“刚柔耦合”蓝图:化学焊接 MOF/聚酰亚胺多孔杂化材料用于多功能分离
这篇综述提出“刚柔耦合”设计范式,系统梳理通过共价接枝、氢键和缺陷介导配位将弱物理相互作用转化为化学焊接界面的界面工程策略,以解决 MOF/聚酰亚胺杂化多孔材料的界面不相容与刚性-柔性权衡问题。
这篇综述提出“刚柔耦合”设计范式,系统梳理通过共价接枝、氢键和缺陷介导配位将弱物理相互作用转化为化学焊接界面的界面工程策略,以解决 MOF/聚酰亚胺杂化多孔材料的界面不相容与刚性-柔性权衡问题。
通过 Ag 与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)双修饰 Cu₂O,构建的 Ag–Cu₂O 异质界面催化剂在电化学 CO₂ 还原中实现乙醇法拉第效率 52.2%、总 C₂ 产物法拉第效率 72.2%,并稳定运行 12 h。
研究构建了仲胺桥接的柔性多孔芳香框架(PAF),利用吸附响应型呼吸效应在高温下随碘的引入发生溶胀,从而容纳更多碘蒸气。框架内的N位点与π给体通过形成电荷转移复合物增强吸附,150°C下碘蒸气吸附容量达7.88 g g⁻¹,明显高于常规吸附剂。
推荐理由:原文给出柔性多孔芳香框架在150°C下吸附碘蒸气7.88 g g⁻¹,读者可据此判断高温碘捕集的材料设计思路。
研究通过界面聚合制备了多层p型与n型二维高分子(2DP)电致变色层,两层均参与电化学驱动的颜色切换,着色效率最高达101 cm² C⁻¹,并在100次循环内保持稳定。在堆叠器件中,直接接触凝胶电解质的2DP层电致变色响应速率与效率接近单层器件,而底部埋层性能略有下降,作者将其归因于埋层离子传输受限。作者认为,多层半导体2DP有望用于需要多态或双极性能的混合离子-电子导体应用。
推荐理由:原文对比了堆叠器件中表层与埋层2DP的电致变色响应差异,并归因于埋层离子传输受限。
一种物联网(IoT)嗅觉接口整合了 AI 辅助的气味传感平台与可穿戴压电嗅觉驱动系统,用于远程气味感知与刺激。该框架贯通器件、电路架构与软件算法,并已在医学场景中用于嗅觉通路心理物理测试与感官丧失评估。研究还通过嗅觉与味觉接口联用实现多感官刺激以增强沉浸感。
研究报道了一种基于非对称活性层结构的全软有机电化学二极管(OECD),在±1 V下整流比最高达2.23 × 10⁴,并在最高30%的拉伸应变和反复机械形变下保持稳定工作。器件采用转印的超薄离子凝胶界面,在应变下仍保持共形覆盖与电化学活性结构,并可用于可变形整流器、逻辑门以及抑制可变形压力传感阵列中串扰的信号隔离元件。
推荐理由:原文给出全软有机电化学二极管在30%拉伸应变下的整流比与阵列串扰抑制效果,可作为柔性电子信号隔离器件的参考。
研究团队提出用光化学在合成纤维状高仿生水凝胶中实现动态网络调控,作为概念验证,他们通过调节该自适应体外模型的力学性能来影响三维间充质基质细胞培养中的细胞铺展与力传导。作者称该方法为按需力学自适应凝胶提供了新的控制手段,同时保留了易加工和细胞提取的特点。
推荐理由:作者用光化学在合成纤维状水凝胶中实现动态网络调控,并演示其对三维培养细胞铺展与力传导的调节。
研究提出用准一维(Q1D)紧束缚模型描述单轴取向高分子薄膜的能带结构,以解释掺杂增加时霍尔效应由 p 型向 n 型的转变。该框架在较宽掺杂范围内使霍尔导出的载流子密度与其他独立测量结果吻合,而传统霍尔系数表达式 R_H = [n_H q]⁻¹ 在重掺杂高分子中会给出非物理的高载流子密度。
推荐理由:针对重掺杂导电高分子霍尔系数给出的载流子密度偏高问题,作者用准一维紧束缚模型重新解读霍尔效应,并与独立测量结果对照。
半金属铁磁体 La0.67Sr0.33MnO3 薄膜上的手性分子层诱导出准垂直磁化构型,与常规铁磁体中磁化沿聚合物手性轴排列的行为不同。该准垂直取向源于热驱动的稳态,不同分子传输概率改变了畴壁能量景观。结果揭示了无净电流下 CISS 效应的作用机制,并为半金属薄膜自旋电子器件的磁化调控提供依据。
一种三维压电纳米纤维支架在生理载荷下产生机电激活,机械触发式分阶段递送载有 AgomiR-126 或 AntagomiR-126 的骨靶向外泌体模拟物(EMs)。阿仑膦酸功能化 EMs 实现骨选择性定位,AgomiR-126 促进早期血管生成与祖细胞募集,AntagomiR-126 增强晚期成骨分化。体内研究显示该系统显著改善骨修复。
钠、镁基催化剂首次实现以非活化酯为酰化试剂的催化底物与位点选择性酯交换。催化剂中心金属周围的精确空腔结构可在竞争反应位点间进行有效位阻区分,从而规避以往方法对高活性酰化试剂的依赖。
研究实现 3′-脱氧阿皮糖核酸(ApioNA)的高效不对称合成,并证实其与 RNA 形成中等稳定双链、与 DNA 配对弱且自缔合可忽略,表现出固有的 RNA 选择性杂交。
研究团队通过层间扭曲工程构建了波浪状吖啶鎓基 COF(Mes-Acr-TAPB 与 Mes-Acr-TAPP),抑制层间 π–π 堆积并扩大层间距,从而改善光活性吖啶鎓位点的可及性。
推荐理由:通过引入层间扭曲抑制二维 COF 的 π–π 堆积,为提升光催化位点可及性提供了一条可迁移的结构设计思路。
由 ZrO5F 八面体次级构筑单元与芘四膦酸酯连接体构建的微孔锆四膦酸酯框架 IEF-10,兼具永久可及微孔(等效 BET 比表面积约 430 m2·g–1)、可及膦酸基团(-PO3H)以及高达 450 °C 的热稳定性、>3 吨的机械稳定性和 pH 1–12 的化学稳定性。
研究将 Pt 纳米颗粒选择性置于多孔碳载体的外表面(Ptext/PC)或内部纳米孔中(Ptint/PC),在 Pt 载量、颗粒尺寸和孔结构相近的条件下,H2-air 下 Ptint/PC 的峰值功率密度约为 Ptext/PC 的 1.3 倍,高电压区电流密度相近。
推荐理由:通过把 Pt 纳米颗粒放进介孔内来打散离聚物骨架的紧密堆叠,为低铂燃料电池的氧传输提供了一条可调的结构参数。
晶格限域的 Ru 单原子通过缩短 Co–O 与 Ru–O 键长形成稳固 Ru–O–Co 桥,抑制 Co 溶解并优化电子结构,使 RuLCA-Co3O4 在 10 mA cm–2 下过电位仅 260 mV。加速耐久测试后其 Co 溶解量比表面配位的 RuSCA-Co3O4 低近 9 倍,AEMWE 体系中稳定运行超过 1000 h,降解速率低至 88.1 μV h–1。
研究报道了一种可克级规模制备的氟化铜基共价有机框架 F–Cu–COF,采用露天一锅法合成并保持高结晶性与化学稳定性。该材料通过氟化孔道与氧化还原活性 Cu 中心的主客体耦合,在同一结合事件中同时实现 PFAS 捕获与浓度依赖的电化学信号输出,检测限为 5.2 pg L–1,吸附容量达 3824 mg g–1,并可用于流通式去除。
推荐理由:原文给出 F–Cu–COF 的检测限与吸附容量,并说明同一主客体结合事件如何同时驱动捕获与电化学信号。
研究报道了一种离子液体辅助的双固化策略,可在明显更温和的固化条件下制备可加工的邻苯二甲腈(PN)基热固性树脂。配方由丙烯酸酯官能化 PN 单体、交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯和固化促进剂 1-丁基-3-甲基咪唑二氰胺组成,无溶剂 UV 聚合先形成聚丙烯酸酯骨架且 PN 官能团保持化学完整,随后热固化形成网络。
推荐理由:原文用离子液体促进的双固化路线,把邻苯二甲腈树脂的固化条件从高温降到更温和区间,读者可据此判断可加工性与耐热性的取舍。
作者报道了一系列由四种 DNA 核苷衍生的聚合物网络,通过硫醇–烯光聚合制备,并研究了共价与非共价交联对热机械性能的影响。互补碱基引入的次级非共价网络显著提高材料强度,杨氏模量相比仅共价交联的材料最高提升 25 倍。该体系可进一步调节水解降解聚酯热固性的性能,极限拉伸强度最高 8.3 MPa、断裂伸长率最高 390%、热稳定性最高 250 °C。
推荐理由:作者用四种 DNA 核苷构建硫醇–烯网络,并给出互补碱基配对使杨氏模量提升至多 25 倍的对照数据。
对胺-酯基动态共价网络(CAN)开展原子尺度分子动力学模拟,系统改变链段长度与交联密度,发现链长依赖呈非单调趋势,源于化学交联与拓扑约束的共同作用。原始路径分析显示拓扑约束相对交联点的空间分布存在差异;有无动态键交换体系的残余应力比与扭结数近似线性相关,表明永久网络连接相关应力比拓扑约束应力松弛得更高效。
研究通过反硫化合成了一系列氨基含量不同、硫秩相近的氨基官能化多硫化物(APSs),并将其作为天然橡胶/炭黑(NR/CB)复合材料的界面改性剂。氨基与CB表面羧基形成化学作用,多硫化物共价接入橡胶链,从而在不改变交联密度的前提下调控界面结构。随着氨基含量增加,CB分散与界面作用逐步改善而链段活动性得以保留,复合材料滞后损失明显降低、抗疲劳性提升。
推荐理由:通过氨基化多硫化物把界面作用与交联密度解耦,为填料增强弹性体的滞后与疲劳矛盾提供单变量调控思路。
含药学重要酸与碱(小分子和聚合物)的无定形混合物中,组分经酸碱反应相互电离,使 Tg 超过各组分自身值,与现有以加权平均描述混合物 Tg 的理论相冲突。将电离部分视为具有独立 Tg 的新组分并做加权平均,即可定量解释该现象,且模型采用实验测定的电离度而非拟合参数。该模型与此前解释 Tg 极大值的热力学模型有本质区别,为预测成盐混合物的 Tg、设计低迁移率与高稳定性的无定形材料提供基础。
研究设计了一系列不对称的聚降冰片烯苄基-嵌段-聚降冰片烯接枝PDMS(PNBn-b-PDMS)树枝化瓶刷嵌段共聚物,通过整合树枝化PNBn嵌段与PDMS嵌段系统调控主链刚性。
推荐理由:原文给出主链刚性窗口与相选择路径的对应关系,读者可据此判断复杂介相的可设计区间。
在肯尼亚和赞比亚重症疟疾患儿中开展的 I 期剂量探索试验确定,Sevuparin 按 0、8、16 h 三次输注的最大耐受剂量为 3 mg/kg。23 名患儿入组、20 名纳入主要分析,剂量从 1.5 mg/kg 升至 6 mg/kg 时出现 2 例 DLT,降阶梯阶段 5 mg/kg 与 4 mg/kg 各出现 DLT。
Nature Communications 刊出的一项研究报道了可控活性开环扩环聚合方法,用于精准合成环状聚芳基异腈。
研究报道了一种动态表面光栅,通过交联密度和振幅调控活化能,使结构色寿命可编程,覆盖 300 s 至 240 天以上的时间范围。结构色寿命由聚合物网络的链段松弛动力学决定,光栅振幅随时间衰减,衍射能量重新分配回镜面反射,结构色逐渐褪去。借助光掩模辅助 UV 曝光在空间上编码松弛活化能,不同区域的结构色寿命可独立编程,并用于刺激响应光学加密、时间分辨多级信息加密和冷链完整性监测。
推荐理由:通过交联密度与振幅调控活化能,把结构色寿命从 300 s 编程到 240 天以上,为动态光学材料提供可迁移的时间编码思路。
综述指出超级电容器的性能与稳定性在浮充、高频循环、快速充放电、宽温域和高压等非平衡工况下由离子传输受限、界面极化、电解质分解与结构应力演化等耦合动力学与热力学过程共同决定。文章归纳出传输失配、界面不稳定与热-机械耦合三类退化起源,并据此提出离子传输调控、界面化学调控、电解质优化与结构适应性四方面材料设计原则。
将铜-白皮杉醇功能化介孔二氧化硅纳米颗粒固定于枯草芽孢杆菌上,构建出兼具过氧化物酶样催化活性与类铜死亡抗真菌作用的生物杂合体 BS@MCP。该材料在保持细菌活性的同时广谱抑制尖孢镰刀菌、白色念珠菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和耐碳青霉烯大肠杆菌,H₂O₂ 可进一步增强抑菌效果。
研究团队用蘑菇源壳聚糖(M-CS)替代虾蟹源壳聚糖(C-CS),与胶原和羟基磷灰石复合制备生物墨水(胶原 3 wt%、M-CS 3 wt%、羟基磷灰石 20 wt%)。
研究提出以预嵌入碳纳米管(CNT)骨架实现碳组分功能分化的策略,用于硫化物基全固态锂硫电池正极:Li6PS5Cl(LPSC)作离子导体,Ketjen black(KB)承担硫负载与短程电子转移,预嵌入 CNT 作长程电子传导骨架。
研究者报道了双受体共价有机框架 BDZ-BFA-ETP,将苯并噻二唑(BDZ)与吡啶鎓基 ETP 单元整合,在受体侧形成明显的电子不对称。缺电子的 BDZ 优先活化 O2,相对富电子的 ETP 促进 *OOH 转化与 H2O2 释放,两者协同完成 2e− ORR 路径。
金属负载型金属–有机框架(Metal/MOF)催化剂结合金属活化 H₂ 与 C─O/C═O 键的能力和 MOF 固有酸位、高比表面积及结构可调特性,在生物质含氧物加氢脱氧(HDO)中取得显著进展。该综述聚焦金属与 MOF 在提供丰富活性位点和灵活调控微环境方面的协同效应,提出缺陷工程与功能化两大 Metal/MOF 催化剂设计策略,并揭示催化性能提升背后的构效关系。
研究阐明了吩噻嗪类光引发剂P1和P2的波长响应范围及其与碘鎓盐(Iod)之间的单电子转移(SET)机制,理论计算预测了该反应的热力学可行性、电化学驱动力与优先SET路径,并通过光物理表征、电化学分析和电子自旋共振自旋捕获实验定量确认。
推荐理由:原文给出吩噻嗪类光引发剂与碘鎓盐的SET路径预测及红光下聚合速率对比,可供设计长波长光聚合体系参考。
将Ge薄膜负极沉积在预合成的空心碳纳米盒@Cu(CB@Cu)集流体上,实现界面-传质-力学协同调控。CB中间层降低电子隧穿势垒并优化电流分布,中空多孔碳结构促进电解液渗透与Li⁺扩散,内部空隙容纳Ge体积膨胀并维持SEI完整性。Ge@CB电极可逆容量超过1000 mAh g⁻¹,在10 A g⁻¹下仍具优异倍率性能。
研究团队用氟化多孔有机聚合物(FPOP)作为机械增强层,使多孔单层石墨烯(PG)膜可无裂纹转移到多孔支撑体上,并在最高 350 °C 的加压条件下稳定运行。FPOP 由分子前驱体溶液直接沉积在 PG 上,经干燥和热退火形成连续交联薄膜,与石墨烯形成界面并保持强粘附。
推荐理由:原文给出氟化多孔有机聚合物作为增强层,使单层多孔石墨烯膜在 350 °C 加压条件下保持选择性气体传输。
针对胃肠道出血与黏膜损伤,纳米生物胶粘剂需在酸性、酶解和蠕动条件下同时优化粘附、止血、降解、生物安全与愈合等多目标性能,预测性多目标材料设计被确定为最关键的 AI 方向。预测建模、分子模拟与高通量实验可理性调控粘附强度、降解动力学和生物相容性,机器学习模型加速最优聚合物纳米颗粒配方的发现。数字孪生与闭环优化等新兴策略进一步支持患者特异性自适应胶粘剂系统。
作者用可控一锅聚合构建非共轭三嵌段共聚物,自组装成核壳簇,通过调节亲疏水平衡、核壳比例与链堆积,使簇发光(CL)可调并延伸至深红与近红外发射区。超快光谱揭示了核壳簇的激发态动力学,以及电子态与结构耦合演化如何决定 CL 的产生。这些核壳簇在双光子激发下实现了活体血管成像,显示出作为生物相容纳米荧光团的潜力。
推荐理由:作者用一锅聚合调控三嵌段共聚物的核壳比例与链堆积,把非共轭簇发光推到深红与近红外区,并给出激发态动力学解释。
研究通过苯并咪唑鎓磷酸二氢盐(BP)对 ZIF-zni 进行熔融淬火改性,得到厘米级透明块体杂化玻璃,配位数由 4 升至 5 以上,并出现 2–70 nm 的纳米相分离。
推荐理由:原文给出磷酸盐改性锌咪唑酸盐玻璃的配位数变化与纳米相分离尺度,读者可据此判断这类杂化玻璃在中温质子传导上的设计空间。
研究以硅水凝胶隐形眼镜为基底制备半互穿网络(semi-IPN)纳米涂层,并用 GCIB-XPS、ToF-SIMS 和一种新开发的 AFM 模量算法在亚 100 nm 精度下无损解析涂层的垂直化学梯度、纳米级厚度与界面力学分布。
推荐理由:作者用 GCIB-XPS、ToF-SIMS 与 AFM 模量算法无损解析硅水凝胶埋入式纳米涂层的化学梯度与厚度,并据此调控界面性能。
研究以聚丙烯腈(PAN)作为极性高分子中间层,利用腈基(C≡N)偶极弛豫构建有机突触晶体管,用于时序声学储备池计算。记忆窗口ΔV随PAN浓度非单调变化,作者将其归因于界面极化强度与偶极弛豫能力之间的竞争。
推荐理由:原文把PAN腈基偶极弛豫与突触记忆窗口联系起来,并给出语音识别与语音情感识别的实测准确率,可供做神经形态器件的人参考。