非碳化策略制备氧还原电催化剂

非贵金属碳基氧还原催化剂是当前热门的燃料电池催化剂,而传统制备过程中,需要经过高温(700°C)碳化过程来提高材料的导电性和催化活性.高温碳化过程中,材料结构可能发生不可预测性的改变甚至重构、催化活性位不清晰、难以控制等问题,给催化过程中的反应机制、失活机理与宏量制备等带来重大挑战.本文系统地介绍了利用非碳化策略构筑新型氧还原催化材料的制备与应用,尽管非碳化法策略仍处于婴儿发展期,但正在发挥着重要推动作用,为活性位点、催化机理研究带来新的机遇.     

中空结构碳基微/纳米反应器的构筑

中空结构由于空腔的存在赋予了其特殊的物理化学性能和应用价值,因此一直是材料工作者研究和关注的焦点.纳米空心材料在结构上与实心材料对比有着表面积大、密度低、承载力高的特点.而中空结构碳基材料,由于其兼具碳材料的诸多优点,如高的比表面积、大孔容、低密度和热力学稳定性等物理性质以及较好的化学惰性、优良的导电性能和可再生性等,故纳米空心碳材料在催化、药物输运、生物影像、二次电池阴阳极上都有着相应的特殊性质和广泛应用.将空心碳材料与其他具有功能化的基团或材料进行复合,构筑具有特殊结构的微/纳米反应器是在纳米空心材料研究中比较新颖的研究方向.在微/纳米反应器的内部不同的组分间有机的结合在一起,在保持各自特性的同时,彼此之间又有着相互的辅助,从而表现出"一加一大于二"的优异性能.     

热解法制备MOF衍生多孔碳材料研究进展

纳米多孔碳材料因其丰富的空隙、大比表面积及易于设计等特点在工业上展现出巨大的应用潜力,而通过调控其组成结构以获得更优的性能并实现制备成本的控制一直是研究的重点.金属有机框架(MOFs)作为一种新型的晶态多孔材料,具有组成可调、结构多样、孔径可控等特点,在催化、能量储存和转化、气体储存、环境修复等诸多方面受到了广泛的关注.特别地,基于MOFs的结构与组成,MOFs被用作制备各种形式的纳米多孔碳材料以及新的多功能碳基复合材料的通用前体,与单个组件组装的复合材料相比,它往往表现出更优越的功能特性.本文综述了近年来采用MOFs热解的方法制备多孔碳材料的设计原理和策略,为获得高性能多孔碳及其复合材料提供借鉴并给出了未来的发展前景和挑战.     

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。     

纳米酶的催化机制及应用

近年来,随着纳米材料的发展,一些纳米材料逐渐被发现具有与天然酶相似的高效催化活性,且克服了天然酶易失活、产量低等缺点,被定义为纳米酶其催化活性受纳米材料尺寸、结构、表面修饰等因素调节.这些纳米酶分为金属氧化物纳米酶、贵金属纳米酶和碳基纳米酶.本文将针对不同纳米酶的催化机制进行分类,归纳不同纳米酶的催化机制,并且整理纳米酶在体外疾病检测、体内肿瘤治疗等领域的应用.     

MOFs作为牺牲模板制备纳米多孔碳材料的方法及其应用

近年来,多孔材料因具有较高的比表面积、较低的相对密度以及较好的吸附性能等吸引了化学、物理以及材料等领域科研人员的研究兴趣,已被广泛应用于气体储存、吸附催化和电化学等方面.金属有机骨架(MOFs)材料作为近年来迅猛发展的新兴多孔材料,由于具有有序、规整的结构,较高的比表面积以及结构可调等特性,使其较传统多孔材料具有更诱人的应用前景.然而,由于MOFs具有相对较差的稳定性,其实际应用和发展受到了很大的限制.为了进一步推进MOFs材料的应用进程,可利用MOFs材料受热易分解的缺点,将其高温煅烧碳化制备稳定的纳米多孔碳材料.本文综述了MOFs作为牺牲模板煅烧制备纳米多孔碳材料的方法及其应用,并且展望了其在能源、环境以及催化方面的应用前景.     

《纳米催化技术》

<正> 本书是将新型纳米催化技术、纳米尺度催化材料及其合成技术、纳米结构催化材料及其合成技术、纳米催化剂表征技术、纳米催化剂设计以及应用等方面重要学术问题的探讨与该学科前沿研究动态等有机融合,同时,将纳米催化技术与人类未来能源、材料、化工、环境、生物技术等领域的可持续发展密切关联,在作者大量前期探索性研究基础上精心编著而成.本书特色在于:催化基础与前沿并重,学术问题与应用关联,结构特色明显,体系新颖独     

基于碳纳米复合材料的乳液催化新技术研究进展

碳纳米材料具有大的比表面积、发达的孔结构和丰富的表面化学性质,可与各种无机纳米材料耦合/复合构筑新结构、高性能、表面物理化学性质可调的碳纳米复合材料并用于乳液催化领域.本文介绍了固体颗粒乳化机理,影响乳化体系的因素及基于固体颗粒构建的乳液催化体系的基本原理;综述了氧化物、氢氧化物、碳素材料及其碳纳米复合材料固体颗粒乳化剂的特点,及基于这些固体颗粒构筑的乳液催化新技术的研究进展;指出了目前乳液催化技术研究存在的问题,认为基于碳纳米复合材料作为固体颗粒乳化剂的乳液催化新技术,是未来催化技术的重要发展方向之一.     

CCC型钳形铑配合物的反应性

钳形金属配合物因其独特的结构、性质和应用引起了化学家的广泛关注.然而该类配合物大部分都是以2～3个杂原子(基团)与金属原子配位.只有极少数例子同时具有3个碳原子与金属配位(CCC钳形金属配合物).这是由于该类配合物具有3个金属-碳共价键,通常会具有较高的反应活性.我们对一类新颖的CCC型钳形铑配合物:铑碳龙配合物的反应性开展了深入的研究,发现这类铑配合物能与二氧化锰反应,得到氧化产物和开环产物;也能与叠氮三甲基硅烷和二苯基膦发生亲核反应,实现了氮和磷对铑卡宾的插入反应,分别得到氮、磷插入到金属杂环中的扩环产物:CCN型和CCP型铑配合物.这些研究拓展了碳基钳形金属配合物(以碳为主要配位原子的螯合物)的反应化学,并为碳基铑配合物在催化上的应用打下基础.     

高容量贮氢材料的最新进展

本文简要综述了最近几年国内外高容量贮氢材料的研究现状。由于传统AB5、AB2、和AB型贮氢材料贮氢量均低于2wt％，限制了贮氢材料在燃料电池上的应用。故障容量贮氢材料（如：Mg－基纳米贮氢材料、V－基固溶体贮氢材料、络合催化贮氢材料以及纳米碳管贮氢材料）的研究备受关注。研究表明，Mg－基纳米贮氢材料具有比一般Mg－基贮氢材料更好的热力学和动力学性能，V－基BCC固溶体贮氢材料常温常压下保持高容量，而络合催化贮氢材料以及纳米碳纤维贮氢材料的贮氢量高达5wt％－20wt％，超过任何传统贮氢材料。     

镍基非晶态合金超细微粒催化剂的表面状态和催化性能

近年来,采用化学还原方法已制备出多种成分的过渡金属(Fe,Co,Ni)一类金属(B,P)非晶态合金超细微粒.这类材料由于兼具非晶合金和超细微粒的特点,可望成为一种新型催化剂材料.目前在非晶态合金超细微粒的制备和基本物性的研究方面已取得重大进展,但对其催化性能的研究还很少.本工作用化学还原方法制得镍基非晶态合金超细微粒,应用TEM,XRD,XPS,表面积测试和乙烯加氢反应评价等物理化学手段研究了B,P的加入对镍基非晶态合金超细微粒表面状态和催化性能的影响,以揭示类金属B,P的作用,为深入研究非晶态合金超细微粒表面结构与催化性能之间的关系提供基本信息.     

纳米碳复合材料的结构设计和功能仿生

高含量纳米碳复合材料能够更好地体现碳纳米管等纳米材料自身的性质.借助自然材料的结构设计和整合思想,使得高含量的纳米碳组装结构体及其复合材料具有结构的合理化、性能的优异化、材料的可控化和应用的高效化,这种方法也将成为未来纳米复合材料发展的重要方向.本文主要介绍了高含量仿生纳米碳复合材料加工过程、结构和界面的仿生设计思想,以及其在仿生智能驱动中的应用进展.     

生物-化学复合纳米催化剂体系应用基础研究

细胞具有精确、高效的分子合成能力,细胞内复杂的多酶体系具有纳米尺度多层次构建的基本特征,纳米邻近效应、区域化效应、限域效应等是其高效催化的重要基础."去细胞之复杂,取细胞之精华",提取细胞生物催化关键元件,并以化学催化替代其中的局限步骤,模拟细胞内多级结构和纳米效应,设计简单、高效、稳定的生物-化学复合纳米催化剂,有望再现甚至超越细胞的催化能力,为传统工业生物催化提供革新技术.本项目以化学工业可持续发展的需求为导向,重点研究生物-化学复合纳米催化剂构筑及其工业化应用中的重要科学问题,并探索应用于手性化合物制备的工业催化过程.     

矿物复合材料及其能量存储与能源催化应用

矿物复合材料是近些年来发展起来的材料科学分支学科,是与地质学领域的矿物岩石学融合创新的交叉领域.它既具有矿物所具备的特定功能和属性,又包含复合材料的鲜明特征,在生态环境、新能源、大健康等领域具有广阔应用前景,并符合“碳达峰、碳中和”的战略需求.随着人类对能源可持续性的探索,与能源相关的材料已然成为材料研究领域的热点,其中,具有来源丰富、低成本的矿物复合材料在能源和催化领域日益受到重视.欲实现矿物复合材料在能量存储和能源催化等领域的应用,仍待取得更多突破并亟待进一步研究与探讨.本文从矿物复合材料的概念和学科分支的形成出发,首先梳理了矿物复合材料的发展历程,初步定义了矿物复合材料的分类,归纳了常见矿物复合材料中矿物组分在能量存储和能源催化应用中的作用;介绍了矿物复合材料在能量存储领域的应用,包括压电自发电、超级电容器、二次电池等;总结了矿物复合材料在能源催化领域的应用,涵盖了以光催化/电催化析氢反应、热释电催化和压电催化为主的应用.最后,对矿物复合材料未来可能面临的科学问题和发展方向作出了展望.     

二维碳基薄膜及其高分子复合材料的构筑和油水分离性能研究进展

随着环保意识的提高,含油污水的净化已成为一个重要课题.碳基(石墨烯、碳纳米管)薄膜材料,尤其是高分子功能化的碳基薄膜材料为含油废水等环境污染问题的解决提供了有效途径.本文综述了近年来高分子功能化碳基薄膜在污水处理方面的研究进展.根据润湿性和功能不同,将碳基薄膜材料分为超疏水性碳基薄膜材料、超亲水性碳基薄膜材料、Janus结构碳基薄膜材料、智能性碳基薄膜材料和多功能性碳基薄膜材料5个部分.在每部分中,详细讨论了设计策略、制备方法以及润湿性对含油废水分离性能的影响.最后,对高分子功能化碳基薄膜用作含油废水净化的发展前景和面临的挑战进行了综合讨论.     

用于电化学执行器的非金属电极材料研究进展

电化学执行器能够有效地将电能或化学能转化为机械能,在人造肌肉、仿生机器人和小型化医疗设备等领域中具有极大的应用前景.电化学执行器的组成包括电极层和电解质层,其中电极层主要决定执行器驱动性能和电化学性能.传统电化学执行器的电极材料主要由导电性好、驱动应力大的金属材料构成.然而,金属电极存在柔性低、循环稳定性差等问题,使得越来越多的研究人员开始关注非金属电极材料.本文重点介绍了用于电化学执行器的非金属电极材料的最新研究进展,首先介绍了电化学执行器的器件结构及驱动原理,其次根据电化学执行器电极材料的不同,分别从导电聚合物、碳材料、新型二维材料及其复合材料等方面进行了综述,讨论了各种非金属电极材料应用于执行器中的优缺点,最后对未来电化学执行器及其电极材料的发展趋势进行了展望.     

二维材料气体分离膜及其应用研究进展

二维材料气体分离膜由于其独特的分子输运特性,在渗透率、选择性方面表现出优于传统薄膜的优势,具有巨大的发展潜力.石墨烯类、二维金属有机骨架、二维过渡金属碳化物/碳氮化物等二维材料中存在的亚纳米尺度空间为分子输运提供了特殊的通道,包括纳米孔和纳米通道,它们是高渗透性和高选择性分子筛选的根本原因.然而,二维材料薄膜在复杂工业环境中的不稳定性、难以进行大面积制备等使其实际应用受到了很大的局限,目前二维材料膜尚未大规模应用于工业生产中.本文选择性地对当前研究的热点二维材料气体分离膜研究现状进行总结,同时对其在CO₂捕获和分离、H₂分离和提纯、天然气提氦等领域的具体应用进行阐述,并且探讨了二维材料气体分离膜当前所面临的挑战与未来发展前景.     

烯烃聚合助催化剂:发展、应用和展望

每年聚烯烃全球产量超1亿吨,其被广泛应用到人类生产生活各个领域.相比非均相聚合技术,单活性中心金属催化均相烯烃聚合可以用于合成分子量分布较窄、链段长度可控,以及插入率均匀的聚烯烃分子.通过灵活地对聚烯烃分子结构进行调节,可制备性能可调的聚烯烃材料,能够应用到医疗包装器械等较高端领域.实现高效均相聚合的关键在于选择合适的催化剂和助催化剂组合.其中,助催化剂的主要作用是与催化剂前体反应,生成并稳定活性的金属阳离子,后者是催化烯烃聚合的中心.本文总结概括了烯烃聚合助催化剂领域近20年来较重要的工作,包括新型结构研究:单核、双核硼基、铝基以及聚合物基助催化剂;活化机理研究:用工业催化相关的吡啶胺基铪络合物作为示例展现催化剂和不同助催化剂复杂的化学反应过程;聚合中的应用:双核助催化剂及助催化剂结合配位链转移反应用于合成结构新颖的聚烯烃分子;助催化剂促进催化剂失活反应的研究;以及对助催化剂未来可能发展方向进行展望.     

介孔沸石及其催化应用

介孔沸石最近成为催化材料研究领域的热点课题, 这主要是由于它集合了介孔材料以及微孔沸石的优点. 早期的介孔沸石合成方法主要是使用后处理, 包括水热处理、酸处理或者碱处理. 近年来模板的使用成为合成介孔沸石的主要方法, 主要包括介孔碳模板、高分子聚合物、有机硅烷以及纳米无机物等. 本文就模板法合成介孔沸石的进展及其在催化领域方面的应用进行综述, 并探讨今后介孔沸石的研究发展方向.     

编者按

<正>纳米碳材料是过去30年间最为活跃的研究领域之一.富勒烯、碳纳米管、石墨烯等一系列碳质新材料先后被发现,带来了丰富的新结构、新现象、新物理和新应用,掀起并带动了持续至今的纳米科技研究热潮.纳米碳材料之所以受到广泛关注是因为其特有的几何结构、以sp2杂化为主的成键方式以及由此带来的优异的电学、力学、热学、光学等特性.例如,碳纳米管和石墨烯分别是已知最细和最薄的材料,具有远高于硅的载流子迁移率、最高的热导率和力学强度,以及优异的柔韧性.纳米碳材料的性能对结构变化极其敏感,如手性