石墨烯基金属氧化物纳米复合结构材料的制备及应用于水体中污染物的吸附研究进展

石墨烯及氧化石墨烯材料具有良好的物理化学性质、巨大的比表面积,使其适合成为水处理中的吸附剂用于污染物的去除.石墨烯基金属氧化物纳米材料,兼具石墨烯和金属氧化物纳米粒子的固有特性,金属氧化物纳米粒子的存在不但阻止石墨烯的团聚,石墨烯基材料也进一步防止了纳米粒子的凝聚,两者共存产生协同效应,使复合材料具有更大的比表面积和吸附效能用于污染物的去除.本文综述了用于环境中污染物去除的石墨烯基金属氧化物的种类、不同复合材料的性能以及复合材料对水体中重金属离子、有机污染物的吸附性能等,探讨污染物去除机理,并进一步展望适合于不同种类污染物去除的石墨烯基金属氧化物的结构性能特点.     

碳纳米管和石墨烯人工肌肉

碳纳米管、石墨烯是近20年崛起,集优异的电学、力学、电化学、电机械等性能于一身的新型纳米材料,在材料、能源、环境、尤其在人工肌肉领域已取得了卓越的进展和成果.人工肌肉是一类能将外部刺激如光、热、电等转换成机械能输出的驱动器.碳纳米管和石墨烯离子型驱动器以其能在较低的电压下,表现出大的弯曲形变和高的空气中循环稳定性,在众多种类的驱动器中成为了科学研究的重点.该驱动器由两电极层以及夹在两电极层之间的聚合物电解质层组成,其致动过程主要受电场下离子在电极层和电解质层中的扩散迁移控制.本文主要综述了碳纳米管和石墨烯作为电极的离子型驱动器工作原理、发展现状;分析了碳纳米管和石墨烯离子型驱动器发展中限制驱动性能进一步提高的几个关键性问题以及遇到的挑战;在此基础上,提出一些具有建设性的方案以及对未来碳纳米管和石墨烯离子型驱动器领域的展望.     

基于碳纳米材料的柔性透明导电薄膜研究进展

随着电子器件的便携化发展,柔性电子器件越来越引起人们的关注.透明导电薄膜同时具有良好的导电性和光学透过性,已作为电极被广泛应用于光电功能器件领域.然而,目前普遍使用的透明导电材料氧化铟锡(ITO)由于含有储量有限的铟元素而存在成本高的问题,并且由于氧化物本身的脆性,其所制薄膜的柔性也不理想,并不能完全满足目前柔性电子器件的发展要求.因而,对于可替代ITO的其他廉价、可大量制备、具有优异性能的柔性透明导电薄膜的研究近年来受到研究者的广泛关注.碳纳米材料因同时具备高的电子传输率、透光率以及良好的机械柔性可以满足目前柔性电子器件的应用需求,此外,碳纳米材料更具备来源广泛、制备方式灵活多样等特有优势,可以降低材料和生产成本,因而更具有实用价值.本文简要综述了近几年基于碳纳米材料(以碳纳米管和石墨烯为主)的柔性透明导电膜的研究工作,结合材料制备和性能调控以及薄膜制备(特别是连续化制备)的方法,阐述了该领域最近的研究成果及应用,最后简要讨论了基于碳纳米材料的柔性透明导电薄膜目前存在的问题及可能的发展方向.     

石墨烯的生物安全性研究进展

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料,具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景,被认为是一种未来革命性的材料.随着石墨烯在实际中的大规模生产和广泛应用,其生物安全性问题也备受关注.大量报道认为石墨烯是一种生物相容性良好的碳纳米材料,部分研究却发现石墨烯具有一定的生物毒性.石墨烯的生物毒性主要依赖于其理化性质(大小、形状、表面电荷、官能团等),与其使用剂量也密切相关.近年来,研究发现石墨烯纳米材料作用于不同生物体会表现出完全迥异的生物毒性.基于此,本文综述了近年来关于石墨烯在细胞毒性、动物毒性和抗菌性方面的研究进展,以期为石墨烯生物安全性评估和生物医学应用提供参考.     

铜表面化学气相沉积石墨烯的研究进展:生长行为与控制制备

以铜作为基体的化学气相沉积法(CVD)是近年来发展起来的制备石墨烯的新方法,具有产物质量高、层数均一等优点,已成为制备大面积、单层石墨烯的主要方法.本文围绕铜表面CVD控制生长石墨烯,结合对石墨烯的结构和生长行为的初步认识,介绍了质量提高、层数控制以及无转移生长等控制制备方面的最新研究进展,并展望了该方法制备石墨烯的可能发展方向,包括大尺寸石墨烯单晶以及不同堆垛方式的双层石墨烯的控制生长等.     

石墨烯扭转结构的前沿研究进展

石墨烯间的扭转打破了传统的Bernal堆叠形式,在形成摩尔超晶格的同时引起了电子能带结构的重构.因此,扭转角作为石墨烯结构参数之一逐渐引起人们的注意.此前关于扭转石墨烯的研究多停留于理论阶段,而随着制备手段和理论研究的发展,研究者逐渐开始探索石墨烯扭转结构对其性能的影响规律.近年来,在魔角石墨烯中观察到的超导态和铁磁性引发了人们对于石墨烯扭转结构的大量关注和讨论.这些在常规碳材料中闻所未闻且未曾被预料到的奇特性质表明,以魔角为代表的扭转石墨烯中仍存在着诸多亟待解决的物理学问题.本文针对扭转石墨烯,特别是魔角石墨烯,围绕其制备方法、电子结构、表征手段和功能特性4个方面进行了较为全面的总结,提出了该领域现存的问题,并展望了扭转石墨烯相关研究的发展趋势.     

不同元素掺杂的石墨烯量子点的光致发光行为

石墨烯量子点(graphenequantumdots,GQDs)作为一种新型石墨烯材料,具有许多优异的物理化学性质,尤其是其独特的光致发光(photoluminescence,PL)特性以及低毒性的本质,在生物成像以及医学分析等领域展示出很好的应用前景,但是目前制备的GQDs存在发光效率低、发光机理不明确、缺乏有效的发光调控手段等问题.为提高GQDs的PL性能和进一步明确其发光机理以及增加发光调控手段,本文以电化学法和水热法制备了GQDs以及Cl, N, P, S 4种元素掺杂的GQDs,通过X射线光电子能谱分析(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)、傅里叶转换红外光谱(Fourier-transform infrared spectroscopy, FT-IR)、拉曼光谱(Raman spectra)等测试手段,表征了不同元素掺杂的GQDs的元素组成和结构缺陷,分析了杂原子在GQDs中的位置以及成键模式.通过荧光光谱仪测试了其PL性能并分析了各种GQDs的发光增强和减弱机制.Cl以及N的掺杂能够形成发光中心,提高GQDs的发光强度,相比未掺杂GQDs,Cl-GQDs发光强度增加了1倍;S元素的掺杂则形成少量猝灭中心,发光强度较未掺杂GQDs略有下降;而P的掺杂形成大量猝灭中心,导致P-GQDs几乎无发光.     

金属衬底上石墨烯生长机理研究进展

石墨烯作为一种新型的二维碳材料,在高性能纳米电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域具有非常重要的应用前景.然而,大规模可控合成高质量的石墨烯仍然面临巨大的挑战,其中比较有效的方法之一是在金属衬底上生长石墨烯.本文总结了近年来在金属衬底上生长石墨烯的机理研究方面取得的重要进展,从初始阶段、成核阶段、长大过程3个方面进行了介绍,最后还介绍了氢气在石墨烯生长过程中所起的重要作用,以期对石墨烯生长机理的深入研究及大规模可控制备提供帮助.     

掺Pb的BiSrCaCuO系超导体

最近,Bi-Sr-Ca-Cu-O系超导体格外受到人们的注意,首先是因为它不合有稀土元素,而且超导临界温度T_c也高。但是,这种氧化物超导体的烧结工艺比较难于掌握,最佳烧结温度区间很窄,在烧制过程中任何一环节稍有疏忽,便得不到较好的超导样品。在超导测量     

大型海藻光合碳代谢类型的研究进展

作为海洋藻类的一部分,大型海藻通过光合作用参与了海洋对全球CO2和O2的周转,其食用和药用价值也 得到了广泛应用。因此无论从生态还是经济角度来看,研究大型海藻通过光合作用对CO2进行固定和代谢的过程都 具有重要意义。到目前为止,世界上对大型海藻光合碳代谢途径的研究从代谢组学和酶学角度证明了大型海藻体内 除了C3途径外,还同时存在不能确定完整与否的PEPCK 或PEPC 类型的C4途径或CAM途径;光合气体交换的结 果显示其光合碳代谢途径从整体上表现出类似C4(C4-like)类型。这种情况与一些体内存在C4途径的陆生C3植物相 似。因此大型海藻光合碳代谢途径仍然有待深入研究。     

石墨烯：单原子层二维碳晶体——2010年诺贝尔物理学奖简介

  石墨烯--石墨的极限形式,具有独特的单原子层二维晶体结构,2004年首次由英国曼彻斯特大学的两位科学家：安德烈·盖姆（Andre Geim）和康斯坦丁·诺沃肖罗夫（Konstantin Novoselov）成功剥离出来。2010年,二人因在石墨烯方面的开创性实验而获得诺贝尔物理学奖。作者从碳材料的发展史出发,结合石墨烯的结构、制备方法及其性能,综述了石墨烯领域的研究工作,对其发展趋势及将面临的挑战进行了评述。     

世界煤地下气化的快速发展

由于世界油气资源的涨价和环境问题的严重,促使人们对一级能源的重新选择。与核能、水能和其他可再生能源相比,煤地下气化（UCG）是最好的选择。目前,澳大利亚、英国、南非都有快速的发展,煤地下气化技术已包括UCG IGCC CCS,UCG AFC CCS,UCG GTL CCS等的新方向,真正意义上地实现减排的效果。事实证明UCG的成本低廉,效率高、环境友好。尤其英国正在建由UCG供氢氧的300MW燃料电池,并通过燃料电池（AFC）发电的电站,可以达到零排放。所以,煤地下气化是解决确保国家的能源安全、CO2减排和环境污染、以及采煤矿工人身安全的一把金钥匙。因此,UCG应当是中国一级能源发展的主要方向。     

Progress in Bio-manufacturing

In this paper we made a thorough and systematic expatiation of the definition, connotation and composition of bio-manufacture.Based on the different development stages and process of bioengineering,its main research direction and corresponding researches     

煤基/碳基固体氧化物燃料电池技术发展前沿

作为新一代能源技术,固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell, SOFC）发电系统具有能量转化效率高、燃料适应性广、价格低廉、安全方便等特点。SOFC技术通过长期研究和发展,其电解质、阴极、阳极等关键材料核心技术已经突破,并初步具备产业化发展的基础,但其整体性能的优化仍有待深入研究,其中解决碳基燃料SOFC长期稳定性是实现SOFC商业化的关键所在。必须进一步探索SOFC发电技术中碳基燃料电化学和催化化学过程,解决材料稳定性、界面相容性和耐热循环性,系统中传热、传质与电极反应耦合等科学问题;发展纳米微米级薄膜制备技术、SOFC电池堆装配和系统集成技术,实现SOFC整机性能的稳定和优化,推动SOFC跨越式发展。     

光电化学免疫分析研究进展

光电化学分析是近年建立起来的一种基于物质的光电转换特性而进行检测的新型分析方法,它具有灵敏度高、设备简单、易于微型化等特点.光电化学免疫分析则是光电化学分析与免疫反应的结合,体现了光电化学传感的高灵敏度和免疫反应的高特异性.其基本方法原理是,在光照条件下,光电活性物质将免疫反应转变为电信号,从而实现对待测物的定量测定.在过去10年中,伴随着光电化学分析技术的进步,光电化学免疫分析经历了快速发展的过程.本文介绍了光电化学免疫分析的方法原理和特点,对其代表性的研究工作进行介绍和评述,并展望其未来的发展趋势.     

Micro/nano Scale Mechanics and Intelligent Material-The First Creative Research Group in Mechanics

As the first Creative Research Group sponsored by Division of Mechanics of Department of Mathematical and Physical Sciences of NSFC,a project team,including two CAS members (Porf.Kezhi Huang,Prof.Wei Yang) and two Changjiang scholars (Prof.Quanshui Zheng,Prof.Daining Fang) from Tsinghua University,focused their research on "Micro/nanoscale mechanics and smart materials",and progressed in the following:     

检测巯基物质的光学探针研究进展

巯基物质是生物体内主要的抗氧化剂,并以多种形式广泛存在.定量检测巯基物质在生化研究和相关疾病诊断方面意义突出.目前,利用高选择性、高灵敏度的光学探针开展巯基物质的检测研究已成为前沿课题之一.其中,荧光探针由于能够实现活体的原位、实时成像尤其受到关注.本文基于光学探针与巯基物质(主要包括谷胱甘肽、半胱氨酸和高半胱氨酸)的不同反应机理,就近年来该领域的研究新进展做了较系统的评述.所涉及的反应机理主要有:双键的麦克尔加成、苯环的亲核取代、金属的配位络合、巯基物质参与的氧化反应和成环反应、以及静电作用等.此外,还讨论了检测巯基物质的光学探针存在的问题,并展望了其发展趋势与应用前景.     

岩石风化碳汇研究的最新进展和展望

自气候变化的岩石风化控制学说提出至今,学界普遍认为,是硅酸盐的化学风化碳汇作用在控制着长时间尺度的气候变化,而在短时间尺度上硅酸盐风化碳汇与碳酸盐风化碳汇也是旗鼓相当的.然而,最新的研究发现,碳酸盐溶解的快速动力学和硅酸盐岩流域中微量碳酸盐矿物的风化在控制该流域溶解无机碳(DIC)浓度和碳汇上的重要性,使得碳酸盐风化碳汇占整个岩石风化碳汇的94%,而硅酸盐风化仅占6%左右.另一方面,水生光合生物对DIC的利用及其形成的有机质(内源有机碳)的埋藏,使得碳酸盐风化碳汇在任何时间尺度气候变化的控制上可能都是重要的.此外,岩石风化碳汇研究的另一重要进展是发现了碳汇随全球变暖和土地利用变化显著增加,即形成了气候变化的负反馈机制.未来应通过岩石风化碳捕获和储存过程及其控制机理的进一步研究,揭示岩石风化碳汇过程及其气候和土地利用调控潜力,以服务于各国应对气候变化的国家政策制定.重点研究:①岩石风化碳汇过程及其物理、化学和生物控制机理;②硅酸盐岩流域中微量碳酸盐矿物的风化在控制流域DIC浓度及其碳汇上的重要性;③陆地水生光合生物利用DIC产生内源有机碳的效率;④气候变化和土地利用调控岩石风化碳汇的潜力.