二维光催化材料

正二维纳米材料是一类性能独特且有良好前景的光催化材料。二维材料表面原子排列通常与块体材料不同,对表面性质和界面电荷转移有显著影响,展现出独特的表/界面特性。近年来,各类二维纳米材料合成方法和表面改性策略的快速发展,在光催化性能提升和能源环境领域应用等方面发挥了重要作用。本专刊邀请了从事光催化研究的学者,分享了他们在二维光催化材料方面的最新研究成果。     

石墨烯表界面化学修饰及其功能调控

石墨烯属于碳纳米材料家族中的一员,是一种单层的二维原子晶体,具有高硬度、高导热性、高载流子迁移率等诸多优良特性,被认为是新一代电子学器件的重要基础材料.近年来我们课题组利用石墨烯的这些优良特性在其表界面化学修饰及其功能调控方面开展了一系列研究工作.我们对石墨烯表界面进行了共价或非共价化学修饰,在一定程度上打开了石墨烯的带隙,并发展了具有传感功能的石墨烯器件.我们还制备了基于石墨烯的纳米电极,发展了新一代分子电子器件的普适性制备方法,实现了单分子器件的功能化.展望未来,以石墨烯为代表的碳基纳米材料将继续在纳电子器件研究领域发挥重要作用.     

异质材料微流体通道电渗流热效应

本文对玻璃和聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料制作的微流控芯片电渗流焦耳热效应进行数值研究.采用双电层的Poisson-Boltzmann方程,液体运动的Navier-Stokes方程和液-固耦合系统的热传导方程研究二维微通道电渗流的温度特性.研究发现:由于材料属性的差别,温度场和速度场在微通道断面存在不均匀性.微通道表面的温升会降低双电层的电荷密度.热效应会对电渗流速度场产生影响,并诱导压强梯度和改变外电场在微通道的变化特征.     

二维过渡金属硫族化合物在生物医学中的应用

二维过渡金属硫族化合物(TMDs)是继石墨烯纳米材料发展之后一类新型的二维纳米材料. 由于其特殊的物理化学性质, TMDs二维纳米材料在能源、光电器件、催化反应等多个领域引起了人们广泛的研究兴趣. 近年来这类材料在纳米生物医学方面也得到人们广泛的关注. 这篇综述简单介绍TMDs二维层状纳米材料的制备、表面修饰、生物成像、肿瘤治疗和毒理学研究, 并对二维TMDs纳米材料未来在生物医学领域的发展做出展望.     

二维层状离子型纳米材料在化妆品领域的应用进展

二维层状离子型纳米材料具有独特的结构和界面性能,使其在透皮吸收、防晒、活性物的靶向传递、构建稳定的纳米微胶囊等功效中显示出极大的优势,在化妆品行业中具有良好的市场前景。 该类化合物根据层板电荷不同可分为阳离子型粘土材料和阴离子型水滑石类材料。 基于近年来国内外对二者的研究报道和实验研究成果,本文综述了二维离子型纳米材料的特点、性能及其在化妆品领域的应用历史和发展现状,并进一步展望了该类材料在化妆品领域中的应用前景。     

二维纳米材料的改性及其环境污染物治理方面的应用

二维纳米材料是一类具有类似二维平面形态,且厚度在纳米级甚至数个原子层的材料,其种类繁多并且具有很多与体相材料不同的物化性质,在众多领域受到了广泛关注。二维纳米材料在催化降解、吸脱附、过滤、传感检测等领域具有可观的应用潜力,还可用于环境污染的防治。通过形貌、元素、基团、缺陷的修饰、改性和材料合成等策略可以调控二维纳米材料的性质,从而研发新的材料体系或者改善二维纳米材料的性能。本文首先归纳了二维纳米材料的种类,并重点阐述了各种改性策略的作用及研究现状,以及改性的二维纳米材料在治理水体污染、大气污染和污染物检测等方面的应用,为二维纳米材料在环境治理领域的发展现状作了系统介绍和展望。     

二硫化钨纳米材料的应用研究现状

近年来,二硫化钨作为具有类石墨烯结构的二维材料,由于具有优异的电学、光学和催化性能得到了广泛研究.本文介绍了二硫化钨纳米材料的结构性质,并综述了二硫化钨纳米材料在润滑材料、催化领域、能量储存、光电器件和微波吸收领域的应用研究现状,最后总结了二硫化钨纳米材料研究中存在的问题,并展望了其发展前景.     

二维纳米材料作为润滑油添加剂的研究进展[1]

二维纳米材料因其独特的分子结构和润滑性能而在摩擦学领域得到了广泛的研究。同一层内原子间的高强度和较低的层间剪切强度使其成为一种优异的减摩抗磨添加剂。本文分别从石墨烯类二维纳米材料、过渡金属二硫化物和其它的二维纳米材料三方面综述了二维纳米材料作为润滑油添加剂的摩擦学性能,阐述了二维纳米材料的摩擦机理,并指出二维纳米材料作为高性能润滑材料仍需解决的问题及未来的研究趋势。     

无机微/纳空心球

无机微/纳空心球材料以其独特的结构、优异的物理化学性能和广阔的应用前景,成为微/纳米材料研究和开发的一个热点领域之一。到目前为止,已研究开发出若干微/纳空心球材料的制备方法,并已制备出具有特殊物理和化学性能的空心球材料。其中,近年来的相关报道尤其多。本文主要回顾了近年来微/纳空心球材料研究和开发的最新进展,其中包括各种制备方法的原理、优缺点和适用范围,并展望了微/纳空心球材料的应用前景。     

超越石墨烯:二维纳米材料

二维纳米材料由于其独特的物理和化学性质,现已成为当今材料科学研究的焦点之一。本文从新型二维纳米材料的分类、合成、性质和应用角度,结合TMDs、硅烯、层状氧/氢氧化物等实例,介绍了这方面研究的新进展,并简要介绍了新兴的以二维材料堆叠为基础的范德华和同层异质结构的制备、性质及应用前景。最后,对正在飞速发展的二维纳米材料在未来将引发的新一代材料科学革命中展示出的活力进行了展望。     

信息动态

无论是为了降低试剂或样品消耗、提高分析速度,还是为了提高分析技术的微区分辨能力,实现单细胞及亚细胞水平的分析,微纳流体操控都是不可或缺的重要环节.毛细管电泳和微柱色谱充分体现了微尺度分析的优势,而上世纪90年代出现的微全分析系统(Micro total analysis systems)则带来了一种革命性的变化,诞生了一个新的学科,微纳流控技术(Microfluidics and nanofluidics).微纳流控技术通常是指在微米及以下尺度的结构中操控纳升至飞升体积流体的技术和科学,在微纳尺度下独特的流体特征、界面效应及热传导性能,使其中发生的许多物理或化学过程与常规体系中的同类过程有显著的不同.     

二维金属纳米材料的合成及电催化应用的研究进展

基于各种电化学过程的能源转化技术是未来可持续能源利用和发展的关键, 而催化剂在其中扮演着非常重要的角色. 二维金属纳米材料因其独特的物理化学性质在许多电催化反应中都展现出巨大的应用潜力, 也因此受到了广泛关注. 本文介绍了二维金属纳米材料的常见合成方法与策略, 并综合评述了近年来该类材料在电催化应用领域中的研究进展, 重点探讨了材料的组分和微观结构等因素对其性能的影响机理, 最后对二维金属纳米材料目前所面临的挑战以及未来的研究方向进行了总结与展望.     

石墨烯/聚乙烯界面导热性能的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学模拟(NEMD)方法研究了石墨烯/聚乙烯纳米复合材料的界面导热性能,主要考察了石墨烯层数、尺寸对界面热阻的影响.研究结果表明:当石墨烯层数为一层时,界面热导为46.79 MW/(m~2K),随着石墨烯层数的增加,界面热导下降;但石墨烯层数超过四层后,界面热导趋于恒定接近39.00 MW/(m~2K);随着石墨烯尺寸的增大,石墨烯中较长波长声子被引发并对界面热传导起到主要的作用,最终导致界面热导逐渐增大.     

三维石墨烯材料制备方法的研究进展

石墨烯是由单层碳原子组成的新型二维碳纳米材料,因其众多独特而优异的理化特性,已成为近年来材料科学领域中最耀眼的明星材料。整合二维(2D)石墨烯形成具有微纳米结构的三维(3D)石墨烯材料,可有效调控石墨烯的电学、光学、化学、机械和催化特性。近期研究发现,基于3D石墨烯构建的功能器件在储能、环境、传感及生物分析领域表现出更为突出的性能。因而,制备新型3D石墨烯材料已成为当前石墨烯化学的研究热点。目前3D石墨烯材料的制备方法主要包括溶液自组装、界面自组装、模板介导合成法等。通过改变原材料或制备方法,可以有效调控3D石墨烯柔韧性、多孔性、活性面积、电子传递速度及传质等性能。本文介绍了当前3D石墨烯材料制备方法的研究进展,并简要评述3D石墨烯材料制备研究中所面临的挑战及应用前景。     

超薄二维MOF纳米材料的制备和应用

超薄二维金属有机框架材料(MOF)纳米材料是MOF材料中的一类,不同于传统体相MOF材料,超薄片状结构赋予了它高比表面积、丰富的配位不饱和的金属位点等独特性质,能够有效改善MOF在催化、分离和传感等领域中的性能。本文综述了近年来国内外在超薄二维MOF纳米材料的构建及制备方法的研究进展,其中包括自上而下法、自下而上法以及独立于二者的二维氧化物模板牺牲法等。同时,本文详细讨论了超薄二维MOF纳米材料在气体吸附与气体分离、催化、能量储存和传感平台等领域的应用前景,并对未来超薄二维MOF纳米材料的研究面临的挑战和机遇做了进一步的分析。     

有机或金属-有机二维纳米材料的制备与应用

对石墨烯等二维材料的研究进一步引发了人们对相似结构的其他有机、金属-有机二维层状纳米材料的浓厚兴趣. 这些二维材料由于其优异的化学可剪裁性而受到关注, 预期未来在电子器件、催化和小分子分离等方面具有广泛的用途. 这篇综述系统地介绍了目前制备有机基二维材料的自上而下和自下而上的两大类方法, 总结了有机基二维材料在生物识别、小分子分离和纯化以及电学方面的应用, 最后讨论了有机基二维材料目前在制备和性质改进方面面临的问题和未来可能发展的研究方向.     

有机或金属-有机二维纳米材料的制备与应用（英文）

对石墨烯等二维材料的研究进一步引发了人们对相似结构的其他有机、金属-有机二维层状纳米材料的浓厚兴趣.这些二维材料由于其优异的化学可剪裁性而受到关注,预期未来在电子器件、催化和小分子分离等方面具有广泛的用途.这篇综述系统地介绍了目前制备有机基二维材料的自上而下和自下而上的两大类方法,总结了有机基二维材料在生物识别、小分子分离和纯化以及电学方面的应用,最后讨论了有机基二维材料目前在制备和性质改进方面面临的问题和未来可能发展的研究方向.     

ZnO纳米线基MWNTs/PVDF复合热电材料的制备及特性研究

将不同比例的多壁碳管(MWNTs)与聚偏二氟乙烯(PVDF)聚合物混合后,喷涂于n型ZnO半导体纳米线阵列上,制备了一种新型ZnO纳米线基MWNTs/PVDF热电复合材料.与以往采用价格昂贵的p型与n型单壁碳纳米管(SWNTs)与聚合物混合制备的复合热电材料特性相比,这种新型热电复合材料在降低制造成本的同时,利用分散于聚合物中MWNTs的一维电子传输特性及形成的大量界面势垒,加上ZnO半导体纳米线具有的较高载流子密度与迁移率,提高了复合热电材料中电子的输运特性,增加了材料对声子的散射强度.测试发现,在一定的温度梯度下,随着MWNTs添加质量百分比的增加,热电材料的温差电动势和电导率也随之增加,但其Seebeck系数变化量不大.研究表明,这种热电材料有望替代采用p型与n型SWNTs构建的SWNTs/PVDF复合热电材料.研究结果对开发超轻、无毒、廉价、可应用于各种微纳电子领域的新型电源具有重要的参考价值.     

低对称性二维ReS2及其异质结的化学气相沉积法制备及性质

二维硫化铼(ReS₂)是一种晶格对称元素少,纵向仅有原子级厚度的层状结构功能纳米材料。其晶体结构的低对称性使二维ReS₂具有丰富的各向异性理化性质,在微纳光子学、触觉传感器和各向异性电子器件等领域前景广阔。该类材料的应用开发依赖于高质量的合成和对其性质的深刻理解。本文首先从金属含铼前驱体、非金属含硫前驱体以及基底工程三个方面归纳了化学气相沉积法可控制备二维ReS₂的各种手段和生长机制。随后,按照合成步骤分“一步法”和“两步法”介绍了ReS₂水平和纵向异质结的制备最新进展。最后,综述了ReS₂在各向异性光学和电学方面的性质。本文还对二维ReS₂合成和性质研究的挑战和机遇提出了展望。     

低维纳米材料的理性设计:从结构预测到分子设计

低维纳米材料具有不同于体相材料的物理化学特性,是未来能源、信息与生物等技术的一个重要载体.结构预测与设计作为材料研究与发展的重要内容之一,在低维纳米材料方面的研究具有重要的意义.本文综述了近年来在低维材料理性设计方面的一些研究进展,主要基于全局结构搜索与分子设计,预测具有独特结构与性能的新型低维材料.结合第一性原理电子结构计算方法,针对特定性能开展结构搜索与设计,预测了一系列新型的光催化材料与自旋电子学材料.通过从结构预测到目标设计,可以揭示低维纳米材料中"结构"与"性能"之间的关系,寻找具有特定结构、特殊功能的新型低维纳米材料.