以碳点自模板分子设计调控孔径制备分级多孔碳用于高倍率水系超级电容器
研究将聚乙烯亚胺与四种有机酸组合设计碳点,再将其转化为多孔碳,无需高温腐蚀性化学活化,并发现碳点分子结构与孔径分布之间存在直接对应关系。优化样品 PC-PMDA 在 1 A g⁻¹ 下比容量为 582 F g⁻¹,在 60 A g⁻¹ 下仍保持 475 F g⁻¹,IR drop 为 0.09 V;在 10 mg cm⁻² 的实用负载下,容量相对低负载仍保留 78%。
研究将聚乙烯亚胺与四种有机酸组合设计碳点,再将其转化为多孔碳,无需高温腐蚀性化学活化,并发现碳点分子结构与孔径分布之间存在直接对应关系。优化样品 PC-PMDA 在 1 A g⁻¹ 下比容量为 582 F g⁻¹,在 60 A g⁻¹ 下仍保持 475 F g⁻¹,IR drop 为 0.09 V;在 10 mg cm⁻² 的实用负载下,容量相对低负载仍保留 78%。
研究在聚丙烯腈(PAN)基底上通过 HFPB 与三种尺寸递减的三胺单体进行反向扩散界面聚合,原位构建了一系列 kgd 拓扑 COF 膜,孔径由 12.1 Å 依次收缩至 10.2 Å 和 6.5 Å,对应截留分子量分别为 500、380 和 290 Da。不同收缩程度的膜被集成为级联分离系统,用于等质量浓度的喜树碱类四组分混合物纯化,最高组分纯度达 96.6%。
推荐理由:通过同构收缩把 kgd 拓扑 COF 膜孔径从 12.1 Å 逐步缩到 6.5 Å,并给出对应的截留分子量,可作为亚纳米孔道调控的参考。
将硬脂酸(SA)浸渍到钴基金属有机框架与碳布(CC)衍生的碳异质结构中,制得导热率2.14 W/m·K、电导率2186.5 S/m、储热容量110.4 J/g的复合相变材料(CPCMs)。
气凝胶凭借超低密度、超低热导率和优异热稳定性,其纳米多孔结构可满足锂离子电池热失控防护的核心要求。该综述梳理了锂离子电池热失控机理与近期热防护技术,对用于热失控抑制的气凝胶进行分类,总结研究进展与应用,并分析关键技术瓶颈与未来发展方向。
微凝胶增强复合水凝胶(MR-gel)由刚性聚电解质微球与软质聚丙烯酰胺基体组成,通过控制拉伸幅度与循环次数的物理训练可实现稳定、可调的应变硬化,训练达到平衡约需300次循环,单次拉伸不足。
推荐理由:原文给出拉伸循环次数与微凝胶破碎程度、软硬模量区间的对应关系,读者可据此判断这类复合水凝胶的力学可编程范围。
通过蒸发诱导 PVA、植酸(PA)与木质素磺酸盐(LS)共组装,制得低含水量超分子凝胶 PLPG,蒸发过程重构出三元氢键网络。优化 LS 含量的 PLPG-L0.5 拉伸强度达 267 kPa、离子电导率 0.2676 S m⁻¹,在 −20 °C 放置 7 天后仍保持柔性与导电性;作为应变传感器经 3000 s 循环加载仍有电响应,可监测人体运动。
采用反应性喷雾干燥,以非挥发性水溶性无毒聚碳二亚胺为交联剂,将颗粒成型与原位交联耦合,制得聚碳二亚胺交联羧甲基纤维素微凝胶(PCM)。FTIR与XPS证实聚碳二亚胺与CMC之间形成稳定的N-酰脲键,弱酸性条件促进交联;PCM溶胀比超过2000,具pH响应溶胀行为,并在盐性条件下保持优异力学稳定性。PCM处理粗砂后持水能力显著提升,苋菜幼苗生物量增加、干旱存活率提高。
这篇综述以栖息环境为中心,比较了陆地、水生、空中和体内四类环境中的无缆软体机器人设计策略。陆地环境受爬行接触调控、跳跃能量储存与释放、攀爬可切换粘附及掘进颗粒流化等运动需求制约;水生环境的主导约束随深度从水面毛细支撑转为浅水水动力阻力再到深海静水压力。多环境比较表明没有单一驱动方式普遍最优,各环境按能量传输与局部介质的兼容性筛选驱动策略。
研究提出一种物理引导的多通道输入方法,利用AFM测量中同步采集的辅助信号提升图像重建效率与精度。该方法将四个含互补物理信息的共采集通道输入轻量卷积神经网络,在7.0 Hz扫描速率下,四通道DnCNN的重建精度高于参数量约47倍的单通道Restormer,推理速度约快24倍。在EFM与PFM条件下,四通道输入在相同PSNR时将训练图像块需求降低约2至3倍。
通过热解多光子光刻制备的2.5D光刻胶结构,可制得连续调光刻掩模/掩模版,图案厚度从光刻胶态的微米级致密化至碳态的纳米级。热解图案虽发生显著纵向收缩,但保持与基底的粘附并维持横向图案保真度,仅存在系统性面内膨胀。该无定形碳化学惰性且力学稳健,支持重复曝光与掩模清洗,将直写技术的一次性聚合物图案转化为可重复使用的光学掩模。
以蓖麻油基聚氨酯为包膜、Poloxamer 407(F127)为热开关的热响应生物基控释肥料 TRBF10(包膜率 3 wt.%、F127 含量 10 wt.%)在约 20°C 呈现尖锐可逆相变。数字折光法测定其 30 天累积氮释放量在 10°C 时被抑制至 9.22%,30°C 时提高 8.7 倍至 80.32%,分别对应作物休眠与活跃生长期。
研究以聚二环戊二烯(pDCPD)为前驱体制备钠离子电池负极硬碳,考察碳化温度与后续活化对结构和电化学性能的影响。活化效果取决于首段碳化温度,较高温碳化的样品获得更强的局部有序;缺陷去除与层间距增大形成湍层结构,相比未活化样品提升了倍率性能与容量保持。优化硬碳在0.1 C下可逆容量为352 mAh,碳酸酯基电解液中500次循环后容量保持率为88.1%。
推荐理由:原文给出碳化温度与活化对pDCPD衍生硬碳结构的影响,并记录碳酸酯电解液下500次循环的容量保持数据。
研究团队构建了仿植物细胞壁的人工膜装甲(AMA),使红细胞在保护剂含量低于 5 wt% 的条件下冻干复水回收率约 95%,常温保存期至少 3 个月。该装甲由纳米多孔 ZIF-8 提供机械支撑、保水聚合物基质维持水合与胶体稳定,Zn²⁺ 配位保持膜流动性并抑制冷冻与脱水引起的膜相变。复水后的红细胞保持天然形貌、膜力学、代谢活性、氧运输能力与体内循环行为。
推荐理由:仿植物细胞壁的界面装甲把红细胞冻干保护剂用量降到 5 wt% 以下,复水回收率约 95%,为常温生物储存提供了一条可迁移的界面工程思路。
研究报道了一种双动态聚氨酯弹性体 PCL-ADH-FBR,将酰基脲衍生的高密度氢键阵列与动态硼酸酯网络结合,FTIR 显示 84.6% 的 C=O 参与氢键。该弹性体断裂能达 307 kJ/m2、韧性 477 MJ/m3、拉伸强度 61.2 MPa,原位同步辐射 X 射线散射显示氢键断裂与 PCL 链段应变诱导结晶依次耗散能量。
推荐理由:原文给出氢键参与比例与断裂能、韧性、耐溶剂和自修复数据,可判断双动态聚氨酯的性能边界。
研究团队开发了一种快速溶液相合成方法,将微波反应与优化条件结合,用于构建氨基酸杂化聚酰胺-胺(PAMAM)树枝状分子DendriPeps,每步收率约80%,并用LC-MS验证了分子纯度。
推荐理由:原文给出微波辅助合成DendriPeps的每步收率与LC-MS纯度验证,读者可据此评估该路线替代原多步合成的可行性。
作者报告了一种模块化合成策略,通过(S)-或(R)-1,1′-螺二茚单元与(S)-或(R)-2,2′-系连1,1′-联萘单元的交替环化,得到线圈型和带状型非对映螺旋梯聚合物及其对映体。这些螺旋梯聚合物用作液相色谱手性固定相时表现出互补的手性识别能力,而非螺旋前体无拆分能力;对映体螺旋则在对映体洗脱顺序反转的同时保持相近的对映分离能力。
推荐理由:通过模块化环化把两种手性梯段按序列组合,读者可看到立体化学序列如何决定螺旋几何与手性识别。
研究以β-环糊精为模型前驱体,通过低温交联保留其固有空腔,在碳化过程中构建拓扑衍生的本征闭孔硬碳(β-ICHC),实现410.2 mAh g⁻¹可逆容量、94.7%首次库仑效率和300次循环99.7%容量保持率。
推荐理由:原文给出β-环糊精衍生硬碳的闭孔结构与容量、首效、循环保持率的对应关系,可据此判断分子空腔工程路线的调控空间。
研究在BaTiO3(BTO)压电陶瓷膜表面接枝带负电的PAA聚合物链(PAA−),制得具有脉冲压力响应和自清洁能力的自供电纳米刷压电杂化陶瓷膜(ATPAA−-PBM)。
推荐理由:原文给出压电电荷驱动PAA刷构象振荡与462 nm水合层协同抗污染的设计,读者可据此判断脉冲响应自清洁膜的构建思路。
对超过 120,000 篇氧化石墨烯(GO)文献全文应用 LDA 主题建模,识别出 GO 研究的八大宏观领域,并用神经主题建模刻画其粒度与异质性。用 LLM 对 8000 篇全文做参数抽取,即使提示词宽泛,相对人工验证仍达 94% 的 F1 分数。
研究提出一种纳米孔分析策略,将多糖水解为信息片段后,以其纳米孔事件分布作为分子指纹,成功识别并区分黄原胶、阿拉伯胶、琼脂糖、海藻酸钠、结冷胶、肝素和硫酸软骨素A共七种多糖。基于片段事件整体分布的机器学习分类器验证准确率达100%,结合全约束最小二乘(FCLS)算法还可定量多糖混合物的组成。
推荐理由:原文展示了水解片段经纳米孔事件分布形成指纹、并用机器学习分类七种多糖的流程,可作为复杂多糖结构解析的可迁移思路。
研究报道了一系列由相同分子砌块构建的1D与2D腙键COF,通过拓扑结构调控亲水位点、光活性位点与孔道结构的空间协同。优化的2D Por-TAH饱和吸水率达629 mg g–1,温和加热下释放94%吸附水,1 h内灭活99.99%的S. aureus,10 min内高选择性完全转化化学毒剂。连续流验证实现集水与光催化解毒一体化,产出未检出芥子气模拟物的安全水。
推荐理由:原文对比1D与2D拓扑对位点可及性和电荷分离的影响,为多功能多孔材料的结构设计提供可迁移思路。
钡离子(Ba²⁺)比钙离子(Ca²⁺)与果胶结合更强,形成更弹性的网络,符合协同超分子缔合特征;Ba(OH)₂通过提高果胶羧基可用性进一步增强凝胶形成。固态NMR显示Ca²⁺诱导果胶部分转向2₁螺旋,而Ba²⁺保持天然3₁螺旋并提高构象有序度。外部凝胶化产生均一多孔、核壳及层状等阳离子依赖结构。
研究者在聚酯酰胺(PEAs)中直接引入L-3,4-二羟基苯丙氨酸(DOPA),经溶液缩聚(SPC)合成一系列组成可调的DOPA-PEAs,且无需保护/脱保护步骤即保留邻苯二酚官能团。
推荐理由:原文对比了DOPA-PEAs与商用Dermabond在湿组织粘附和细胞相容性上的表现,可供判断这类仿生医用胶粘剂的替代空间。
研究以微生物生产的聚(ε-赖氨酸)(PLys)为原料,用带不同侧基的异硫氰酸酯改性α-碳上的氨基,得到硫脲功能化PLys衍生物,再经酸介导环化反应选择性断裂硫脲基团,解聚为环状赖氨酸衍生物。
推荐理由:作者用异硫氰酸酯改性微生物来源的聚(ε-赖氨酸),把酸触发解聚与力学性能放在同一体系里讨论,可看分子设计如何兼顾两者。
在 Bi₃O₄Br 表面原位构建无序氢键有机框架(HOF)层,诱导形成不对称 Bi₁–Bi₂ 偶联位点并构筑动态氢键微环境。该微环境通过持续碳源富集层提升偶联位点附近 CO₂ 覆盖度,界面极化场促进激子解离并将电子导向 Bi₁–Bi₂ 位点,可重构氢键对 *CO 中间体施加取向性软限域。
研究以乙烯基加成聚降冰片烯(VA-PNB)为骨架,经后聚合改性制备全烃基阴离子交换膜:先合成高分子量聚(5-乙烯基-2-降冰片烯)(PVNB)前驱体,再经氢溴化引入可调溴化官能团,并利用残余乙烯基热交联、无需额外交联剂。
推荐理由:原文给出溴化降冰片烯含量从30到90 mol%时离子密度、溶胀与力学性能的对应关系,可供设计烃基阴离子交换膜时参考。
对称 AnBn 星形聚合物熔体中,臂数 n 本身即可充当调控参数,驱动有序–无序转变(ODT)由二级变为一级。基于随机相近似建立六阶自由能展开并与 SCFT 计算对照,解析确定三临界臂数 ntc ≈ 5.4475:n < ntc 时转变为一级,(χN)ODT 在临界点附近以二次依赖关系移至 (χN)s 以下。该行为源于公共结点产生的臂间关联,且非整数三临界臂数可在星形聚合物二元共混物中有效实现。
研究不同厚度 h 的柔性及半柔性狭缝约束聚合物熔体中约束对拓扑与构象的影响,结形成概率在接近本体回转半径 h ≈ Rg,bulk 的中间厚度处出现最大值,在小 h 时消失、大 h 时趋近本体值。靠近边界处结形成增强,而缠结长度单调增大、构象逐渐扁平化。通过分层解析结构与拓扑性质,可由厚狭缝的分层性质重构出明确的厚度依赖性。
以 3-溴香豆素为原料,经一锅法 Michael 加成–消除序列制得 4-碳硼烷基香豆素。碳硼烷的位阻使 4-位异构体吸收较 3-取代物红移;氨基衍生物的可旋转激发态动力学主导其聚集诱导发光,甲氧基类似物则表现出 0.7 μs 的室温磷光。该衍生物在 99% 水中呈现强双发射聚集,为分子电子学用有机–无机材料提供分子设计思路。
50/50 P34HB/PLA 共混物经生物基多功能环氧化合物 TE3 反应性增容后,在 65 °C 下双向拉伸至 3 × 3 并于 90 °C 退火,拉伸使 P34HB 取向因子升至 0.792、SAXS 长周期由 5.92 nm 增至 7.14 nm,退火后取向因子仍保持 0.789。
研究报道了一种添加剂辅助的 ROAlMP 策略,用三苯基膦(PPh3)或 3,5-二氯吡啶(3,5-Cl2Py)调控催化剂形态,实现可控聚合,得到 Mn 最高 70 kDa、Đ < 1.4 的聚丙二烯酰胺。
推荐理由:通过 PPh3 或 3,5-Cl2Py 调控催化剂形态,把 ROAlMP 从难控变为可控,并给出 Mn 与分散度的对应区间。
采用分子模拟指导的水合低共熔溶剂(H-DES)策略解构大麻秆,草酸基 H-DES 去除 81.9% 半纤维素和 53.8% 木质素并保留纤维素 I 结晶度。经球磨制得平均直径 37.5 nm、zeta 电位 −29.8 mV 的分散稳定木质纤维素纳米纤丝(LCNFs)。
研究通过将磷光发色团与聚合物基体一步共组装进手性纤维素纳米晶膜,得到室温磷光寿命最高4.242 s的生物基薄膜。借助手性光子晶体滤光片的光路设计,该长寿命膜在不牺牲磷光性能的前提下获得−0.7093的g lum值。掺杂客体荧光团后经FRET实现多色圆偏振室温磷光与可控白光发射,作者认为这类可切换多模光学特性适用于动态光学防伪。
推荐理由:纤维素纳米晶手性膜同时做到4.242 s磷光寿命与g lum −0.7093,读者可了解生物基体系如何绕开寿命与不对称因子的取舍。
一种填充向列相液晶与两层MeLPPP(甲基取代梯形聚对苯撑)的光学微腔,在室温下实现了光量子流体的超固态。液晶诱导的Rashba-Dresselhaus自旋-轨道耦合在色散中形成两个简并极小值,激子-极化激元在其中凝聚,实空间呈现随机分布的密度条纹,表明条纹对无序势免疫并自发破缺平移不变性。凝聚体中还随机出现涡旋。
研究提出一种磁-力-电化学纤维架构,通过磁电化学促进圆柱形纤维电极内电化学反应均匀进行,在未形变状态下于1.0 A g⁻¹电流密度下使电池寿命延长(374±79)%、容量提升(61±20)%。形变条件下磁场仍能调控离子传输并稳定电极结构。该平台还借助电磁感应与磁弹性传感,同时实现人体运动能量收集与生理监测。
推荐理由:原文给出磁电化学纤维在1.0 A g⁻¹下容量提升(61±20)%、寿命延长(374±79)%的量化结果,可据此判断纤维电极在形变条件下的电化学调控思路。
研究报道一种“吸附引导保护”策略,在NiFe层状双氢氧化物(NiFe-LDH)中引入Ti掺杂作为优先捕获Cl⁻的位点,使Cl⁻动态吸附在Ti位点上,屏蔽OER活性Ni/Fe中心并形成局部静电排斥,抑制Cl⁻在催化剂表面进一步累积。
推荐理由:原文给出Ti掺杂NiFe-LDH在碱性海水中超过3000 h的稳定性与安培级电流密度,可作为耐氯腐蚀催化剂设计的参照。
研究展示了一锅法聚合诱导发光策略:以 4,4'-二氯二苯甲酮与硼酸三甲酯进行 Barbier 超支化聚合,通过形成碳–硼键将硼酸基团引入聚合物链,同时赋予刺激响应与发光功能。
推荐理由:通过 Barbier 超支化聚合在一锅内引入硼酸基团,让刺激响应与发光功能同时进入聚合物链,为发光聚合物的分子设计提供了一条简化路线。
低维纳米结构分子架构通过调控分子分散、曲率诱导应变、纳米限域与层状限域,可改变 CO2RR 反应路径,实现甲醇、乙醇等多电子还原产物。分子催化剂对 CO2RR 具选择性,双电子产物 CO 与甲酸的 Faradaic 效率接近 100%,但分子聚集、与电极电子耦合差及稳定性有限制约其在高电流密度电解中的应用。
聚-L-谷氨酸修饰的金纳米海胆 PGU3@DOX 通过加速膀胱癌细胞对阿霉素的内吞,在模拟短时灌注的 1 h 脉冲暴露下表现出更强细胞毒性和对正常尿路上皮细胞更低的毒性。长刺金纳米海胆被确定为最快细胞摄取形貌,内吞后诱导溶酶体肿胀与溶酶体膜透化,并支持 pH 触发的 DOX 释放。在原位膀胱癌模型中,单次短时膀胱内给药显著抑制肿瘤进展,测试条件下未检出急性血液、肝、肾或心脏毒性。
研究提出基于静电纺丝的串联取向策略制备高取向液晶弹性体(LCE)纤维,取向参数最高达 0.78。该纤维在热刺激下驱动应变达 80%、驱动速度 1485% s⁻¹、峰值功率密度 6105 W kg⁻¹;在恒定加热条件下调节加热频率,可使驱动速度最高放大 10 倍。
推荐理由:原文给出静电纺丝串联取向制备 LCE 纤维的路线及取向度与驱动性能数据,可供做热驱动纤维的读者参考工艺窗口。