碳点的设计合成、结构调控及应用

碳点是一类环境友好且性能独特的纳米粒子, 在光电转换、 生物医学、 催化及储能等领域的研究日益活跃. 碳点主要分为碳量子点(CQDs)、 石墨烯量子点(GQDs)和碳化聚合物点(CPDs), 其中CPDs作为一种新型碳点, 具有合成原料广泛、 碳化程度及共轭结构可调且材料相容性好等优点. 本文综合评述了近年来碳点尤其是CPDs的合成方法; 阐述了通过选择前驱体分子、 控制反应条件及掺杂原子等手段实现对其碳化和共轭程度、 晶格和能级结构的调控, 从而建立碳点及其杂化与复合材料微纳结构与性能之间的关系; 最后, 介绍了碳点在生物标记与成像、 光(电)催化、 光电转换及储能等领域的应用, 并对碳点领域的发展前景进行了展望.     

碳化聚合物点的核壳结构与功能

碳化聚合物点作为一类新型的荧光碳纳米点,其高量子产率、独特的碳核和聚合物壳的杂化结构和功能在近些年引起了广泛关注.本文通过系统总结、分析相关文献,揭示了碳化聚合物点不仅具有碳点的典型性质,也具有聚合物的性质.强调了碳化聚合物点的聚合-碳化的本质,并详细讨论了碳化聚合物点的结构特点、制备方法方面的普适性和规律性以及光致发光的机制.最后,基于碳化聚合物点的结构和性能调控,综述了其在传感、光电器件、催化和生物医学等不同领域的应用,并对碳化聚合物点的发展前景进行了展望.     

碳化聚合物点的核壳结构与功能

碳化聚合物点作为一类新型的荧光碳纳米点，其高量子产率、独特的碳核和聚合物壳的杂化结构和功能在近些年引起了广泛关注.本文通过系统总结、分析相关文献，揭示了碳化聚合物点不仅具有碳点的典型性质，也具有聚合物的性质.强调了碳化聚合物点的聚合-碳化的本质，并详细讨论了碳化聚合物点的结构特点、制备方法方面的普适性和规律性以及光致发光的机制.最后，基于碳化聚合物点的结构和性能调控，综述了其在传感、光电器件、催化和生物医学等不同领域的应用，并对碳化聚合物点的发展前景进行了展望.     

聚合物的碳化反应:基本问题与应用

聚合物碳化反应的关键问题是如何调控聚合物的降解反应以及降解产物的碳化,从而调控碳材料的结构.非成碳聚合物的碳化反应不仅为制备阻燃型聚合物纳米复合材料提供新思路,还能够用于合成纳米碳材料,为废旧聚合物的回收再利用提供新途径.结合本研究组在该领域的工作,本文介绍了近年来聚合物碳化反应的研究工作进展,阐述了"组合催化""模板碳化"和"快速碳化"3种碳化反应策略,总结了碳化反应的影响因素和反应机理,重点介绍了碳化反应在提高聚合物阻燃性能和利用聚合物制备碳材料和氢气方面的应用,并对所制备的碳材料在环境污染治理、能源存储、催化和气体吸附等方面的应用进行了探讨,对未来的发展方向进行了展望.     

碳化聚合物点发光主体的探究

以聚丙烯酸和乙二胺为原料, 通过水热法合成了碳化聚合物点(CPDs), 利用荧光光谱、 X射线光电子能谱和时间相关单光子计数等手段对3种不同碳化温度下形成的CPDs进行表征; 采用375 nm的紫外光对200 ℃下合成的CPDs进行光漂白, 分析了CPDs漂白前后的荧光寿命以及基团的变化, 探究了该CPDs的发光机理, 确定该CPDs具有碳核态和分子态共同控制的双发光中心.     

多孔碳材料的研究进展

多孔碳材料具有高的比表面积、可调控的物理化学性质、价廉易得等优点,在能源存储和转换、催化、吸附分离等领域展现出了巨大的应用前景.多孔碳材料的制备方法和前驱体的选择直接决定了其性能及使用范围.聚合物结构丰富,通过碳化不同结构的聚合物制备多孔碳材料是目前多孔碳材料的研究热点之一.本文详细综述了目前多孔碳材料的主要制备方法以及聚合物作为碳前驱体,其结构与多孔碳材料结构与性能之间的构效关系.最后,对多孔碳材料的未来发展方向做了进一步的展望.     

碳点的制备及电化学能源应用进展

碳点是零维纳米碳材料的一种典型代表,由碳原子sp²/sp³杂化构成且尺寸通常小于10 nm.碳点独特的尺寸效应赋予其丰富的边缘活性位点和易于功能化调控等特性,在电催化、能源存储与转化等领域表现出广阔的应用前景.基于此,揭示碳点的形成机制及阐明其结构与性能的基本规律,以指导碳点的合成并获得优异的催化性能具有重要意义.本文在介绍碳点制备及调控策略的基础上,结合理论研究分析了碳点类催化材料活性的来源,并着重评述了碳点在电化学领域的最新应用进展,探讨了功能碳点材料未来发展的机遇与挑战.     

原子转移自由基聚合及其催化引发体系研究进展

原子转移自由基聚合(ATRP)作为一种有效的"活性"/可控聚合可对聚合物进行分子设计,制备结构和相对分子质量可控的各类聚合物,具有潜在而广泛的研究价值。本文综述了ATRP的研究进展,特别是对传统ATRP催化引发体系、RATRP催化引发体系、AGET ATRP催化引发体系、SR&NI ATRP催化引发体系、ICAR ATRP催化引发体系、ARGET ATRP催化引发体系、杂化或双金属催化体系等的催化引发机理进行了详细的介绍。并综述了ATRP聚合中各种实施方法如本体聚合法、溶液聚合法、悬浮聚合法、乳液聚合法等的研究现状。     

阳极氧化铝模板限域制备一维杂化纳米材料及其多样化应用的研究进展

一维杂化纳米材料以其独特的物理化学性质,在电学、光学、催化等领域得到了广泛的应用。 其制备方法对一维杂化纳米材料性能的改变和调控显得至关重要。 模板法作为一种简单而普适的合成工艺,近几年来被广泛应用于纳米结构和纳米阵列的合成。 本文主要介绍了阳极氧化铝(AAO)模板法制备一维杂化纳米材料整体情况、AAO模板结合其他技术材制备材料的方法、一维杂化纳米材料在刺激响应性器件、能量存储与转换器件、催化等众多领域的应用。     

基于炔类单体的点击聚合制备超支化聚合物

超支化聚合物由于其独特的树枝状结构和物理化学性质,已经得到了广泛关注及应用.而基于炔类单体的点击聚合作为一类简单、高效的聚合反应已被广泛用于超支化聚合物的制备.本文对近5年利用叠氮-炔和巯基-炔点击聚合制备超支化聚合物的工作进行了简要综述.其中,Cu(I)催化的叠氮-炔点击聚合可制备1?4-立构规整的超支化聚三唑;Ru(II)催化的叠氮-炔点击聚合可制备1?5-立构规整的超支化聚三唑;活化的炔类单体和叠氮单体的无金属催化点击聚合可得到1?4-异构体含量高(高达91.7%)的超支化聚合物;而光引发?热引发及自发的巯基-炔点击聚合可制备含硫的超支化聚合物.此外,对所制备的超支化聚合物的功能和应用进行了简单介绍,最后还简单讨论了点击聚合制备超支化聚合物方面的可能发展方向.     

聚合物分子刷的高效合成与应用

当聚合物链通过稳定的共价或非共价键高密度地接枝到另一聚合物链、二维平面结构或球形或柱形的三维结构上时,这类聚合物体系分别称为一维、二维和三维聚合物分子刷.与具有相似化学组成的线性聚合物相比,一维聚合物分子刷具有一些独特的性质,其中包括蠕虫状构象、紧凑的分子尺寸和链端效应.将聚合物链引入平面、球形或圆柱形基体的表面不仅能显著地改变基体的表面性质,还可赋予所得杂化聚合物分子刷新的功能.因此,聚合物分子刷在催化、纳米光刻、生物矿化、药物递送、医学诊断和光电子材料等领域具有十分广泛的应用.虽然活性/可控聚合的出现为各种一维、二维和三维聚合物分子刷的制备提供了更高效的合成手段,但是具有精确组成、结构和功能的聚合物分子刷的高效可控制备仍然是该领域的关键挑战之一.本文总结和评述了课题组近些年在发展一维、二维和三维聚合物分子刷的高效可控制备策略中取得的成果,并且通过相关实例展现了聚合物分子刷基材料在药物输送、防污涂料、催化和锂离子电池等领域的广阔应用前景.     

功能化聚离子液体的设计合成及应用研究

聚离子液体(Poly(ionic liquid)s)是指由离子液体单体聚合生成的,在重复单元上具有阴、阳离子基团的一类离子聚合物。功能化聚离子液体是由功能化离子液体发展而来,兼具离子液体和高分子聚合物的性质。该类研究着眼于结构可控性质,设计合成具有特殊性能的、稳定的、功能化材料。近年来已经在高分子化学、电化学、材料科学及能源科学等领域得到初步应用。本论文综述聚离子液体在固态电解质和聚电解质膜、智能响应性功能材料,以及聚离子液体基碳材料、聚离子液体/碳纳米杂化材料、催化等相关领域的研究与应用。     

碳点的高性能化和功能化改性:方法、特性与展望

碳点作为一种新型碳纳米材料,由于其出色的光学性能、低毒性、良好的生物相容性和易修饰性而被广泛应用于各个领域。为了满足不同领域的需求,几种用以调控碳点光学性能的方法已被提出,例如杂原子掺杂、半导体量子点掺杂、聚合物钝化和改性以及主-客体构建。其中,杂原子掺杂是通过单原子或多原子引入电子给体或受体改变其相邻碳原子的电子密度来增加荧光强度;半导体量子点也可与碳点进行复合提升电子分离效率而起到荧光增强的效果;就聚合物改性而言,聚合物不仅可以对碳点表面实施钝化和功能化,而且其固态(或固化)薄膜可以提供紧密的空间促进碳点表面的辐射跃迁起到荧光增强的效果。此外,由碳点-染料和多孔材料-碳点构成的两种主要的主-客体结构中,前者不仅对碳点的荧光发射强度有着促进的作用,更使得碳点具备了显著的红/近红外荧光发射性能,后者对固态发光碳点不仅提供了可能性和设计的灵活性,且为打开碳点新的应用领域提供了机会。本文将围绕四种碳点功能化的方法逐步展开讨论,并介绍相应碳点的光学性能、发光机理和潜在应用;论述功能化碳点的研究现状,并展望功能化碳点的研究方向。     

聚合物纳米杂化材料的控制合成、自组装及功能化

聚合物纳米杂化材料的制备及功能化是当前国际前沿研究课题之一.特殊结构的聚合物可以通过分子间特殊相互作用,在纳米尺度上自发地组装成具有特殊结构和形态的集合体,这类材料在新材料、电子以及生物医学等领域具有广泛的应用前景.本文介绍国内外,特别是厦门大学在双亲性分子及嵌段共聚物的模板自组装、基于POSS单体纳米构筑单元以及POSS嵌段聚合物自组装的有机/无机纳米杂化材料、模板控制导电高分子材料纳米形态构筑等领域材料的可控合成和组装,与此同时对相关材料的性能及功能化应用进行了简要的讨论.     

环硅氧烷阴离子开环均聚及共聚研究进展

聚硅氧烷是一类典型的有机/无机杂化聚合物,具有耐高低温、优异的环境适应性等突出性能,在航空航天、国防科技等领域应用广泛.环硅氧烷单体阴离子开环聚合是制备不同链结构及功能化聚硅氧烷的重要途径,也是推动有机硅聚合物发展的重要研究领域之一.本文以阴离子开环聚合制备聚硅氧烷所涉及的环硅氧烷单体为线索,梳理了与不同化学结构环硅氧烷单体均聚及共聚相匹配的引发体系、聚合条件,以及聚合产物状态,并对相关研究工作做了论述介绍.此外,本文基于此线索对代表性研究体系做了简明罗列,便于高效检索及整体对比认知.     

贵金属杂化纳米材料的合成及性能研究进展

近年来,杂化纳米材料的出现极大地拓展了纳米材料的应用范围,其特殊的结构、性能、尺寸和形貌使其不仅保持了各组分材料的特性及功能,更涌现了不同于各组分材料所不具备的新颖的、多样化的特殊性能和应用潜能,因此其制备方法和性能应用已经成为了研究热点.运用纳米技术将贵金属纳米粒子与其他性能优异的物质结合形成的贵金属杂化纳米材料被广泛运用到电化学、光催化、免疫传感、生物催化和医药化学等领域.本文综述了贵金属杂化纳米材料的制备方法、结构组成、性能特点、应用前景以及最新的发展趋势,重点介绍了贵金属杂化纳米材料的合成及应用.     

制备有机-无机杂化纳米材料的研究进展

有机-无机杂化纳米材料由于小尺寸和兼具有机、无机材料的各种优良性质,在许多领域都有巨大的应用潜质。本文介绍了模板法、嵌段聚合物自组装、含特殊官能团的乙烯基单体直接聚合法等制备纳米有机-无机杂化材料的方法,并对各自的特点进行了说明。     

γ辐照引发无皂乳液聚合法一步合成Ag-聚4-乙烯基吡啶杂化微凝胶

无机-聚合物纳米复合材料是将聚合物与一种或多种无机纳米粒子复合而成的一种材料,它同时具有无机纳米粒子和聚合物的优良特性,在许多重要技术领域具有广泛的应用前景.近20年来,无机-聚合物纳米复合材料的制备及应用备受关注[1~6].包括杂化微凝胶在内的纳米复合微球是无机-聚合     

新型聚(甲基)丙烯酸酯/盐透明材料的制备及其性能

聚(甲基)丙烯酸酯具有优异的透光性、耐光性和耐候性,广泛用作光学塑料.研制高折射率、高耐热性、低吸湿性的透明高分子材料是近年来光学塑料研究和开发的重点之一.本文介绍了新型聚(甲基)丙烯酸酯/盐透明高分子材料的主要制备方法,即新型单体合成-聚合法、共聚法、共混-聚合法和有机-无机纳米杂化法,并系统地总结了各方法的特点以及所制备的材料的性能,展示了目前应用最为广泛的新型单体合成-聚合法和有机-无机纳米杂化法的潜在的应用前景.     

POSS聚合物及其新进展

POSS 作为一种特殊的有机/无机杂化纳米构件备受关注。本文总结了近几年有关探索POSS聚合物结构与性能之间关系的研究进展，并重点综述了POSS在有机半导体材料领域的应用。