方法对于指导其在实际中的应用尤为重要。本文系统介绍了以静电纺丝技术制备核/壳结构纳米纤维的方法, 主要包括单喷头相分离法、同轴静电纺丝法、乳液静电纺丝法以及模板法, 重点讨论了影响核/壳结构的主要因素以及核/壳结构对纤维性能的影响。综述了近几年来国内外关于可控核/壳结构电纺纤维制备的研究新进展及其在药物缓释体系、组织工程支架、多功能敷料、污水处理材料、疏水性材料等领域的潜在应用价值。

非富勒烯受体材料在分子设计、光吸收及能级等多方面具有极其丰富的可调控性, 使得基于非富勒烯电子受体的本体异质结有机太阳电池(BHJ OSC) 近年得以迅速发展。P3HT聚合物作为被广泛研究的第二代有机半导体材料, 其价格便宜、具有较好的结晶性以及优异的载流子传输性能, 是经典的电子给体材料。本文综述了近年来以P3HT聚合物为给体、非富勒烯类有机化合物为电子受体的有机太阳电池研究进展, 探讨了P3HT/非富勒烯受体BHJ OSC中, 影响器件效率提升的关键因素, 以及电子受体优化设计方面的相应要求。对基于P3HT/非富勒烯受体 BHJ OSC器件的研究前景进行了展望。

半导体量子点因其独特的光电性质, 在发光二极管、太阳能电池和生物标记等领域展现出广阔的应用前景。传统的Ⅱ-Ⅵ和Ⅲ-Ⅴ族二元量子点具有优异的发光性能, 但其所含的Cd、Pb等有毒重金属元素极大制约了大规模商业应用。Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 族多元量子点作为近年来兴起的一类新型荧光材料, 其具有无毒、带隙可调、Stokes位移大、荧光寿命长等特性, 被认为是替代传统二元量子点的理想材料, 因此成为了科研工作者研究的热点。本文详细介绍了Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 族量子点的研究进展, 从该类量子点的基本性质出发阐明其光学性能的调控机制, 重点介绍了近年来该类量子点的有机相及水相制备技术, 对其在照明显示领域应用的研究进展进行了总结, 并与其他类型量子点器件的最新研究现状进行了对比。最后, 分析了Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 族量子点发展过程中有待解决的主要问题, 并对其今后的发展方向进行了展望。

随着电动汽车对锂离子电池功率要求的不断提高, 高性能锂离子电池逐渐成为了人们研究的热点。隔膜作为锂离子电池的关键部件之一, 发挥着隔离正负极材料以及为锂离子迁移提供通道的作用。此外, 隔膜的热稳定性也直接影响着锂离子电池的安全性能。聚烯烃微孔隔膜由于其出色的化学稳定性、机械强度以及价格低廉而被广泛应用于锂离子电池中。然而, 其热稳定性差以及不易湿润等缺点给高性能锂离子电池的广泛应用带来很大隐患。因此, 本文探讨了聚烯烃微孔隔膜的表面改性, 以此为出发点, 介绍了基于聚合物表面改性的聚烯烃微孔隔膜、基于无机纳米颗粒的聚烯烃微孔隔膜、基于有机-无机复合材料的聚烯烃微孔隔膜的研究进展。在基于无机纳米颗粒的聚烯烃微孔隔膜的介绍中, 本文还对原子层沉积法、化学气相沉积法、物理气相沉积法等先进表面改性方法进行了简单介绍。随后, 从湿法制备、相转化法、呼吸图法、静电纺丝法以及原位聚合法5种方法出发, 对其他聚合物微孔隔膜的研究进展进行了介绍。最后, 本文对将来高性能隔膜材料的研究方向上作出展望, 旨在为高性能锂离子二次电池隔膜材料的研究和应用提供参考。

阳离子抗菌聚合物, 作为一种新型抗菌材料, 具有独特的抗菌机理和高效的抗菌活性, 并且能有效解决细菌耐药性问题, 引起了人们的广泛关注。阳离子抗菌聚合物具有有效的抗菌活性, 其抗菌活性受到亲疏水平衡、分子质量、烷基链长度和阴离子等因素的影响。抗菌活性是评价抗菌剂优劣的重要因素之一, 了解和掌握影响抗菌活性的因素, 对于优化或开发更安全、更高效的阳离子抗菌聚合物具有重大意义。本文总结了通过不同作用方式作用于细菌的多种抗菌策略, 依据影响阳离子抗菌聚合物抗菌活性的因素, 总结包括天然阳离子抗菌聚合物、季铵盐类聚合物、N-卤代胺类聚合物、膦盐和锍盐类聚合物、胍盐类聚合物和抗菌水凝胶的研究进展。最后, 对阳离子抗菌聚合物面临的挑战和未来发展方向进行了讨论。

MXene作为一种新型的二维层状结构材料而备受关注, MXene具有高电子传导率、较大的比面积、较好的机械性能以及独特的层状结构, 已广泛应用于储能、催化、吸附等领域。近年来, MXene及其复合材料应用于二次电池领域引起了人们的广泛关注。氧化物、硫化物等材料具有高容量, 但存在电导率低、反应过程中体积膨胀、循环稳定性差等问题, 构建与MXene的复合材料既能提高容量又可以增强材料的电子导电率, 有效缓解反应过程中体积膨胀, 实现最佳的电化学性能。本文主要对MXene及其复合材料在钠离子电池和钾离子电池中的最新研究进展进行总结, 简要介绍了钠离子电池、钾离子电池和MXene的研究背景, 重点介绍了MXene复合材料在钠离子电池中的应用研究, 主要按照硫化物、氧化物、碳材料进行分类, 对其合成方法与电化学性能进行综述, 同时总结了MXene复合材料在钾离子电池中的研究进展。最后本文对MXene及其复合材料的发展及其应用前景进行了总结与展望。

木质素是仅次于纤维素的第二大生物质资源, 是自然界中唯一的可再生芳香族化合物资源。长久以来, 木质素的难以充分利用是掣肘生物化工产业的一个重大问题。近年来, 原子转移自由基聚合接枝改性成为木质素高值化利用的一个重要方法, 可制备获得不同结构、性能各异的木质素接枝改性材料。本文从单体种类、催化剂、材料的结构与性能等方面, 介绍了原子转移自由基聚合接枝改性木质素的研究进展, 并对该领域的发展前景与挑战进行了探讨。

以往利用碳化钙作为原料制备有机化学品时, 首先须将碳化钙转化成乙炔气体, 再由乙炔气体进一步制备有机化合物, 而乙炔气体易燃易爆, 反应条件苛刻, 应用受到一定限制。碳化钙可以由可再生的生物炭在较低的温度下快速制备, 是一种绿色经济的化工原料。因此, 直接利用碳化钙作为绿色炔源代替乙炔气体、乙炔试剂制备各种重要有机化学品将是一条简洁的绿色化学途径。本文综述了直接以碳化钙为炔源合成有机化合物的反应类型、反应机理以及研究现状, 展望了碳化钙作为固体炔源构建有机化合物的发展趋势。

天然产物是指由生物体次级代谢而产生的天然化合物。由于具有良好的生物相容性以及多种多样的药理活性, 其已被广泛应用于医药、食品、化妆品等领域。近年来, 人们发现了一类具有自组装能力的天然产物, 这些纯天然的化合物在无需修饰的情况下就能通过自组装形成一种软物质——天然产物凝胶(Natural Product Gels, NPG)。不完全等同于目前已知的凝胶(包括合成低分子质量凝胶、合成大分子凝胶和天然大分子凝胶), NPG是由天然小分子化合物(通常来源于中药)形成的超分子凝胶, 这使得NPG自身具有了良好的生物活性及对外界刺激的响应性以及具有构筑生物医药材料和刺激响应材料的内在优势。此外, 对于不同自组装NPG的生物活性改变的研究可以揭示天然产物的自组装对生物活性的影响。鉴于NPG所具有的这些特殊优势, 因此, 对其研究以及开发是具有重要的理论以及实际意义的。本文对NPG及其凝胶质的获得方法、种类、形成以及应用等方面进行了介绍, 试图让人们了解这一新兴的、跨学科的研究领域。

钾元素在地壳中的储量丰富、来源广泛, 且物理化学性质与锂元素相似, 在离子电池领域中具有广阔的发展前景。但相比于锂离子, 钾离子半径较大, 在材料体相中的迁移速度较慢, 并使得材料承受较大的结构应力, 从而导致钾离子电池的电化学性能优势不足。因此, 开发具有稳定结构、能够可逆嵌脱的正负极材料和与之相匹配的电解液, 成为钾离子电池目前研究的热点话题。本文主要从钾离子电池的正极材料、负极材料以及电解液三方面来介绍钾离子电池在国内外最新研究进展, 并对钾离子电池未来发展方向做出一定的展望。