碳基介熵材料:理论与实验

富碳型材料,包括纯碳材料的各种同素异形体、碳基骨架的稠环芳香分子、聚合物、框架材料等,已成为当今材料领域最重要的研究领域之一.在这些研究当中,很大一部分工作都是研究材料本身的结构与性质,而忽略了这些材料之间的内在联系.课本中的很多概念,如同分异构体、同素异形体和拓扑缺陷,已经无法用于深入理解种类和数量繁多的富碳型材料之间的构效关系.这就使得通过改变已知材料的有限结构来调控材料的性质变得工作重复而繁重,且基础理解受限于研究个体上.作者将从材料"熵"的概念入手,尝试理解富碳型材料之间熵的相对高低,并建议基于"介熵"的认识开发新型富碳型材料、开发新型介熵富碳型材料的全新性质.基于对具体的不同的新型富碳型材料的讨论,将"介熵"这一概念引入到同素异形体、同分异构体以及广泛存在于碳材料中的拓扑缺陷的理解上.类似富碳型材料的关系不再模糊地停留在几何结构层面上,为今后介熵富碳型材料及其他介熵材料的开发提供参考.     

基于石墨烯及其衍生物的信息存储:材料、器件和性能

石墨烯以其独特的二维结构和高的热导电性、高杨氏模量、高电子/空穴迁移率、高抗拉强度、大的布鲁诺尔-埃米特-特勒表面积和量子霍尔效应等优异性能,备受科研工作者的关注,迅速成为材料、化学、物理和工程领域的热点研究课题。与富勒烯(C₆₀、C₇₀)的功能化一样,利用共价键合修饰或非共价键合修饰的方法可以在石墨烯表面或石墨烯体系中引入功能基团或功能组分,制备出种类繁多的具有特殊光、电、磁和生物效应的石墨烯衍生物。以石墨烯作为数据存储介质的分子级别计算已经引发了一场信息技术产业的革命,它能在更小的空间上,使用更少的能源来存储更多的数据信息, 有望成为目前基于硅半导体存储技术的潜在替代或补充技术。基于石墨烯的存储器件展现出优良的数据存储性能、器件稳定性和可靠性,为使这类器件具有更好的实际应用前景,人们采用许多技术手段来调控和优化器件性能。本文综述了近年来引起广泛关注的诸如石墨烯、共价修饰的石墨烯、石墨烯基复合材料、石墨烯/无机材料异质结等基于石墨烯及其衍生物的存储器件及相关材料研究进展,以及石墨烯/还原的氧化石墨烯透明电极在存储器件中的应用。探讨了该领域存在的亟待解决的关键基础问题和未来发展方向。     

导电二维配位聚合物框架材料在能源存储及转化领域的应用

配位聚合物框架材料具有高的比表面积、丰富的孔结构和金属配位中心,一直以来被视为能源领域的潜在电极材料。传统配位聚合物框架材料电导率低,因此,如何设计并合成具有一定导电性的配位聚合物框架材料,满足能源及其相关领域对于材料电学性质的要求,成为配位聚合物框架材料领域的研究热点方向之一。本综述介绍了近年来导电二维配位聚合物框架材料的设计思路及电导率测量方法,并对这类材料的制备及其在能源转化及存储方面的应用进行了总结。最后,对二维高导电配位聚合物今后的研究和发展方向进行了展望。     

自组装有机纳米功能材料*

大量研究发现自组装材料可以具有导电、电致发光、光－电转换等优异功能。由简单到复杂的自发组装过程无处不在, 在此基础上已经制备出了功能化染料膜、有机/无机杂化结构的组装膜、传感器、太阳能电池、光通讯元件等功能膜材料和器件。通过分子自组装形成共价键合的、具有稳定和结构可控的材料结构在生物系统中是非常重要的,如今它已日渐成为非生物学研究的焦点,有理由相信它最终将成为一门重要的技术,帮助我们制造大量复杂有用的功能材料。本文介绍了有机自组装材料的结构、自组装方法及其在应用方面取得的一些进展。     

sp2碳连接的二维高分子：在原子分子尺度下的观察与研究

二维聚合物在光电催化、能量存储和气体存储与分离等领域具有重要的应用潜力。其中,基于sp~2杂化碳(C_(sp~2))连接的二维聚合物具有独特的电学性质与化学性质。通过扫描隧道显微镜(STM)技术可以在Au(111)、Ag(111)、Cu(111)、Ru(111)、HOPG等晶格表面上进行原子尺度的精确聚合,这为构建C_(sp~2)相连的二维聚合物提供了有效的新策略。STM技术具有高分辨率能力,可用于表面二维聚合物的结构表征以及内在的光电磁性质的研究。本文将介绍基于STM技术对C_(sp~2)-C_(sp~2)连接的二维聚合物进行观察与研究的新进展。