碳量子点(CQDs)一般是指粒径小于10 nm的零维碳材料,因其具有优良的光学特性而在生物成像、光学器件、生物复合材料和生物传感等领域得到广泛应用,并有望成为未来应用最广泛的一种碳材料。CQDs的光学特性受粒径、表面官能团及合成的条件(如温度、溶剂的种类和pH等)的影响,为了精准调控其光学性能以及进一步扩大其应用范围,需对其光致发光(Photoluminescence,PL)机制进行详细研究。然而,CQDs的PL机制尚不完全明确,目前,已提出的PL机制有量子限域效应、表面态发射、碳核和荧光分子、多环芳烃分子发射、自陷激子模型、表面偶极子发射中心、聚集发射中心、多发射中心、缓慢的溶剂弛豫和溶剂化效应等。但这些发光机制都只能在一定程度上解释CQDs的部分PL现象,还没有一种机制能解释CQDs的所有PL现象,严重制约了对CQDs光学特性的调控。本文对CQDs不同的PL机制进行分类和总结,希望为进一步阐明其PL机制及实现CQDs 光学特性的可控调节提供参考。

氨是一种重要的化肥生产原料和清洁能源载体,在工业上主要通过哈伯法合成,但该工艺反应条件苛刻,需要高温高压并消耗大量的化石能源。因此,开发能耗低、反应温和的合成氨方法,对于缓解能源和环境的双重压力具有重要的现实意义。近年来,在温和条件下通过电催化氮还原反应(NRR)合成氨有望替代哈伯法,但该技术的重点在于设计合理的电催化反应体系并开发高效的催化剂以提升缓慢的NRR动力学过程。为此,本文从电催化合成氨的反应机理出发,介绍了电催化氮还原体系的构建,综述了近年来电催化氮还原催化剂的发展现状,重点总结了提升NRR催化剂活性的设计策略,并对这一新兴领域面临的挑战和潜在的应用前景进行了合理的展望。

石墨烯气凝胶是由二维石墨烯片层组装成的三维宏观材料,因其孔隙率高、比表面积大和密度低等特点在水体污染物的吸附去除方面具有广阔的应用前景,已成为当今的研究热点。然而相关研究大多集中在块体石墨烯气凝胶,对于气凝胶小球的研究较少。本文结合相关领域的最新研究进展,综述了石墨烯基气凝胶小球的制备方法,包括静电喷雾、静电纺丝、微流控和湿纺等方法;以湿纺法为代表,分析了气凝胶小球的成型影响因素,如GO分散体的浓度和黏度、挤出参数、凝固浴的种类和浓度等;并进一步分析了可用于调节材料孔径的因素,例如通过控制GO浓度、GO片层尺寸、冷冻处理的温度等可实现在一定范围内材料孔径的调整。针对废水中处理对象的不同,设计吸附性能、循环使用性能优异及微观形貌可控的石墨烯基气凝胶小球并寻求制备方法的优化与创新仍是未来探索的重点。

随着能源和环境问题的日益突出,构建可持续发展、绿色环保和新型高效的能源体系,成为当今世界关注的焦点。由于太阳能清洁、低成本和环境友好等特性,利用太阳能光催化制氢成为解决能源问题的有效策略。单一的半导体光催化剂由于光的利用率低、电荷空穴易复合和缺少充足的活性位点等缺点,很难满足光催化的所有要求,常引入助催化剂来解决这一问题。负载助催化剂可以促进电荷分离,提高光催化效率。本文主要介绍助催化剂在光催化制氢中所起的作用,比如增强光的吸收、促进电荷分离、增加活性位点、提高H的吸附能力等,同时介绍了助催化剂的负载方法;总结了助催化剂对于活性的影响因素,包括尺寸效应、位置效应、构型效应、数量效应等,为设计高效稳定的助催化剂提供思路。最后对光催化制氢的助催化剂的未来发展进行展望。

羟基脂肪酸支链脂肪酸酯(branched fatty acid esters of hydroxy fatty acids,FAHFAs)是一类新发现的生物活性脂质分子。FAHFAs在哺乳动物体内具有重要的生理功能,如改善葡萄糖耐量、增强胰岛素敏感性、维持血糖稳态和抗炎等。目前,FAHFA相关研究已成为脂质领域研究的一个新方向,受到科学家们的关注。本文总结了自FAHFAs发现至今的主要研究成果,从FAHFA的生理功能、代谢、生物体内的储存形式、分析检测和化学合成等五个方面进行介绍,以期为未来FAHFAs领域的研究提供一些借鉴。

光子晶体生化传感分析是基于光子晶体的结构特性将生化信号放大或转换为光电可读信号,并通过仪器或肉眼进行定量或半定量分析的方法。本文围绕着光子晶体生化传感器的材料选择与构建、传感机理、设计及应用三方面进行综述。在材料选择与构建上,本文从单分散胶体颗粒、电磁复合胶体颗粒、纳米线、金属-有机框架等方面进行综述;在传感机理上,本文就光子晶体结构色原理、慢光效应及光电转换机理三方面进行简要总结;在设计及应用上,从光子晶体与光相互作用效果的角度重点论述了可视、荧光增强、拉曼增强、消逝波增强、表面红外吸收增强以及光电信号增强等光子晶体生化传感器的研究现状。最后,对光子晶体生化传感器的研究前景进行了展望。

微流控芯片技术作为21世纪极具代表性的微型分析平台技术之一,以其试剂消耗低、分析微型化、可集成化、易于控制、自动化和良好的生物相容性等优点而成为研究热点,在生物、医学、食品和环境等多个领域都有杰出表现,尤其是药物筛选领域。其中备受关注的浓度梯度微流控芯片更是取得了显著成果。本文综述了近年来用于药物筛选的浓度梯度纸基芯片、浓度梯度水凝胶芯片、浓度梯度液滴芯片、浓度梯度聚二甲基硅氧烷(PDMS)芯片的研究进展;同时对浓度梯度微流控芯片在单细胞分析、组合药物筛选、三维(3D)细胞培养和细胞微环境模拟等方面的应用及优缺点进行了阐述,并在此基础上对其发展前景进行了展望。

聚合物微针自身具有良好的机械性能和优异的生物相容性,能以微创的方式刺穿皮肤角质层,实现药物的高效经皮吸收,从而有效治疗各种疾病,如糖尿病、癌症、肥胖以及眼部疾病等。如何调控聚合物微针中负载药物的释放行为,是微针经皮给药需要关注的核心要素。刺激响应释放聚合物微针作为一种新兴的按需给药技术,能根据外界环境条件或自身生理环境变化实现药物的局部精确释放,是当前经皮给药领域的研究热点之一。目前,刺激响应聚合物微针的研究主要集中在光响应、pH响应、酶响应以及葡萄糖响应聚合物微针方面。本文将从微针在不同疾病中的应用,详细综述刺激响应聚合物微针的研究进展,并对这一领域的未来发展进行展望。

对高性能超级电容器不断增长的需求促进了电极隔膜和电极材料的快速发展。静电纺丝法制备的纳米纤维具有较高的孔隙率、较好电化学活性、较大的表面积以及良好的结构稳定性等优点,已被广泛应用于超级电容器的隔膜和电极材料。本文简要综述了近年来电纺纳米纤维在超级电容器用隔膜和电极材料的研究进展;着重讨论了通过静电纺丝和其他后处理方法制备的碳基纳米纤维、碳基复合纳米纤维、导电聚合物基复合纳米纤维和金属氧化物纳米纤维等用于超级电容器的电极材料。研究表明,多孔结构的构建、活化处理以及杂原子掺杂可以提高碳纳米纤维的比表面积、电化学活性、润湿性和石墨化程度,从而增强其电化学性能。此外,通过共混、化学沉积和电化学沉积等方法,将碳纳米纤维与金属氧化物、导电聚合物结合,可以改善其电容、倍率性能和循环稳定性。最后,提出上述研究中存在的问题,并对未来静电纺丝纳米纤维材料在超级电容器的发展前景进行了展望。

HO₂自由基与环境大气气溶胶的非均相反应是HO₂自由基的重要汇之一,对大气氧化能力有重要影响,对大气颗粒物的物化性质等进一步产生影响。HO₂的非均相反应过程的定量描述对不同地区大气氧化性与臭氧生成能力等问题的探求具有重要意义。目前不同研究小组测量的摄取系数可相差3到5个数量级,深入探究不同条件下不同种类气溶胶对HO₂自由基的非均相摄取机制,对摄取机制进行参数化表达,并准确测量摄取系数是量化其环境影响的关键。本文深入介绍了HO₂非均相摄取的原理与参数化表达,总结了已有的研究结果与进展,对不同的影响因素进行总结分析,并对此领域未来的发展方向提出建议与展望。

臭氧污染是我国目前面临的突出环境问题,臭氧及其室内反应形成的二次污染物危害着人体健康。室温催化分解是避免空气臭氧污染的有效方法,本文首先总结了碳、沸石、贵金属与过渡金属氧化物等材料的臭氧催化分解性能;然后聚焦锰氧化物,比较分析了不同锰氧化物的臭氧催化活性,阐述了锰氧化物催化分解臭氧机理的研究进展。水蒸气导致的失活是当前臭氧催化剂研发面临的主要挑战,对臭氧催化分解与失活机理的深入认识是指导高效抗湿臭氧催化材料研发的关键。

新兴有机污染物在水环境中广泛存在,对生态环境和人体健康都有潜在危害,如何去除水环境中的新兴有机污染物成为研究人员日益关心的问题。高价锰、铁,主要指高锰酸钾(Mn(Ⅶ), KMnO₄)、高铁酸钾(Fe(Ⅵ),K₂FeO₄),是两类高效且环境友好的无机水处理药剂,可以高效地去除新兴有机污染物,因而备受人们关注。同时,高价锰、铁在降解新兴有机污染物过程中具有相同或者相近的化学性质和相近的化学行为。当前,关于高价锰、铁氧化降解新兴有机污染物的研究主要集中在构建动力学模型,解析中间价态的锰、铁的作用,阐述与其他物质或工艺联用时可能产生的自由基的作用及其在实际水体中的应用。本文综述并比较了高价锰、铁氧化降解新兴有机污染物的动力学模型、中间价态离子的作用、自由基的作用和在实际水体中的氧化特性。

锂硫电池具有高理论比容量( 1675 mAh /g) 和高能量密度( 2600 Wh /kg),被认为是极具应用潜力的电池体系,因此被广泛研究和关注。然而硫的导电性差、利用率低以及多硫化物的穿梭效应等问题使得锂硫电池的循环性能不理想。为了克服穿梭效应的影响,近年来很多研究工作集中在功能隔膜的设计制备研究方面,通过修饰的隔膜抑制穿梭效应,提高Li-S电池循环稳定性。本文总结了二维(2D)材料修饰隔膜方面的最新研究进展,并对未来的研究方向提出了思考并进行了展望。

与有机荧光染料、量子点等传统发光材料相比,稀土上转换发光纳米材料(UCNPs)具有反斯托克斯位移大、发光谱带多且狭窄、荧光寿命长、光化稳定性高、无光闪烁和光漂白等独特优势,将其与图形编码、防伪印刷技术结合可获得难以仿冒的隐形荧光图案,这已经成为防伪安全领域的应用研究热点。本文首先介绍了UCNPs的上转换发光机理及其合成方法,然后阐述近年来UCNPs在防伪安全领域的研究现状,归纳总结出上转换防伪安全图案的四种形式(NIR单波长激发、NIR双波长激发、NIR/UV双波长激发以及三波长激发)。最后,本文指出UCNPs应用于防伪安全领域所面临的问题与挑战,并对未来的发展方向进行了展望。

近年来我国的燃料电池技术及产业发展迅猛,然而大量使用Pt基贵金属催化剂所带来的高成本问题仍然是制约其发展最为重要的因素之一。开发和研究具有更高催化效率的Pt基贵金属催化剂对于促进燃料电池技术和产业的发展具有十分重要的意义。具有三维特殊形貌/纳米结构的Pt基催化剂是近年来出现的一类极其重要的低Pt催化剂,这类催化剂由于具有特殊的形貌和结构,其Pt质量比活性可以数倍数十倍地高于目前广泛使用的Pt碳类催化剂。本文着重介绍了近年来具有三维特殊形貌的Pt基催化剂(如纳米框架结构、花状结构、纳米笼结构、海胆结构等)的研究进展以及这类催化剂在燃料电池中的应用的研究进展。同时,指出了这类催化剂尚存在的不足和面临的挑战,并对这类催化剂的未来的研究和应用作了展望。