超硬材料网

       1、Progress in Polymer Science综述：用于水处理的电纺聚合物纳米纤维膜的进展：制造，改性和应用

图1 静电纺丝中纳米纤维形成示意图

       膜技术的研究已成倍增长，以用于处理废水，回收污染的水，并提供更多的淡水。电纺纳米纤维膜（ENMs）由于其独特的性质，例如高达90％的高孔隙率和大的比表面积而显示出极大的应用于膜过程的潜力。与其他纳米纤维制备技术相比，静电纺丝技术能够通过设计特殊的组件来开发纳米纤维支架的独特结构，并且通过结合多功能材料，可以很容易地将纳米纤维功能化。近日，南洋理工大学的Wang Rong教授（通讯作者）等人总结了电纺聚合物膜的制造和改性方面的最新进展，特别强调了它们在水处理应用中的进步、挑战和未来的改进方向。文章首先简要介绍了静电纺丝的复杂过程，阐述了聚合物溶液的固有性质、操作参数和周围环境条件对纳米纤维和纳米纤维膜形成的影响，总结了静电纺丝设备的各种设计。随后回顾了制备多功能复合ENM的方法，包括纳米纤维的改性，将目标分子加载到纳米纤维表面，以及在ENM表面实施选择性层。随后作者提供了关于过去在水处理中使用复合ENM的成就和当前挑战的综合讨论。

       2、Progress in Polymer Science综述：一维聚合物纳米结构在阳极氧化铝模板的纳米孔中的分子自组装

图2 PMMA被限制在半径为R的二维圆柱体中的示意图

       一维（1D）聚合物纳米结构由于其独特的性质以及在诸如传感器，晶体管，分离，存储和光伏电池等领域中的许多潜在应用而受到关注。近日，九州大学的Atsushi Takahara 教授（通讯作者）等人对由阳极氧化铝（AAO）模板制备的一维聚合物纳米结构的研究活动进行了回顾。 详细介绍了利用AAO模板制备聚合物纳米结构的方法，包括聚合物熔体渗透法、聚合物溶液渗透法和化学合成法。 根据聚合物的分子结构，研究并展示了七种聚合物，无定形均聚物、无定形 - 无定形嵌段共聚物、无定形/无定形聚合物共混物、半结晶均聚物、半结晶/无定形聚合物共混物、半结晶 - 无定形嵌段共聚物和纳米孔中的半结晶 - 半结晶嵌段共聚物。

       3、Nature Reviews Materials 综述：广泛可调谐的半导体合金纳米材料带隙工程

图3 典型半导体及其合金的带隙和晶格常数

       在过去十年中，通过把不同的单个半导体合金化，开发具有各种带隙的纳米级半导体材料的研究已经取得了巨大的进步。这些材料包括传统的II-VI和III-V半导体及其合金，无机和混合钙钛矿，以及新兴的2D材料。近日，加州大学伯克利分校的杨培东、窦乐添和清华大学的宁存政教授（共同通讯作者）等人介绍了这些材料的一个重要的共同特征，它们的纳米级尺寸导致了在不同组成的整体结构内或衬底与靶材料之间的晶格失配的大容限度，这能够进而实现任意合金组成的控制。因此，这些合金的带隙可以被广泛调节，而不会在散装材料中存在不可避免的有害缺陷。这些缺陷对晶格失配具有有限的容限。这类纳米材料可能对光子应用产生深远的影响，包括可调激光器、固态照明、人造光合作用和新太阳能电池。

       4、Chemical Society Reviews 综述：二维硼材料的结构，性质和应用

图4 各种硼结构的概念几何前体

       硼在元素周期表中的金属和非金属之间，是化学性质最通用的元素之一，可以形成至少十六个由连接的硼多面体构成的大块多晶型物。在低维度，硼化学更加耐人寻味，因为具有几个到几十个原子的硼簇，有利于形成平面或笼状结构，在构象和电子结构方面与碳相似。由于硼和碳之间的相似性，人们提出了是否存在稳定的二维（2D）硼的问题，从中可以构建其他硼纳米结构。近日，莱斯大学的 Boris I. Yakobson教授（通讯作者）等人回顾了目前在实现硼原子层的理论和实验方面的进展。首先描述为了理解硼团簇的尺寸依赖结构而进行了十年的努力，然后介绍了理论上如何在将硼团簇外推到二维形式，从独立状态到基底上以及探索在实际路线方面发挥作用。虽然二维硼已被揭示具有不寻常的机械、电子和化学特性，但在实际应用中因为缺乏从底物转移的路线以及质量样品的受控合成，因此实现其潜力仍然受到很大的阻碍。

       5、Chemical Society Reviews 综述：将生物质衍生的纳米结构碳及其复合材料作为锂离子电池的负极材料

图5 LIB中的生物质来源的碳及其复合物作为阳极示意图

       日益增长的能源需求刺激了锂离子电池（LIB）的研究活动。作为地球上丰富的可再生能源的生物质能，在开发可持续生物质衍生碳及其高性能复合材料方面发挥了积极作用。与其他材料（例如硅，锡，金属氧化物等）不同，生物质衍生的碳及其复合材料，由于其成本低、绿色环保合成等优点，越来越多地应用于LIB，并且具有易于获得、可持续发展，以及可以提高电池性能，包括容量、循环性能和稳定性/耐用性的优点。近日，辽宁石油化工大学的龙文宇、Yan-Jie Wang和英属哥伦比亚大学David Wilkinson 教授（共同通讯作者）等人重点关注了生物质来源的碳及其复合材料在LIB阳极中的作用，并将其作为了构建可再生材料与电化学储能装置之间密切联系的战略指南。此外，该综述提供了生物质来源的碳及其复合材料LIB阳极的重要分析和比较，以及对该领域其他挑战和未来的方向的重要见解。

       6、Chemical Society Reviews 综述：无机纳米粒子作为磁共振成像造影剂的工程

图6 影响MRI的因素：CAs的纳米级的尺寸、表面和形状效应

       磁共振成像（MRI）由于其精细的软组织对比度、高空间分辨率、较少的电离辐射和广泛的临床适用性，因此是一种非常有价值的非侵入性成像工具。对比剂（CA）可用于进一步提高MRI的敏感性以获得信息丰富的图像。最近，广泛的研究工作集中在设计和合成高性能无机纳米粒子CAs，以提高MRI的质量和特异性上。近日，中科院上海硅酸盐研究所的施剑林、Dalong Ni，华东师范大学的步文博，威斯康星大学的蔡伟波教授（共同通讯作者）等人详细阐述了CAs对MRI的基本规律，包括金属离子的选择、电子运动对水分弛豫的影响及其作用机制。具体讨论了各种设计原理，包括尺寸控制、表面改性（例如有机配体，二氧化硅壳和无机纳米层）和形状调节以影响水分子的松弛。对这些因素如何工作的全面了解，可以指导未来无机纳米粒子的高弛豫性工程。最后，文章总结了当前可获得的高性能CA的方法及其机制，并讨论了纳米微粒CA在MRI中临床转化的挑战和未来发展。

       7、Chemical  Reviews 综述：电化学阳离子反应中间体

图7 反应中间体电化学池法示意图

       电化学是作为产生活性中间体如有机阳离子的有力方法。 一般来说，有两种方法使用反应中间体来进行化学反应：（1）在反应伴侣存在下产生;（2）在没有反应伴侣的情况下产生，在溶液中积累为“池”，随后在反应中添加反应组分。 因为活性中间体通常是短暂的瞬态物种，因此前一种方法更受欢迎；但后一种方法更灵活且多样化。近日，京都大学的Jun-ichi Yoshida 教授（通讯作者）等人重点介绍了后一种方法，并提供了使用现代电化学技术及其随后添加的亲核反应组分的反应，将阳离子活性中间体作为“池”产生和积累的方法进行了简要概述。

       8、Accounts of Chemical Research综述：应用X射线衍射和电子晶体学解决复杂结构问题

图8 复杂结构的表征手段

       自然界中所有的结晶材料，无论是无机的、有机的，还是生物的、宏观的或微观的，都有自己的化学和物理性质，这些物质强烈依赖于它们的原子结构。因此，结构测定在化学、物理、材料科学等方面是非常重要的。其中，最广泛使用的是运用X射线晶体学（单晶X射线衍射（SCXRD）和粉末X射线衍射（PXRD））来测定结晶材料的结构。虽然SCXRD和PXRD在许多情况下都是成功的，但是许多原因限制了其应用。另一种最有价值的技术结构测定是电子晶体学（EC）。特别是对于太小的晶体，不能通过SCXRD进行研究，或对于PXRD太复杂，以电子为探针，单独的EC也可以用于结构测定。由于电子与物质的相互作用强于X射线，因此可以从纳米晶体中获得电子衍射（ED）图案和高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）图像。然而，收集一整套ED图案或记录良好的HRTEM图像需要相当多的电子显微镜和晶体学操作的专业知识。电子和材料之间的强烈相互作用也可能导致动力学效应和光束损伤。这些困难使得ED模式和HRTEM图像的结构确定不直接。近来，人们已经开发了两种三维（3D）电子衍射技术，自动电子衍射断层扫描（ADT）和旋转电子衍射（RED），其以自动方式执行数据采集。虽然新开发的3D电子衍射技术（ADT，RED）的动力学效应显著降低，但是对于某些结构，由于光束损伤而获得的初始模型仍然存在问题。上述X射线衍射和EC方法都是强大的技术，但有其自身的局限性。在许多复杂的情况下，单独的一种技术还不足以解决晶体结构，提供补充结构信息的不同技术必须相互支持才能进行完整的结构测定。近日，北京大学的孙俊良教授（通讯作者）等人对X射线衍射（PXRD和SCXRD）和EC（HRTEM和ED）在结构测定中的优缺点进行了总结，包括对X射线衍射和EC解决复杂结构应用的问题，如峰值重叠、杂质、伪对称和结对、无序框架、定位客体、非周期结构等。此外，文章对结构测定的一些最新进展也做了简要介绍。