摘要：金属铂是最高效的氧还原反应催化剂而被广泛应用于质子交换膜燃料电池,但其高成本阻碍了燃料电池的商业化进程。此专论主要总结了近年来核-壳结构纳米催化剂的设计、合成及在燃料电池中的应用,讨论了多种提高核-壳结构纳米催化剂的策略包括去合金化、形貌控制、表面改性等,以及在放大制备及燃料电池测试中遇到的问题。

摘要：在薄膜电容器领域,开发高储能密度(U)和高放电能量效率(η)的聚合物复合电介质仍然是一大挑战。文中将银纳米粒子(AgNP)负载到钛酸钡(BT)纳米颗粒上,再将其表面改性制得被二氧化硅(SiO_(2))壳层包覆的负载AgNP的BT纳米填料(SiO_(2)@Ag@BT)。AgNP赋予材料较大的电位移,而绝缘的SiO_(2)壳层充当缓冲层限制了漏电流,防止了材料的电击穿及空间电荷的渗透。当SiO_(2)@Ag@BT质量分数为3%时,聚偏二氟乙烯(PVDF)纳米复合电介质的介电常数为10.0,介电损耗(tanδ)低至0.024,击穿场强为329 MV/m。在200 MV/m的电场下,与BT/PVDF相比,SiO_(2)@Ag@BT/PVDF纳米复合电介质的储能密度提高了13.7%,达到2.72 J/cm3,且放电能量效率达到78.0%。经SiO_(2)改性的含AgNP核-壳结构填料在低添加量下即可实现聚合物复合电介质储能密度的提高并保持高放电能量效率,这为设计新型聚合物电介质材料提供了一种简单而有效的思路。

摘要：利用有限元模拟技术构建了电化学-力学耦合的三维多物理场锂离子电池模型,进而获得了核-壳正极在放电过程中Li+浓度、应变和应力的分布与演变情况,并研究了放电结束时不同放电倍率、壳厚度和核粒径对应变和应力的影响.结果表明,颗粒中心及核-壳界面处的应力在放电初期迅速达到最大值,然后随着Li+扩散过程的进行,应力逐渐减小.另外,黏结剂和相邻颗粒对电极应力分布有显著影响.减小放电速率和核粒径以及增加壳厚度能够降低电极中的应力.研究结果可为核-壳正极结构的设计与优化以及锂离子电池放电策略提供参考.

摘要：随着电力电容器向着轻量化、小型化的方向发展,高储能密度电介质材料在电容器领域具有广阔的应用前景,其中核-壳结构纳米复合电介质因其优异的储能特性而受到广泛关注。本文综述了核-壳结构纳米复合电介质的最新研究进展,介绍了核-壳结构纳米填料的制备方法,包括有机表面改性和无机壳层包覆,探讨了核-壳结构纳米填料对复合电介质电气强度、介电常数以及介质损耗的作用机理,提供了核-壳结构纳米复合电介质的构建策略,对使用核-壳结构设计高储能密度纳米复合电介质的现存问题进行总结,并展望了其未来的发展方向。

摘要：通过自主设计的同轴核-壳结构双层喷头及微流控系统,成功制备出一系列核-壳结构型多孔性生物活性硅酸钙基陶瓷微球,并通过对其核心层铜掺杂量的调控和外壳层微孔结构的剪裁,实现了该类微球核心层抗菌活性离子的可控缓释。采用X射线衍射分析明确了烧结后的陶瓷微球样品的物相组成和晶相结构。通过扫描电子显微镜观察发现使用该系统制备出的微球烧结后仍具有良好的球形形态及明确的核-壳结构,并且特定组分内部微孔结构符合设计要求。一系列模拟体内环境的微球浸泡实验系统研究了该类材料的体外离子释放行为和生物降解速率,研究结果显示该类陶瓷微球经特定层造孔后有快速的抗菌离子释放,并且释放速率可调可控。最后通过与金葡菌的体外共培养抑菌实验及细菌黏附实验等对微球的抗菌性能进行了研究,结果显示Cu10@Mg6-15μm组具有最佳的抑菌效果;优化壳层的多孔结构比单纯提高核层铜离子掺杂率更有利于活性离子释放。此次构建的壳层微孔优化型核-壳结构陶瓷微球,能够帮助解决抗感染离子可控缓释问题并带来长期抑菌的效果,为慢性骨髓炎等临床问题提供了潜在的治疗新材料。

摘要：不饱和烃类如二烯烃和炔烃催化转化为单烯烃是制药和有机合成领域中的重要反应。催化剂的理性设计在实现这一过程中起到关键作用,而控制二烯烃分子的吸附姿态是常用的策略。对金属纳米颗粒的定向修饰可以实现这一策略。例如,将Bi元素引入Rh纳米颗粒后,RhBi/SiO2在1,4-己二烯的转化率为95%时对于2-己烯的选择性达到90%,这是因为1,4-己二烯内部C=C键的吸附受到抑制。但是,这种策略却大大降低了纳米颗粒的活性,未修饰的Rh/SiO2比RhBi/SiO2的活性高了约27倍。二烯烃分子的吸附姿态也可以通过在金属纳米颗粒周围构筑多孔孔道来调控。例如,金属有机骨架(ZIF-8)或中孔二氧化硅(MCM-41)包裹的贵金属纳米颗粒对末端C=C键的加氢具有很高的选择性。然而,这些催化剂的热/水热稳定性却并不能令人满意。相比之下,沸石却具有非常高的稳定性,但却较少用于半加氢反应。我们最近发现,固定在沸石晶体(例如ZSM-5和Beta)中的金属纳米颗粒可以有效地选择加氢多取代的化合物。受这些工作的启发,我们通过转晶合成方法将Rh纳米颗粒封装在CHA沸石晶体中。这种催化剂首先是将Rh物种引入到Y沸石中(Rh@Y),然后在水热条件下将Y沸石转化为CHA沸石而合成的。XRD图谱,N2吸附等温线,SEM和TEM照片以及探针反应均表明Rh纳米颗粒是封装在CHA沸石晶体内部的。和设想的相同,Rh@CHA催化剂对二烯烃的氢化具有很高的选择性。在催化1,4-己二烯加氢反应过程中,Rh@CHA给出了86.7%的2-己烯选择性和91.2%的1,4-己二烯转化率。在同样条件下,常规方法制备的Rh纳米颗粒催化剂(Rh/CHA)的2-己烯选择性仅为37.2%。考虑到Rh@CHA和Rh/CHA具有相同的CHA沸石晶体和相似的Rh纳米颗粒尺寸,Rh@CHA催化剂的高选择性主要归因于二烯烃分子在CHA沸石的微孔孔道控制下只能以直立的姿态吸附在Rh纳米颗粒上。本文的工作表明,具有核-壳结构的沸石封装金属纳米颗粒催化剂对于催化二烯烃选择加氢具有较好的效果。

摘要：基于核-壳结构设计,采用简便、低成本的浸涂-固化法制得柔性、可拉伸、高灵敏且稳定的聚二甲基硅氧烷硅橡胶@多壁碳纳米管/聚二甲基硅氧烷硅橡胶(PDMS@MWCNTs/PDMS)压阻式应变传感纤维。通过FTIR、XRD、TG、TEM对硅烷偶联剂改性多壁碳纳米管(MWCNTs-KH570)的化学结构、热稳定性和微观形貌进行了分析,深入研究了核-壳结构与MWCNTs-KH570质量分数对PDMS@MWCNTs/PDMS复合纤维导电性能、传感性能及力学性能的影响规律与机制。结果表明:羟基化MWCNTs(MWCNTs—OH)表面接枝KH570使其在壳层PDMS基体中具有良好的分散性和界面相互作用;核-壳结构的设计使PDMS@MWCNTs/PDMS复合纤维在低填充下具有高电导率和传感性能;PDMS@MWCNTs/PDMS复合纤维的导电性能与传感性能随着MWCNTs-KH570质量分数增加而提高,且在人体关节运动监测中表现出良好的可重复性和工作稳定性。

摘要：发光共振能量转移(LRET)与给体-受体间的距离密切相关,可体现分子间距离的变化,在生命科学领域有着重要的应用.本文设计并合成了Au@SiO2/LaF3∶Ce,Tb复合纳米结构,研究了LaF3∶Ce,Tb(给体)与Au纳米颗粒(受体)间的LRET行为.通过调控SiO2层厚度,可以改变给体-受体之间的距离.当SiO2层厚度增加到42 nm时,仍能观察到明显的LRET现象.这一距离远超过通常荧光共振能量转移的有效范围,表明由长发光寿命的稀土发光纳米材料与金纳米颗粒形成的给体-受体对可在更大的距离上实现能量转移.

摘要：通过简单的水热反应原位合成了具有核壳结构的FeS_2微米球与多壁碳纳米管复合的介孔材料(C-S-FeS_2@MWCNT). FeS_2微米球表面由纳米片状颗粒堆叠形成的厚度为～350 nm壳层,以及以化学键的形式吸附在微球表面的碳纳米管共同构成了材料保护层.保护层具有丰富的官能团和大量的孔隙结构,保证了锂离子扩散通道,并有效抑制了体积膨胀. C-SFeS_2@MWCNT在200 mA·g^(-1)的电流密度下,250次循环可逆容量达到638 mA·h·g^(-1),倍率性能也得到明显改善,为过渡金属硫化物电极材料的微米化设计和体积能量密度的提升提供了可能.

摘要：复杂体系的高选择性分析对分离新材料和新方法提出了迫切需求。分子印迹聚合物(MIPs)以其特异性高、化学稳定性好、制备简单且成本低等优点,在高选择性分离分析中展现出巨大的应用前景。但以本体聚合为代表的传统合成方法获得的MIPs存在识别位点位于聚合物内部难以识别、模板分子洗脱不彻底、传质速率慢、结合容量低等问题。表面印迹技术制备的核-壳型表面分子印迹材料是解决上述难题的有效途径。通过核体和壳层结构的设计和构建,表面分子印迹材料还可具备多功能、多响应的特性,适于现代分离分析对快速、高效、高选择性的要求。该文主要综述了近几年表面分子印迹技术在样品前处理、化学/生物传感分析及靶向药物递送领域的应用进展。