石墨烯基光学复合材料及其光学应用

石墨烯是近年来发现的一种新型二维晶体碳材料,由单层碳原子构成,具有规则六方对称的蜂巢结构,使其表现出优异的力学、电学和光学性能,近年来迅速成为材料学及光电化学等领域研究热点。本文综述了石墨烯基光学复合材料及其光学应用的研究进展,展望了石墨烯基光复合材料的光学应用前景及发展方向。     

聚合物光学体材料与膜材料的分子设计,合成与性能

总结了有关含砜、硫、溴、金属离子、有机硅、环状化合物、半导体纳米微粒等的聚合物光学体材料与膜材料的功能化及高性能化的设计合成思想,对这些材体材料与膜材料相关的折射率、色散、透光性等光学性质,表面硬度、冲击强度、耐磨性等机械性质及玻璃化转变温度、热稳定性、膨胀系数等热性能进行了研究,讨论了一些透明膜层及复合物的功能性质。     

无机半导体纳米晶光学性质的设计、调控及其生物医学应用

半导体纳米晶由于其丰富的能带结构和光学性质,在光电器件和生物医学应用等领域展现出了广阔的应用前景,且在过去的几十年中得到了广泛关注.因此,对其光学性质进行理性设计和精确调控具有重要的研究意义.本文简要综述了本研究组近年来在不同能带隙的无机半导体纳米晶的可控制备技术以及利用DNA纳米技术和蛋白质自组装手段构建具有特异光学性质的纳米结构等方面的相关研究工作,最后对这些纳米晶和纳米结构的独特光学性质及其在生物医学领域的应用研究进行了总结.     

氮化物荧光粉Sr2Si5N8:Eu2 与纤维素复合农用转光材料制备与表征——化学相关专业研究性综合实验设计

结合新型生态农业应用功能材料和光学农业背景下化学相关专业的特点,开设“氮化物荧光粉Sr2Si5N8:Eu2 与纤维素复合农用转光材料制备与表征”研究性综合实验项目,通过实验原理阐述、研究思路和方法的确立、材料制备、测试表征、数据处理等环节,使学生充分掌握专业中与化学相关的多门课程内涉及的光学材料发光过程、纤维素溶解、复合材料制备、光谱表征及分析、力学性能分析等关键知识点。实践表明,该实验项目选题针对性强,有助于提高学生的综合实验技能,有利于培养学生的基本科研素养,从而达到了提高教育和教学质量的目的。     

基于二维材料的III族氮化物外延

III族氮化物合金因其宽广的可调能隙和优良的光电性能,在照明、电力电子、通讯、能源等领域有巨大优势,促使其材料制备技术不断发展.如何解决III族氮化物异质外延过程中晶格及热胀失配对材料质量的影响,是当前的研究重点.近年来,二维材料作为一类新兴材料受到了极大的关注.借助二维材料层间弱键合的特性,有望降低III族氮化物的制备成本、提高晶体质量,并实现柔性器件的制备,从而将其应用领域拓宽至可穿戴器件、可折叠器件等.本文综述了近年来国内外在二维材料上制备III族氮化物的研究报道,介绍了石墨烯、六方氮化硼、过渡金属硫族化物等二维材料上制备氮化物的各种尝试和成果,总结了二维材料上III族氮化物制备的特点,并对其未来发展趋势做了展望.     

几种常见纳米材料构建的光学传感体系在生化分析中的应用

近年来生物传感新体系的出现,极大地推动了生物医学、分析、环境等研究领域的发展.由于纳米材料具有一些独特的理化性质,常作为载体材料、信号分子等被广泛应用于构建光学生物传感体系.主要介绍了基于金纳米粒子、石墨烯、碳纳米管、量子点、硅纳米粒子几种常见纳米材料构建的光学传感体系及其在生化分析中的应用.分析讨论了这些体系的原理和实际应用,并展望了其研究和应用前景.     

Sr_2Si_5N_8∶Eu~(2+)与纤维素复合农用转光材料制备与表征——化学相关专业研究性综合实验设计

结合新型生态农业应用功能材料和光学农业背景下化学相关专业的特点,开设"氮化物荧光粉Sr2Si5N8∶Eu2+与纤维素复合农用转光材料制备与表征"研究性综合实验项目,通过实验原理阐述、研究思路和方法的确立、材料制备、测试表征、数据处理等环节,使学生充分掌握专业中与化学相关的多门课程内涉及的光学材料发光过程、纤维素溶解、复合材料制备、光谱表征及分析、力学性能分析等关键知识点。实践表明,该实验项目选题针对性强,有助于提高学生的综合实验技能,有利于培养学生的基本科研素养,从而达到提高教育和教学质量的目的。     

基于二维材料的Ⅲ族氮化物外延

Ⅲ族氮化物合金因其宽广的可调能隙和优良的光电性能,在照明、电力电子、通讯、能源等领域有巨大优势,促使其材料制备技术不断发展.如何解决Ⅲ族氮化物异质外延过程中晶格及热胀失配对材料质量的影响,是当前的研究重点.近年来,二维材料作为一类新兴材料受到了极大的关注.借助二维材料层间弱键合的特性,有望降低Ⅲ族氮化物的制备成本、提高晶体质量,并实现柔性器件的制备,从而将其应用领域拓宽至可穿戴器件、可折叠器件等.本文综述了近年来国内外在二维材料上制备Ⅲ族氮化物的研究报道,介绍了石墨烯、六方氮化硼、过渡金属硫族化物等二维材料上制备氮化物的各种尝试和成果,总结了二维材料上Ⅲ族氮化物制备的特点,并对其未来发展趋势做了展望.     

高折射率聚合物-无机纳米光学杂化材料的设计与制备及其应用

传统的高折射率聚合物光学材料,可以通过向聚合物中引入一些芳香环,含硫基团以及除氟以外的其他卤素原子来提高聚合物光学材料的折射率,但是就目前的研究现状来看,这类纯聚合物光学材料的折射率一般都低于1.8.而将具有高折射率的无机纳米粒子引入到聚合物中,所制备的聚合物-无机纳米光学材料的折射率能够达到1.8以上.而且这类高折射率聚合物-无机纳米光学杂化材料同时具有高分子光学材料和无机材料的双重优点,具有广泛的应用前景.鉴于当前高折射率聚合物-无机纳米光学杂化材料发展之迅速和其研究与开发的重要性,并结合目前国内外的研究现状,本文就高折射率聚合物-无机纳米光学杂化材料的设计、制备方法及其相关应用做一个比较系统的介绍,同时对这类材料在未来研究中所应注意的问题也提出了相应的看法.     

一维有机微纳米光功能材料研究进展

近年来,一维有机小分子微纳材料因为其新颖的光学性能和在未来小型化器件中的广泛应用,受到了人们越来越多的关注.相比于传统无机半导体材料,有机小分子材料具有结构多样性、功能可设计性、易大量制备、易机械加工等显著优势.本文将从一维有机小分子纳米材料的制备方法、形貌调控、光学性能(如光波导、受激发射、电致发光等),及其在光学器件上的应用出发,对近十年来的相关研究进展及成果进行总结和介绍.     

Chemistry of two-dimensional MXene nanosheets in theranostic nanomedicine

Transition metal carbide,carbonitride and nitride MXenes,as the emerging two-dimensional(2D)nanomaterials,have aroused burgeoning research interest in a broad range of applications ranging from energy conversion to biomedicines attributing to their distinctive planar nanostructure,physiochemical properties and biological effects.They are featured with fascinating electronic,optical,magnetic,mechanical and thermal properties,which exert significant roles in biomedical applications of 2D MXenes.In this review,we briefly summarize the recent research progress of 2D MXenes and highlight their intrinsic chemistry in theranostic nanomedicines,focusing on the synthetic chemistry for MXenes construction,surface chemistry for surface engineering,physiochemical property for theranostic application and biological chemistry for biosafety evaluation.Furthermore,based on the current achieve ments on MXenes,their potential research directio n,critical challenges and future development in biomedicine are also discussed.It is highly expected that 2D MXene-based nanosystems would have a broad application prospect in theranostic biomedicine provided the current facing critical issues and challenges are adequately solved.     

气敏新材料MXenes在呼出气体传感器中的应用

电子鼻结合人工智能对呼出气进行检测、分析和识别已成为非侵入性医疗检测领域的研究热点.然而,目前已报道的气体传感材料尚不能同时满足高灵敏度、高选择性和稳定的室温检测,阻碍了气体传感器在医疗健康领域的应用及发展,寻找合适的传感材料具有重要的意义和挑战.新型二维层状纳米材料MXenes具有种类多、比表面积大、导电性能强、表面...     

MXenes复合材料的发展:界面调控及结构设计

MXenes作为一类新兴的二维材料, 因具有独特的亲水性、 优异的力学性能、 丰富的表面官能团、 高导电率、 光热以及光电效应等性能而成为研究热点, 广泛应用在电磁屏蔽、 电化学储能、 生物医药、 分离、 传感器和海水淡化等领域. 虽然MXenes具有这些优异的性能, 但是其存在的与疏水性高分子相容性差、 带负电的官能团阻碍电解质运输及易氧化等问题限制了其实际应用. 近年来, 通过对MXenes进行界面调控以解决其固有缺陷, 并在此基础上对MXenes进行针对性的结构设计以提升界面稳定性, 其性能得到了进一步提升. 本文对MXenes复合材料发展过程中在界面调控和结构设计方面的研究进展进行总结, 并重点介绍了MXenes的结构和性质及MXenes在复合材料中的界面调控手段, 对MXenes复合材料的结构设计进行了阐述, 并对MXenes复合材料的发展前景进行了展望.     

非贵金属助催化剂MXene在光催化领域应用的研究进展

环境友好型半导体光催化是当前最具前景的光催化技术之一,它不仅能够将太阳能转化为化学能以解决能源危机,还可以将污染物降解矿化从而解决环境问题.但是,传统的半导体光催化剂受限于光利用率低、光生载流子复合率高、稳定性较差等几个方面,无法达到理想的光催化效果.在半导体光催化剂上负载助催化剂是提升光催化效率的有效策略之一.负载助催化剂能够增强光生电荷在半导体与助催化剂界面间的传输,提供额外的催化活性位点,增强光捕获能力,因而被广泛应用于光催化剂的改性.目前广泛使用的贵金属助催化剂包括Au,Ag,Pt,Ru等,虽然这些贵金属助催化剂性能优异,但是它们存在储量少和成本高的问题,严重影响其规模化应用.因此,开展高效且成本低廉的非贵金属助催化剂的研究非常必要.近来,一种新型二维过渡金属材料(MXene)因其具有独特的二维层状结构、优异的导电性能、出色的光学和热力学性质而成为催化领域的研究热点.本文综述了有关非贵金属助催化剂MXene在光催化领域的最新研究进展,内容包括:(1)MXene材料的体相与表面结构特性;(2)薄层MXene的制备方法,例如氢氟酸刻蚀法、氢氟酸替代物刻蚀法以及熔融氟盐刻蚀法;(3)MXene基复合光催化剂的合成及改性策略,包括机械混合、自组装、原位氧化等;(4)MXene辅助增强光催化活性机理.论文还重点介绍了MXene作为助催化剂在光催化领域中的应用,包括光催化分解水产氢、光催化CO2还原、光催化固氮以及有机污染物的光催化降解.最后,论文分析了MXene基异质结光催化剂存在的问题与面临的挑战,并对MXene助催化剂的未来发展进行了展望.主要观点包括:(1)关于光催化分解水、空气净化、合成氨领域的研究较少,需要进一步开展;(2)MXene基异质结光催化剂的反应机理仍存在争议,需采用现代化仪器设备(包括原位表征技术)对其进行更为深入的探究;(3)目前,大多数MXene材料的制备都是通过强腐蚀性的氢氟酸或氢氟酸替代物刻蚀,开发环境友好且高效的MXene制备方法迫在眉睫;(4)阐明MXene表面终端基团的作用有助于提升MXene基复合光催化剂的性能;(5)引入新的改性策略如局域表面等离子体共振效应(LSPR)、缺陷调控、单原子催化(SAC)等来提高MXene基光催化剂的催化性能,是未来MXene基复合催化剂的发展方向.     

基于MXenes的功能纤维的制备及其在智能可穿戴领域的应用

在电子信息和物联网技术的推动下,人类对可穿戴电子器件和智能织物的需求愈发突出,功能纤维作为智能可穿戴设备的重要载体,近年来获得快速发展。功能纤维的性能很大程度上取决于纤维的基础构筑单元。过渡金属碳/氮化物(MXenes)作为一种新兴的二维材料,凭借其高电导率、优异的可加工性能、可调节的表面特性以及出色的机械强度等优点,受到了极大的关注,也逐渐成为构筑功能纤维的重要单元。本文将主要综述MXenes的湿化学、熔融盐、无氟试剂刻蚀等方法和力学、电学、光学和化学稳定性等性能,阐述基于该材料制备的功能纤维在传感、储能以及其他智能领域的应用,最后讨论了基于MXenes材料的功能纤维的未来应用前景和技术挑战。     

Potential Biosafety of Mxenes: Stability,Biodegradability, Toxicity and Biocompatibility

MXenes are two-dimensional nanomaterials with unique properties that are widely used in various fields of research, mostly in the field of energy. Fewer publications are devoted to MXene application in biomedicine and the question is: are MXenes safe for use in biological systems? The sharp edges of MXenes provide the structure of ”nanoknives“ which cause damage in direct physical contact with cells. This is effectively used for antibacterial research. However, on the other hand, most studies in cultured cells and rodents report that they do not cause obvious signs of cytotoxicity and are fully biocompatible. The aim of our review was to consider whether MXenes can really be considered non-toxic and biocompatible. Often the last two concepts are confused. We first reviewed aspects such as the stability and biodegradation of MXenes, and then analyzed the mechanisms of toxicity and their consequences for bacteria, cultured cells, and rodents, with subsequent conclusions regarding their biocompatibility.     

Role of MXene surface terminations in electrochemical energy storage: A review

MXenes are a group of recently discovered 2D materials and have attracted extensive attention since their first report in 2011; they have shown excellent prospects for energy storage applications owing to their unique layered microstructure and tunable electrical properties. One major feature of MXenes is their tailorable surface terminations (e.g., −F, −O, −OH). Numerous studies have indicated that the composition of the surface terminations can significantly impact the electrochemical properties of MXenes. Nonetheless, the underlying mechanisms are still poorly understood, mainly because of the difficulties in quantitative analysis and characterization. This review summarizes the latest research progress on MXene terminations. First, a systematic introduction to the approaches for preparing MXenes is presented, which generally dominates the surface terminations. Then, theoretical and experimental efforts regarding the surface terminations are discussed, and the influence of surface terminations on the electronic and electrochemical properties of MXenes are generalized. Finally, we present the significance and research prospects of MXene terminations. We expect this review to encourage research on MXenes and provide guidance for usingthese materials for batteries and supercapacitors.     

2D MXenes Nanosheets for Advanced Energy Conversion and Storage Devices: Recent Advances and Future Prospects

Since the initial MXenes were discovered in 2011, several MXene compositions constructed using combinations of various transition metals have been developed. MXenes are ideal candidates for different applications in energy conversion and storage, because of their unique and interesting characteristics, which included good electrical conductivity, hydrophilicity, and simplicity of large-scale synthesis. Herein, we study the current developments in two-dimensional (2D) MXene nanosheets for energy storage and conversion technologies. First, we discuss the introduction to energy storage and conversion devices. Later, we emphasized on 2D MXenes and some specific properties of MXenes. Subsequently, research advances in MXene-based electrode materials for energy storage such as supercapacitors and rechargeable batteries is summarized. We provide the relevant energy storage processes, common challenges, and potential approaches to an acceptable solution for 2D MXene-based energy storage. In addition, recent advances for MXenes used in energy conversion devices like solar cells, fuel cells and catalysis is also summarized. Finally, the future prospective of growing MXene-based energy conversion and storage are highlighted.     

Atomic defects,functional groups and properties in Mxenes

MXenes,a new family of functional two-dimensional(2 D) materials,have shown great potential for an extensive variety of applications within the last decade.Atomic defects and functional groups in MXenes are known to have a tremendous influence on the functional properties.In this review,we focus on recent progress in the characterization of atomic defects and functional group chemistry in MXenes,and how to control them to directly influence various properties(e.g.,electron transport,Li⁺ adsorption,hydrogen evolution reaction(HER) activity,and magnetism) of 2 D MXenes materials.Dynamic structural transformations such as oxidation and growth induced by atomic defects in MXenes are also discussed.The review thus provides perspectives on property optimization through atomic defect engineering,and bottom-up synthesis methods based on defect-assisted homoepitaxial growth of MXenes.     

The potential of MXene materials as a component in the catalyst layer for the Oxygen Evolution Reaction

MXenes are a class of 2D/layered materials which are highly conductive, hydrophilic, have a large electrochemical surface area and are easily processible into electrodes for energy applications. Since the discovery of MXenes over ten years ago, these materials have been mainly used in the preparation of electrodes for batteries and supercapacitors. However, due to their aforementioned properties, MXenes could potentially be utilised as a component in the catalyst layer for the Oxygen Evolution Reaction (OER). This opinion piece will discuss some of the recent literature in the area of hybrid catalysts consisting of various Transition Metal Oxides (TMOs) and MXenes for the OER. We will also discuss current drawbacks and future outlook in this new area of research.