硼元素因其独特的价层电子结构——价电子数少于价轨道数,而拥有一个空的p轨道,其三配位化合物既可以和邻近的π体系产生有效共轭,又可以容易地与路易斯碱发生络合,形成四配位化合物。将硼元素引入传统的光电功能分子当中,往往能给整个体系带来独特的光电性质,这已成为新型有机光电功能分子设计的重要思路。本文围绕硼元素的三配位化合物和四配位化合物,从分子设计理念、化合物光电性质、相关器件的结构与效率等方面对含硼有机光电功能分子及其器件的研究进展进行综述,并对其未来发展做出展望。

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。

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。

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。

提高电压是提高锂离子电池比能量的重要途径之一。例如,LiNi0.5Mn1.5O4（4.7V）、LiNiPO4（5.1V）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。

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。

表面等离子激元是物理效应在光催化技术应用中的典型代表之一,作为新型光场调控技术为光催化技术的发展开辟了新的方向和思路,能够从全新的角度解决光催化技术的发展瓶颈,在过去十年来得到了广泛的研究。局域表面等离子体共振效应能够通过调节纳米颗粒的组成、形貌和介质环境等因素调控光催化体系的光谱响应范围。除此之外还能够通过增强光散射、热电子注入、诱导产生强烈的局域电场、加热周围环境等方法来增加光催化剂的氧化-还原反应速度、物质传输以及极化光催化材料表面的吸附分子,从而进一步增强材料的光催化性能。将这些优势集成到光催化材料体系中,能够显著提高传统光催化材料的太阳能转换效率,这是一个非常值得关注的发展方向。本文综述了局域表面等离子体共振效应在光催化技术中应用的基本原理、调控规律和应用等方面的研究进展,着重讨论了热电子的产生和迁移过程,贵金属中带间跃迁和表面等离子体共振效应的制约关系。最后,总结了表面等离子体光催化剂所面临的问题和挑战,并进行了相应的研究展望。

柱芳烃是一类具有柱状空腔结构的大环主体,近年来逐渐成为主客体作用构筑超分子体系的重要模块之一。柱芳烃家族包含柱[5]芳烃到柱[15]芳烃等成员,其中柱[5]芳烃为热力学稳定产物,合成产率最高；其次为柱[6]芳烃。柱[5]芳烃或柱[6]芳烃可做为主体,参与构筑[1](准)轮烷、[1](准)索烃等机械自锁结构,以及[n]轮烷(n≥2)、[2]索烃、雏菊链等机械互锁结构；体系中独立分子之间存在相对运动,如轮烷中柱芳烃在轴线上可以进行穿梭运动；丰富的衍生基团赋予柱芳烃互锁结构相应的功能,如手性翻转、荧光共振能量转移、超分子凝胶、Langmuir膜、催化反应等,甚至基于柱芳烃轮烷还可构筑更复杂的树枝状分子。本文综述了柱芳烃超分子互锁体系的研究进展,详细阐述了基于柱芳烃的互锁结构的合成方法及其功能化并讨论了其在构筑分子器件及其他超分子复杂体系方面的应用前景。

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。

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。

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。

光热脱盐技术在缓解水资源短缺和减少水环境污染等方面具有重要的应用前景,已吸引了各国研究者的广泛关注。光热脱盐主要是利用光热转换材料将吸收的太阳光能直接、高效地转化为热能,以蒸发水分实现含盐水脱盐和水质净化,其效率取决于光热转换材料的性能。本文综述了近年来太阳能光热转换材料如金属基材料、碳基材料、半导体材料、有机聚合物材料、复合光热材料的研究现状及其光热转换机理,并介绍了光热转换材料在脱盐领域的应用进展。基于上述分析,对光热转换材料在未来脱盐领域的研究前景进行了展望,提出应针对光热转换材料的低强度全光谱吸收和高效转化利用、光热稳定性和重复使用性提高,以及光热脱盐系统的热传递损失最小化和热量利用最大化等方面进行深入探析。

多巴胺又名4-(2-乙氨基)-苯-1,2-二酚,具有官能团丰富,吸附位点多以及良好的生物相容性等众多优势,近年来,利用多巴胺研制纳米复合功能材料及环境应用是重要研究方向之一。本文从多巴胺结构特性以及自聚组装机理入手,介绍了将聚多巴胺涂布于不同基底材料进行改性,总结性能优异的多巴胺纳米复合材料的制备方法及在污水处理方面的应用进展及应用前景。

硅藻土是一种由硅藻遗骸所形成的多孔材料,具有比表面积大、抗腐蚀性好和绿色无毒等优点。作为一种原料易得且价格低廉的吸附与催化载体材料,硅藻土在水处理方面表现出广泛的应用前景。天然硅藻土中含有不同比例的金属氧化物杂质,会降低硅藻土的孔隙率和影响其吸附及催化活性。因此,表面修饰和复合改性增强硅藻土吸附及催化性能是目前硅藻土材料应用于水处理方向的研究重点。本文从吸附和光催化原理出发,分析了不同表面修饰及复合改性方法对硅藻土结构与性能的影响,总结了硅藻土基材料在有机废水,富营养污水和重金属离子废水等污水处理方面的应用进展,并对硅藻土基吸附与光催化材料的发展和研究方向进行分析和展望。

铜离子在不同细胞生理过程中作为催化辅助因子起着很重要的作用,但是体内铜离子浓度出现异常也会导致疾病甚至死亡。与铜离子相比,汞离子是各种重金属污染物中最普遍、最危险的一种。因此,对它们高灵敏度、高选择性检测具有非常重要的意义。荧光探针法由于具有灵敏度高、快速便捷、可视化和原位无损检测等优点而成为Cu2+与Hg2+离子重要的检测手段之一。本文总结了近几年基于小分子Cu2+和Hg2+离子双识别荧光探针的设计合成、性能及其在分析方面的研究与最新进展,并展望了此类荧光探针未来的研究与发展方向。

汞离子是毒性最大的重金属之一,对环境和人体都会造成严重的不良影响,开发能够快速检测环境中汞离子的分析方法引起了越来越多的关注。纳米材料由于其优良的光学性能和良好的稳定性,被广泛用于环境中汞离子的检测。本文主要综述了近年来一些代表性的基于纳米材料的汞离子荧光、比色传感器。根据纳米材料的不同,将这些传感器分为基于金、银、碳和硅基材料,以及量子点、有机纳米颗粒和其他纳米基材料的荧光、比色传感器,并分别从设计原理、识别性能和实际应用等方面对这些传感器进行了描述和讨论。最后对该领域的研究和发展提出了展望。

氢气的燃烧热值高(285.8kJ/mol),且燃烧时只生成水不生成任何污染物,被认为是理想的能源载体。模拟自然界光合作用系统活性中心的结构和功能,利用光催化分解水制取氢气是将太阳能转换为化学能的重要方式,也是人工光合成的重要内容。本文对近年来国内外人工光合成制氢领域取得的重要进展进行了总结,并对人工光合成制氢的发展趋势和前景进行了展望。

二苯丙氨酸二肽是导致阿尔兹海默症的β-淀粉样蛋白的关键识别序列。因其结构简单、组装性能优异,日益成为分子组装领域构筑功能材料的"明星"基元。目前,围绕二苯丙氨酸二肽及其衍生物的可控组装,人们已经开展了大量的研究工作,包括分子设计、结构调控和功能应用等。本课题组利用分子组装技术,通过调节分子间相互作用,实现了二苯丙氨酸二肽组装体的可控制备,并探索了它们的光学性质以及潜在应用。本文归纳分析了二苯丙氨酸二肽组装体的光功能化方法,详细介绍了这些短肽基光功能材料在光波导、光学成像、光动力治疗、光学制造和光催化等领域的应用,并初步提出了今后可能的发展方向。

"配位空间"(CoordinationSpace)是无机-有机杂化体系中的构筑基元通过配位键连接形成的具有特定结构和功能的空间。这一概念为基于配位键的框架体系的定向构筑与结构-性能调控提供了新的视角。作为典型的无机-有机杂化材料,金属-有机框架(Metal-OrganicFramework,MOF)及金属有机笼(Metal-OrganicCage,MOC)等近年来受到广泛关注。这类材料的构筑与性能调控的核心可以认为是对其配位空间的结构设计与性能调控。具有刺激响应性的MOF可展现动态的配位空间,使其在吸附分离、传感、药物投递等方面具有重要的应用前景。本文将以动态金属有机框架的相关研究为基础简述动态配位空间研究的近期进展,包括其动态行为产生的结构基础、诱发因素及相关性能,归纳结构-性能的关系,为相关研究提供参考。

传统的傅-克酰基化反应以酰氯或酸酐作为酰化剂、路易斯酸作为催化剂。大量路易斯酸催化剂及反应产生的氯化氢都需要后处理,并且酰氯对湿度敏感,储存及使用过程中易发生危险。而以三氟乙酸酐作为活化剂、直接以羧酸作为酰化剂的酰化反应不需要事先将羧酸制成酰氯、酸酐或酰胺,且活化剂三氟乙酸酐及副产物三氟乙酸都能很容易地通过蒸馏回收,因此,这类酰化反应能有效解决传统的傅-克酰基化反应所存在的问题。本文综述了近20年来以三氟乙酸酐作为活化剂、直接以羧酸作为酰化剂的酰化反应方法的发展,以及其在功能有机分子、药物分子和天然产物合成中的应用。