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通过微模板法对胆甾相纳米纤维素晶体薄膜进行镶嵌图案化
摘要： 在生物结构中，材料特性通过从纳米到宏观尺度的多级有序组分分层结构实现优化。此类设计能产生例如可最大化韧性的程序化屈服点。然而仿生材料研究目前仅分别聚焦于纳米或宏观结构的单独组装。本研究通过地形模板技术，将具有手征向列相有序结构的高强度纤维素纳米晶体（CNCs）组装成更高层级的宏观尺度架构。我们评估了两种具有不同特征尺寸的网状模板架构，并将所得薄膜的光机性能与无特征平面的CNC薄膜进行对比。研究表明控制CNC组装过程中产生的毛细应力，可实现手征向列相指向矢沿模板地形的定向调控。实验证明微模板化CNC薄膜能调节特定反射及多尺度断裂传播现象——后者通过(x,y,z)三维方向的高曲折度断裂传播显著提升了材料韧性。本发现有望推动当前多孔超材料研究与纳米级仿生构建生成研究的融合。
关键词： 镶嵌、贴合性、仿生、层级结构、纤维素纳米晶体
更新于2025-11-21 11:01:37
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通过超分子聚合物网络限域原位生成AgI量子点：一种实现超高灵敏度响应的新方法
摘要： 目前由于使用溶剂，实现沸石的环保合成较为困难。因此，通过无溶剂法从铁矿尾矿（IOTs）中实现沸石合成具有重要意义。本工作中，原位形成的沸石晶体自组装并将铁矿尾矿转化为具有分级多孔结构的ZSM-5。随后采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱和氮气吸附对制备产物进行表征。结果表明样品具有明确的结晶度并呈现微孔/介孔结构。BET比表面积估算为319.809 m2/g，外比表面积为92.693 m2/g，表明合成的ZSM-5是优良的分级多孔材料。本研究为从铁矿尾矿绿色合成分级多孔ZSM-5提供了参考。
关键词： 层级结构，铁矿石尾矿，无溶剂法，ZSM-5
更新于2025-11-14 15:15:56
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花朵的紫外线图案通过聚合物复制品显现——由表面结构所致
摘要： 被子植物与其传粉者经历了紧密的协同进化。对植物和传粉者而言，视觉信号系统的功能对生存至关重要。由于许多昆虫的视觉感知频率范围延伸至紫外（UV）区域，植物的紫外图案在花-传粉者互作中起重要作用。众所周知，许多花朵花瓣细胞中含有吸收紫外的色素，这些色素定位于液泡中。然而，花瓣表面微观结构对紫外反射的贡献仍不明确。表面结构与其反射特性之间的关联对仿生应用（如光伏领域）也具有重要意义?；谇捌谘芯?，我们选取了具有明显紫外图案的三种模式物种，探究表面结构对紫外信号的可能贡献。通过复制技术，我们将花瓣表面结构转移至透明聚合物上。在紫外光照射下，观察到复制品中呈现出与原始花瓣惊人相似的结构化图案。该实验首次证明表面结构参数能增强紫外辐射的吸收量。分光光度测量显示，紫外吸收区域的反射率比紫外反射区域低达50%。对紫外反射区与吸收区的微观形貌对比表征表明，层级状表面结构原则上会导致更多吸收。因此，我们的实验证明了基于结构的紫外反射放大效应，为设计仿生减反射或强吸收表面提供了研究起点。
关键词： 层级结构、仿生学、光吸收、光捕获、光反射
更新于2025-10-22 19:40:53
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分层三维VO2/ZnV2O4微球作为CO2还原为太阳能燃料的优异可见光光催化剂
摘要： 二氧化碳的光催化还原在制备燃料和化学品方面具有巨大潜力，同时能减少二氧化碳排放并解决环境问题。迄今为止，单金属基催化剂仍存在效率较低、选择性不可控及稳定性不足等问题。本研究通过一步还原法合成了含VO?杂质的ZnV?O?分级微球（HMs），旨在探索高效可见光响应的二氧化碳光催化还原催化剂。成功制备出具有介孔结构、高比表面积且能在可见光照射下工作的ZnV?O?分级微球。在24小时反应时间内，最优样品分别获得378和202微摩尔/克催化剂的最大CO和CH?OH产率。优化后的三维ZnV?O?分级微球对CO和CH?OH的生成性能分别是ZnO/V?O?复合样品的2.30倍和10.7倍。检测到的其他可观产物包括CH?和C?H?。这表明ZnV?O?分级微球结构不仅能促进电子向CO?转移，还提供了短程电子传递路径，微球中的空隙可作为储存电子的"储库"从而增强光活性。此外，样品中存在的VO?通过促进载流子有效分离进一步提升了ZnV?O?分级微球的性能。ZnV?O?在二氧化碳还原体系中的长期稳定性证实了三维分级微球结构具有可控选择性和稳定性。由此得出结论：构建分级结构将推动高性能光催化剂的发展，实现二氧化碳光催化还原制备太阳能碳氢燃料。
关键词： 层级结构、二氧化碳还原、三元金属氧化物、氧化锌钒、ZnV2O4三维微球、碳氢燃料
更新于2025-09-23 15:21:01
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玻璃态层级网络的稳定性
摘要： 大多数动物和人类社会中的互动结构，最适合用复杂的层级网络来表示。为了维持接近最优的功能，稳定性和适应性都是必要的。在这里，我们研究了从一种组织类型的模拟中产生的层级网络的稳定性，这种组织类型具有类似于自旋玻璃哈密顿量的效率函数。通过这种定量方法，我们发现了一些预期的（来自日常观察）以及对获得的局部最优网络来说高度非平凡的结果，包括例如：(i) 稳定性随着效率和层级水平的提高而增加；(ii) 相同的扰动对更高效的状态导致更大的变化；(iii) 层级水平较低的网络在扰动后变得更高效；(iv) 由于可能存在大量最优状态，只有其中一小部分表现出韧性；最后，(v) 针对节点在层级中的位置有选择性地进行“攻击”可能导致矛盾的结果。
关键词： 自旋玻璃、层级结构、稳定性、网络
更新于2025-09-23 15:21:01
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染料用量与光散射对染料敏化太阳能电池中二氧化钛分级结构光阳极光电流增强的影响
摘要： 在本研究中，我们制备并分析了用于染料敏化太阳能电池（DSSCs）的丘陵状层级结构二氧化钛（TiO2）光阳极的性能。我们预期光阳极层中适当聚集的TiO2团簇会带来较强的光散射和染料负载能力，从而提高光伏效率。通过采用不同分子量的聚乙烯醇（PVA）聚合物作为粘合剂来实现TiO2纳米颗粒（P-25 Degussa）的聚集，我们进行了详细的光捕获研究。由此获得了一系列具有不同形貌的TiO2薄膜，并研究了其反射率、所负载染料的光吸收情况、染料负载量以及所制备DSSC器件的性能。我们优化后的器件具有较高的染料负载量和良好的光捕获能力，能够将DSSCs的短路电流（Jsc）提高23%。
关键词： 层级结构、二氧化钛光阳极、光散射、染料敏化太阳能电池
更新于2025-09-16 10:30:52
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自组装微螺旋的定向发射
摘要： 自下而上的组装方式能将简单结构单元组织成用于光操控的复杂构型。通过荧光傅里叶显微镜和穆勒矩阵显微镜研究了自组装多晶碳酸钡/二氧化硅双螺旋的光学特性。掺杂荧光素的螺旋结构可使光沿其长轴定向发射。此外，垂直与平行于长轴方向测量的透射光分别展现出与螺旋手性相关的圆二色性及波导效应（尽管测量存在退偏振干扰）。该螺旋结构由此实现了高定向发射与对映体特异性偏振的集成。这种光学响应源自微观螺旋中纳米级矿物晶粒的排列方式，展示了自下而上组装如何通过多尺度有序化构建复杂功能材料。
关键词： 仿生材料、光学显微镜、层级结构、偏振测量法、自组装
更新于2025-09-12 10:27:22
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垂直组装于MXene上的超薄Co-Co层状双氢氧化物纳米片：用于增强可见光驱动CO2还原的三维纳米阵列
摘要： 通过光催化将二氧化碳（CO2）转化为多种富能化学品，可有效缓解气候变化和能源短缺的严峻问题。探索高效催化剂以提升CO2光还原性能仍具挑战性。本研究采用原位MOF衍生策略，成功制备了一种新型三维分级Co-Co层状双氢氧化物/Ti3C2TX纳米片（Co-Co LDH/TNS）纳米阵列。该设计巧妙地将活性Co物种的功能特性与导电MXene的结构优势整合至由超薄纳米片构成的分级纳米阵列架构中，能显著促进光生载流子分离并加速电子传输。得益于这些特性，该分级Co-Co LDH/TNS复合材料在>400nm光照下展现出显著的CO2产CO速率提升（1.25×104 μmol h?1 g-1），具有高表观量子效率（0.92%）和优异稳定性。本研究表明，MXene物种构成的三维杂化结构可作为CO2光还原的潜在候选材料，为通过合理设计复杂分级架构材料来提升光催化性能提供了基础指导。
关键词： 层级结构、电子转移、二氧化碳还原、光催化、Ti3C2TX纳米片
更新于2025-09-11 14:15:04
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基于层状三元和四元过渡金属硫族化合物的水分解催化剂
摘要： 水分解在电化学和光电化学能量转换器件中具有重要作用。通过析氢反应（HER）进行的电化学水分解是生产氢气（H2）的直接途径，这需要高效的电催化剂来降低能耗。最新研究进展催生了大量新型电催化剂，尤其是基于非贵金属的电催化剂。本综述全面介绍了三元和四元6d族过渡金属硫族化合物（TMCs）基电催化剂在水分解（特别是HER）领域的最新发展。详细讨论从二元到四元TMCs展开，包括表面工程、异质结构、硫族元素替代以及TMCs的分层结构设计。此外，重点探讨了这些电催化剂在未来研究中面临的挑战及提升其水分解性能的重要方向。
关键词： 过渡金属、层状材料、层级结构、氢、异质结构、表面工程、电催化剂
更新于2025-09-09 09:28:46