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本研究将聚(ε-己内酯)(PCL)与L-抗坏血酸(AA)共混，旨在提升材料亲水性并缩短降解周期，以满足生物组织工程支架等特定生物医学应用需求。通过多种显微技术研究了PCL/AA共混体系的相容性、形貌及球晶发育行为。显微观测表明PCL与AA形成不相容共混体系：当AA含量为1wt%和2wt%时，AA以小颗粒形式分散在PCL基体中；当AA含量达5wt%时，出现随机分布的微米级AA晶体聚集体。AA的存在影响了PCL从熔体与溶剂蒸发结晶过程中的球晶发育：低含量AA(1-2wt%)虽不干扰片晶生长，但对PCL产生轻微成核效应，导致平均球晶尺寸减小；而5%AA遗留的微米级晶体成为PCL球晶的生长模板。溶剂自然蒸发导致AA聚集，但在高温条件下AA会沿随机方向成核生长为针状晶体。DSC等温结晶测试表明，尽管AA对PCL有轻微成核作用，但整体结晶速率随AA添加而下降，这归因于AA与PCL的相互作用降低了球晶生长速率，导致PCL链扩散受限和迁移率降低。短期水解降解实验显示AA颗粒从共混体系表面溶出，形成多孔PCL结构，该结构预计具有更高的表面降解速率。

毫米与微米级塑料在水生生态系统中的存在已有充分记录，但由于传统分析技术缺乏足够的空间分辨率或明确识别纳米级塑料颗粒的光谱手段，对亚微米级塑料的认知仍十分有限。本研究结合原子力显微镜的空间分辨率与红外光谱的化学信息，成功检测、识别并计数了南大西洋不同深度水样中直径小至20纳米的纳米塑料颗粒。我们提供了在5000米深处存在处于不同降解状态的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纳米塑料的确凿证据。通过对PET进行实验室加速老化实验，证明即使没有光照或与塑料圈的相互作用，纳米塑料仍可形成，且宏观PET制品是海洋中PET纳米塑料的潜在来源。

无掺杂剂空穴传输材料（HTMs）相较于需要吸水性添加剂的传统材料，有望解决钙钛矿太阳能电池（PSCs）的稳定性问题。除了开发更多无掺杂HTMs并提升其空穴提取/传输能力外，钙钛矿与无掺杂HTM之间的界面问题也显著影响PSC性能，但该问题尚未得到充分关注。本研究在三维钙钛矿与无掺杂聚合物HTM界面引入二维钙钛矿层，以提升器件效率与稳定性。该二维钙钛矿层通过提供梯度能级排列增强空穴传输，降低缺陷密度，并改善界面接触——当使用含氟有机阳离子制备二维钙钛矿时，这些增强效应更为显著。基于此，器件效率达到20.5%，这对无掺杂HTM基2D-3D PSCs而言十分显著。特别值得注意的是，未封装的器件在高湿度（85%）、高温（80°C）或光照（1太阳光强度）条件下均表现出卓越稳定性，这归因于二维钙钛矿层与无掺杂聚合物提供的双重保护。该研究通过界面引入二维钙钛矿层，为实现高效稳定的无掺杂HTM基PSCs提供了新途径。

基于纳米颗粒局域表面等离激元共振（LSPR）的光声微流体泵（PMPs）能够将光能转化为流体喷射动能，因此在微流控与光流控领域备受关注。本研究采用银-金合金纳米颗粒制备PMPs器件：通过固态去湿法成功制备出组分可调的合金纳米颗粒，其LSPR吸收峰可在440-530 nm范围内调控。借助有限元时域（FDTD）仿真，系统研究了纳米颗粒形貌与光学特性的关联关系。通过450 nm和532 nm激光激发均观察到光声喷射现象，值得注意的是：Ag₀.₉Au₀.₁合金在450 nm激光激发下可持续喷射超过1小时，而Ag₀.₂Au₀.₈纳米颗粒在532 nm激光下的持续时间不足1分钟，显著体现了材料选择对性能提升的重要性。通过分析激光冲击引起的形貌演化进一步研究喷射稳定性，结果表明合金材料熔点和热稳定性的提升是增强稳定性的关键因素。

在低压气相乙烯聚合过程中，观察到两种结构类似的二氧化硅负载铪金属茂与锆金属茂催化剂在早期破碎阶段存在基于动力学的差异。聚焦离子束-扫描电子显微镜（FIB-SEM）与纳米红外光诱导力显微镜（IR PiFM）联用技术揭示了两种催化剂材料在载体、聚合物及复合相分布方面的显著差异。通过时间分辨探针分子红外光谱，建立了这种形态分化与催化剂活性位点动力学行为之间的关联。聚合物形成速率——这一与催化剂动力学特性及反应条件密切相关的参数——最终主导传质过程，从而决定载体破碎过程中实现的均质化程度。在无强传质限制的条件下，逐层破碎机制在给定实验条件下主导单个催化剂载体域层面的破碎过程。

通过采用具有强链间相互作用、低溶解度的萘二酰亚胺基聚合物受体PTzNDI-T与高溶解度聚合物给体J52-Cl，本研究开发出具有类体异质结形貌的顺序沉积（SD）活性层。该SD活性层的制备首先沉积PTzNDI-T溶液，随后沉积J52-Cl溶液，无需任何后处理；而传统共混浇铸（BC）活性层则由J52-Cl:PTzNDI-T共混溶液浇铸制成。采用BC活性层的常规与倒置型全聚合物太阳能电池（all-PSCs）均几乎无光伏性能输出。相比之下，基于SD活性层的倒置all-PSCs表现出显著提升的6.08%能量转换效率（PCE），而采用相同沉积顺序的常规all-PSCs同样展现出6.29%的高效率。值得注意的是，SD活性层呈现给受体相分布均匀的类体异质结形貌，从而在聚合物受体与给体沉积顺序相同的常规/倒置all-PSCs中实现同等优异的光伏性能，这也是SD型all-PSCs的首次报道。该研究为高性能全聚合物太阳能电池的活性层设计提供了全新思路。

矢量光束是电磁波在传播轴横向平面上具有特定偏振与局域化分布的特殊形态。本文系统论述两种圆柱矢量光束——角向与径向偏振光束及其复合形式的理论体系，重点探讨这两种光束在交叉研究领域的应用，包括磁性与手性力显微技术，以及通过广义圆二色性方法实现亚波长尺寸物质样本的手性检测。

三元共混有机太阳能电池（TB-OSCs）通过向活性层中引入多种给体和/或受体材料，已成为同步提升器件综合参数以实现较二元器件更高性能的重要策略。然而，多组分材料的引入也导致其形貌结构比二元共混体系更为复杂。理解形貌特征对进一步提升TB-OSCs器件性能至关重要。本综述首先介绍了影响三元共混体系形貌的溶解性与相容性参数，继而从分子结晶度、分子堆叠取向、相区尺寸与纯度、形貌直接观测、垂直相分离以及形貌稳定性等方面，系统总结了三元共混体系形貌研究的最新进展。最后对TB-OSCs的发展前景进行了总结与展望。

本研究针对原型两亲性染料与烷基/芳基Langmuir单层间的相容性开展基础研究。将染料嵌入此类基质对光能转化应用至关重要——当染料形成聚集体时会产生热失活通道。由于Langmuir基质中的相容性取决于染料与基质的混合比例及Langmuir膜密度（通过表面压和平均分子面积表征），我们采用Langmuir相容性研究确定各基质的理想相容性参数。原子力显微镜（AFM）结果表明在低表面压下染料与两种基质材料均呈现相容性，此时可获得光滑均匀的薄膜。当Langmuir单层在高于8 mN/m的表面压下沉积时（该条件下发色团会发生重取向），AFM与光诱导力显微镜（PiFM）均检测到相分离现象。PiFM的纳米级化学指纹成像功能将分离相斑块识别为富含硬脂酸（SA）的微区（该现象未被AFM检测到），从而证明了PiFM提供的红外光谱对比度的价值。本研究提出了一种尚未被开发利用的基质材料（三联苯羧酸，TPCA），发现其与标准两亲物SA同样适用于染料嵌入。与SA不同，TPCA由刚性导电π电子体系构成，因此天生适用于Langmuir基质中的染料定向排列及光电子系统应用。

光诱导力显微镜（PiFM）是一种前景广阔的纳米分析成像技术，可同步获取三维形貌数据并实现纳米尺度的分子化合物识别。与许多受限于光衍射极限的分子识别技术不同，PiFM利用样品表面与高灵敏度AFM悬臂上尖锐针尖之间的吸引力，同时通过可调谐激光扫描红外光谱范围内的波数。因此，PiFM的分子吸收特性与傅里叶变换红外吸收光谱（FTIR）具有可比性，使操作者能够利用现有庞大的FTIR数据库进行物相识别[1]。自2010年开发以来，PiFM已在自然科学多个学科领域促成新发现，并首次应用于不同生物地球化学问题[2]。本文展示PiFM在地质和生物矿物系统中的应用，包括锆石纳米级生长环带可视化、矿物和玻璃中轻挥发性元素的形态分析，以及生物矿物有机相中官能团的鉴定。其高空间分辨率（约5 nm）和高光谱分辨率（约1 cm⁻¹）及快速成像能力，使这种无损技术特别适用于原位研究敏感、含水、多级复杂的生物复合材料（如珍珠层）——这些材料在原子至纳米尺度的分析尤其具有挑战性[3]。

对莫特绝缘体进行电荷掺杂是实现高温超导、量子自旋液态与马约拉纳费米子的关键途径，这些现象对量子计算发展具有重要意义。莫特绝缘体在光电器件领域同样展现出巨大潜力，但既往研究显示其光响应性能不足。电荷掺杂可通过有效调控费米能级附近的电子结构，成为增强莫特绝缘体光响应的理想策略。插层技术——即将离子嵌入层状材料的范德瓦尔斯间隙——是一种无需产生缺陷的有效电荷掺杂方法。本研究通过有机阳离子插层实现电子掺杂，显著增强了层状莫特绝缘体α-RuCl₃的光电性能。电子掺杂导致电子结构发生实质性改变，使带隙从1.2 eV收缩至0.7 eV。由于过量电子在RuCl₃中的局域化效应，价带内形成独特的态密度分布，即使在较高掺杂浓度下仍引发光吸收特性改变而非金属化转变。基于电子调制RuCl₃的稳定近红外光电探测器，其光响应度较原始材料提升50倍，响应速度加快3倍，成功克服了莫特绝缘体在光电器件应用中的固有缺陷，为拓展材料体系提供了新途径。

本研究开发了一种一锅法形状选择性合成策略，成功制备长径比为3–24.8的磷酸铈纳米棒。通过光诱导力显微镜对其表面进行的研究首次揭示：尽管体相为六方相结构，表面层却存在单斜相与六方相的混合域，证明了表面敏感型纳米尺度振动光谱在纳米粒子科学中的重要性。另有证据表明碳酸盐优先吸附在单斜相域上，但碳酸盐是导致相域形成的原因还是仅更易吸附于该结构尚未明确。成功制备了钴、镍和锰掺杂的磷酸铈纳米棒（长径比＞20）。掺杂离子的引入对磁化率产生可测量的影响，但对纳米粒子体相晶体结构的影响更为显著——在掺杂纳米棒中引入约30%的单斜相磷酸盐。

由矿化胶原纤维组装而成的骨骼在外界刺激下呈现压电特性，进而影响组织生长。矿化胶原纤维由胶原蛋白与定向无机纳米晶体构成。受矿化胶原纤维独特结构与压电效应启发，本研究在体外实现了定向碳酸锶纳米晶体的纤维内矿化，该体系同样展现出良好压电性能。无定形碳酸锶前驱体从间隙区渗透并逐渐填充胶原纤维内部空间，转化为共取向结晶相。具有有序SrCO₃纳米晶的分离矿化胶原纤维获得优异柔性特性与逆压电响应，其有效压电系数达3.45 pm V⁻¹，远高于单一胶原（1.12 pm V⁻¹）和SrCO₃晶体（0.092 pm V⁻¹）。这些结果表明有机与无机组分协同贡献于骨骼的压电效应。此外，由SrCO₃矿化胶原纤维组装的柔性压电薄膜器件在压缩应力下产生1.2 V的稳定开路电压，在弯曲模式下获得80 nA的稳定循环短路电流。该研究有望推动高性能压电传感器的发展。

基于共轭聚合物的有机电化学晶体管（OECTs）因其高跨导、低工作电压和良好生物相容性，在柔性生物电子领域引发广泛关注。OECT性能主要取决于有机半导体的离子与电子混合传输特性，而这主要受分子堆积方式和薄膜形貌影响。目前研究大多集中于开发新型聚合物结构，然而对于化学结构、分子堆积、薄膜形貌与OECT性能之间构效关系的系统性研究仍显不足。本综述重点探讨OECT领域最新进展，特别聚焦化学结构、分子堆积、薄膜形貌与器件性能之间的内在关联，最后深入讨论OECT面临的技术挑战与发展前景，为未来研究提供方向性指导。

在DNA编程中引入非天然碱基可突破沃森-克里克和霍格steen碱基配对的限制，从而扩展DNA结构的多样性。因此，理解DNA与非天然碱基间的相互作用对DNA纳米技术具有重要意义。本研究提出采用等离激元天线增强红外光谱技术，探究聚胸腺嘧啶DNA（poly T DNA）与三聚氰胺之间的氢键相互作用。通过1680 cm⁻¹处新出现的NH₂变形振动红外特征峰，揭示了三聚氰胺与poly T DNA胸腺嘧啶之间多重氢键的形成。该亲和反应的结合速率常数（kₑ）和解离速率常数（k₄）分别达到39.70 M⁻¹·s⁻¹和4.49 × 10⁻⁵ s⁻¹。本研究为在分子水平研究DNA纳米结构提供了有价值的红外技术手段，为DNA编程中DNA与非天然碱基的相互作用机制提供了独特的物理化学视角。

倒置钙钛矿太阳能电池（i-PSCs）因其可忽略的迟滞效应和构建叠层电池的潜力而备受关注，但由于缺陷态导致的非辐射复合以及电子传输层能级失配等问题，其能量转换效率（PCE）仍落后于传统结构器件。本研究采用羟基化非富勒烯受体（NFA）IT-DOH修饰钙钛矿与电子传输层（ETL）界面，以降低缺陷并改善电子传输。与母体分子ITIC中的-CN和-C[双键]O基团相比，IT-DOH中附加的-OH基团可通过与未配位Pb²⁺相互作用进一步抑制缺陷态。更重要的是，IT-DOH的共轭平面可通过分子间氢键相互作用延伸，形成长程有序的分子排列和面取向结构，从而促进钙钛矿层通过IT-DOH分子向ETL的电子传输。最终，经IT-DOH处理的i-PSCs实现了22.09%的能量转换效率，创下NFA修饰i-PSCs的最高记录。本研究强调了NFA作为界面材料时分子有序性与取向的重要性，为通过羟基化设计高效稳定i-PSCs的NFA提供了指导原则。

激光辅助氯化技术实现石墨烯单层的高浓度掺杂（> 3×10¹³ cm⁻²）且迁移率衰减极小，同时具备可逆性与空间选择性。该卓越掺杂方案通过两种特定光子能量与几何构型的激光实现，可获得高氯覆盖度（C₂Cl）并在不损伤石墨烯的前提下实现局部氯脱附。基于此方法，我们成功制备出可重写石墨烯光电探测器，展现出高质量的可逆掺杂图案。本研究为二维材料化学掺杂提供了新途径，有望推动新型光电子应用的发展。

寻找替代昂贵合成共轭聚合物作为聚合物太阳能电池（PSCs）界面层的材料，对大幅降低成本和推动其商业化进程具有重要意义。引入天然聚合物作为高效PSCs的界面层是一种潜在选择。本研究利用完全不具共轭结构的海洋天然多糖——海藻酸钠（SA）作为高效电子传输层（ETL），替代传统PSCs中的共轭明星分子聚[(9,9-双(3'-(N,N-二甲基)-N-乙基铵丙基)-2,7-芴)-alt-2,7-(9,9-二辛基芴)]二溴化物（PFN-Br）并对铝（Al）电极进行修饰。SA通过形成界面偶极并保持欧姆接触，成功实现了铝电极功函数的降低。同时实现了理想的电荷转移与激子解离，并减少电荷复合，最终获得与PFN-Br作为ETL器件相当的功率转换效率（PCE）。在PTB7-Th:PC71BM体系中PCE提升至9.5%，在PM6:IT-4F体系中达到13.4%，这展示了天然海藻酸钠非共轭聚电解质在传统PSCs中光伏应用的广阔前景。

基于热激活延迟荧光机制的高发光量子产率小分子量阳离子铜(I)配合物，被固定于两个1 nm厚的硅酸盐层之间。通过将发光体部分离子交换至合成层状硅酸盐（氟锂蒙脱石）中，形成具有两种严格交替层间区的有序异质结构：阳离子发光体单层与水合Na⁺阳离子单层。后者通过渗透溶胀产生双堆叠结构的分散体系，使发光体单层被封装在两个硅酸盐层之间。发光体层间与带相反电荷硅酸盐层间的静电吸引作用，对发光体产生静电压力。与晶体盐相比，封装发光体的刚性限域效应提高了其热稳定性，并在环境温度下增强了发射量子产率。剥离后的微米级双堆叠结构（厚度3.9 nm）悬浮液可实现低成本光电器件的溶液加工，如发光电化学电池与有机发光二极管。

碳材料中实现具有离子选择性的无阻碍离子传输，一直是电化学储能与以饮用水/工业水电容去离子（CDI）为代表的化学纯化领域的挑战。本研究提出太阳能纳米离子学新概念，将太阳能直接注入石墨烯纳米结构边缘附近的光生载流子与局域电场，实现基于迁移率的高效离子传输、高质量交换速率及选择性。该概念被应用于演示CDI新方法——光电电容去离子（PECDI），其由太阳能增强的离子传输机制实现。通过边缘增强垂直石墨烯（eVG）材料化实现时，光生载流子沿eVG边缘纳米天线局域化，使边缘局域电场增强两个数量级（经近场光诱导力显微镜证实）。这种局域光电场可调控并重构纳米离子流，实现不同迁移率离子的选择性传输及动力学显著增强（通过原位电化学石英晶体微天平测量与分子动力学模拟验证）。凭借光增强离子传输动力学，该技术在200 mg L⁻¹浓度下实现33 mg g⁻¹的平均吸附容量（5000 mg L⁻¹浓度下达165 mg g⁻¹），兼具快速吸附/脱附响应与优异能效。本研究为太阳能增强纳米离子操控开辟了新途径，可拓展至化工、能源及环境领域的广泛应用。