新型胍盐离子液体剪切粘度性质的预测

[guanidinium]^＋[Tf₂N]^－是一类可应用于锂离子电池电解液的新型胍盐离子液体. 针对该类九种胍盐离子液体, 基于全原子分子力场, 采用非平衡分子动力学(周期性微扰方法)对其剪切粘度进行了计算和预测. 讨论了模拟尺寸、稳态速度场以及力场参数对模拟结果的影响. 计算结果很好的体现出剪切粘度系数随着温度以及分子尺寸大小的变化趋势. 利用周期性微扰线性外推的方法计算得到的粘度系数与实验值吻合良好, 在353 K下的最大偏差在12%以内.     

1-烷基-3-甲基咪唑系列室温离子液体表面张力的研究

合成了系列1-烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([C_2～7mim]BF₄)及六氟磷酸盐([C_4～7mim]PF₆)室温离子液体, 并通过核磁氢谱、红外光谱、质谱等手段对其进行了结构表征; 采用Wilhelmy白金板法, 在293～338 K范围内测定了离子液体的表面张力, 测试结果显示, 同类离子液体表面张力γ随温度的升高而线性下降, 同种离子液体的表面张力呈现出较宽的变化范围, 如293 K下, 表面张力值从[C₂mim]BF₄的50.4 mJ/m²到[C₇mim]BF₄的36.1 mJ/m². 最后对离子液体的表面性能进行了讨论.     

基于Hofmeister效应制备高强韧壳聚糖气凝胶

气凝胶在绝热保温、催化、吸附分离等领域有着广泛的应用,通常需要对气凝胶的微观结构和力学性能进行调控以满足特定需求.然而,开发绿色技术制备高强韧天然高分子气凝胶仍然面临巨大的挑战.本文报道了在壳聚糖新溶剂中基于Hofmeister效应调控壳聚糖分子链的侧向聚集和重结晶,影响壳聚糖水凝胶和气凝胶的微观形貌、孔隙结构和力学性能等物理性质,构建出高强韧壳聚糖气凝胶.通过改变盐的种类,可以有效调控壳聚糖水凝胶和气凝胶的力学性能,并显示出遵循Hofmeister序列的规律.壳聚糖气凝胶的拉伸强度、杨氏模量和断裂功最高可达(23.1±0.4) MPa、(198.0±43.8) MPa和(9.6±0.9) MJ/m³,比表面积最高可达410 m²/g.这种简单策略有助于制备高强韧壳聚糖气凝胶,在柔性电子器件、组织工程材料、药物/蛋白载体和催化等领域有潜在应用前景.     

定向合成高效捕获CO2的新型多孔芳香材料

通过简单的离子热法,以四（4-氰基联苯基）硅烷作为四面体基块,将其与无水氯化锌在充满氩气气氛的手套箱中充分研磨后密封,分别以400和550 ℃的反应温度合成了新型多孔芳香骨架材料（PAF-51）,得到PAF-51-1（400 ℃条件下）与PAF-51-2（550 ℃条件下）的比表面积分别为720和557 m²·g^-1 （BET）.与CH₄和N₂对比,该材料对CO₂具有极好的选择性吸附能力. 273 K条件下,CO₂/N₂分离指数最高可达52.2,CO₂/CH₄分离指数也达到10.3,这一性质极有可能使得PAF-51成为捕获CO₂理想材料,并对再生能源具有潜在的应用.     

基于环氧树脂固化的离子印迹材料的制备及其对铅离子吸附的研究

水体中重金属离子Pb²⁺的存在对环境和人体具有较大的危害,因此,去除环境中的Pb²⁺具有重要的实际意义。本研究以Pb²⁺作为印迹模板离子、PEG-600为致孔剂、1,6-己二胺为固化剂与环氧树脂固化聚合,制备了一种环氧树脂基多孔离子印迹吸附材料(IIP)。采用静态吸附法研究了pH值、Pb²⁺初始浓度、吸附温度及吸附时间等因素对IIP吸附Pb²⁺的影响。采用X-射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)和热重分析(TGA)等方法对此材料吸附Pb²⁺前后的性质进行了表征。结果表明,在pH=4.5和293 K时,材料对Pb²⁺的吸附容量达到149.01 mg/g,吸附动力学符合准二级动力学模型,等温曲线符合Langmuir吸附模型。此IIP具有较好的吸附能力和重复利用性能,对Pb²⁺的吸附明显高于竞争离子的吸附,并且对Pb²⁺具有较好的富集回收效果。本研究合成的...     

基于RGO-Au-ZIF-8复合材料的电化学传感器制备及其在铅离子和铜离子同时检测中的应用

金属有机骨架（MOFs）材料因其结构和组成特点在重金属离子的吸附和预富集方面表现出独特优势,在重金属离子的光学传感方面显示出极大的应用潜力,但其导电性较差,这大大限制了其在电化学传感领域的应用.制备了一种功能化的金属有机骨架复合材料——热还原氧化石墨烯-金-沸石咪唑酯骨架材料（RGO-Au-ZIF-8）.该复合材料具有较本体MOF显著改善的电化学性质,利用其构建电化学传感平台实现了对水相溶液中铅离子（Pb²⁺）和铜离子（Cu²⁺）的同时灵敏检测.借助扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外可见吸收光谱法和各种电化学技术对所制备材料及其修饰电极的形貌、结构和电化学特性进行了表征.采用阳极溶出伏安法（DPASV）对水相溶液中的Pb²⁺和Cu²⁺进行检测,并对检测溶液pH、沉积时间和沉积电位等实验参数进行了优化.在最优化条件下,该传感平台对Pb²⁺和Cu²⁺的检测线性浓度范围分别为0.005～10（Pb²⁺）和0.01～10（Cu²⁺）μmol·L^-1,检测限为2.6×10^-9（Pb²⁺）和7.8×10^-9（Cu²⁺） mol·L^-1.此外,还对该传感平台的选择性、重现性和稳定性进行了考察,并进行了实际水样中Pb²⁺和Cu²⁺的回收实验.该工作为重金属离子的同时、快速且灵敏的检测提供了一种新的平台,并大大拓展了MOFs材料的电化学应用.     

细菌纤维素基柔性锌离子电池正极的构筑及性能研究

柔性锌离子电池(ZIBs)具有高安全性、低成本和高能量密度等优势, 但是现有的ZIBs柔性电极难以兼具高电化学性能和力学稳定性. 其中, 缺少适合的基底材料是限制柔性电极发展的关键. 本工作中, 以细菌纤维素(BC)为基底材料, 结合原位聚合及真空过滤方法, 制备了具有3D多孔结构的BC/聚苯胺/碳纳米管(BC/PANI/CNTs)柔性电极. BC固有的高抗拉伸强度和超细纳米纤维网络结构等特点, 在赋予柔性电极高弯曲特性的同时, 还有利于活性物质的负载及电解液离子的快速扩散. 结果表明, BC/PANI/CNTs具有高柔韧性、7.3 mg/cm²的负载量和157 mAh/g的比容量. 以BC/PANI/CNTs电极构建的准固态ZIBs展现了109 mAh/g的比容量, 且200次充放电循环后容量保持率大于90%.     

具有高离子识别能力的镉离子表面印迹材料的制备及其离子识别机理的研究

采用氨基-过硫酸盐氧化还原引发体系, 先实现了甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)在微米级硅胶微粒表面的引发接枝聚合, 制得高接枝度的接枝微粒PHEMA/SiO₂. 然后使接枝大分子PHEMA的侧羟基与5-氯-8-羟基喹啉(CHQ)发生亲核取代反应, 将8-羟基喹啉(HQ)基团键合在接枝大分子侧链, 使接枝大分子PHEMA实现8-羟基喹啉功能化转变, 制得表面含有高密度HQ基团的功能接枝微粒HQ-PHEMA/SiO₂, 考察研究了功能微粒HQ-PHEMA/SiO₂对Cd²⁺离子的强螯合吸附作用. 在此基础上, 采用本课题组建立的新的分子表面印迹技术, 以Cd²⁺离子为模板离子, 二氯乙醚为交联剂, 对接枝在硅胶表面的功能大分子链HQ-PHEMA进行了离子印迹, 制备了Cd²⁺离子表面印迹材料IIP-HQP/SiO₂, 深入考察研究了其离子识别与结合特性. 实验结果表明, 该离子表面印迹材料对Cd²⁺离子具有特异的识别选择性与优良的结合亲和性, 相对于Cu²⁺和Pb²⁺两种对比离子, 印迹材料IIP-HQP/SiO₂对Cd²⁺离子的识别选择性系数分别高达25.52和22.91, 显示出超高的离子识别能力.     

铝离子聚合物固态电解质

铝离子电池因其材料成本低、大倍率性能优异和循环寿命超长等优势,而被认为在大规模静态储能应用中具有广阔前景.目前的铝离子电池大部分采用离子液体、尿素和熔融盐等液态电解液,其在实际工程化应用当中存在电解液渗漏的风险.相对而言,全固态电池则可以避免电解液渗漏的问题,还具有因去除隔膜和简化封装所带来的电池整体能量密度提升的优点.但是,目前领域内少有关于全固态铝离子电池的研究.基于此,采用溶液浇筑法,以冠醚作为添加剂和配位基团、以聚乙二醇（PEO）作为基底,制备出无定型结构的聚合物固态铝离子电解质.其中,冠醚不仅作为配位基团与铝离子进行配位提高铝离子的稳定性,而且作为相容性高的添加剂降低聚合物结晶度,从而提高固态电解质的离子电导率.测试表明,制备出的18-6/PEO/Al（CF₃SO₃）₃体系聚合物固态铝离子电解质是非晶态为主的晶态与非晶态共存的薄膜,且具备很高的离子电导率（室温,5.5×10^-6 S/cm;100℃高温,1.86×10^-3 S/cm）和较宽的电化学稳定窗口（0~3 V）,这为全固态铝离子电池的研发奠定了基础.     

离子印迹法制备对铜离子(Ⅱ)选择性吸附的碳基材料

通过钨离子印记方法,合成了对铜离子有高选择性吸附性能的碳基材料。 在四乙烯五胺(TEPA)、钨酸铵和葡萄糖摩尔比为1:1:5条件下,经水热法合成的碳基吸附材料能有效地吸附铜离子,对铜离子吸附的最佳pH=5。 在Cd²⁺、Co²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺和Zn²⁺摩尔浓度相近体系中,离子印记碳基吸附材料对铜离子的吸附率高达97.2%,而对Cd²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺吸附率分别为20.1%、9.63%、20.3%、13.3%,表明这种离子印记碳基吸附材料对Cu²⁺具有非常优异的选择吸附能力。     

壳聚糖基多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以胶态SiO₂纳米粒子为模板,壳聚糖为碳源,ZnCl₂为活化剂,制备了具有不同比表面积和孔体积的氮掺杂介孔碳。采用多种表征手段对碳材料的微观形貌、比表面积和孔道结构进行了表征,探究了壳聚糖与SiO₂纳米粒子的比例以及ZnCl₂活化剂对碳材料孔体积和比表面积的影响。结果表明,在未使用活化剂时碳材料(CSi-1.75)的孔体积高达4.53 cm³·g^-1,但其比表面积最小(729 m²·g^-1);使用ZnCl₂作为活化剂制备的碳材料(CSi-1.75-Zn)比表面积为1 032 m²·g^-1,但其孔体积下降到1.99 cm³·g^-1,且具有最多的吡啶氮和吡咯氮。在以6.0 mol·L^-1KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g^-1时,CSi-1.75...     

天然高分子壳聚糖作为吸附剂的吸附特性研究

甲壳素经化学改性制得的壳聚糖吸附Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Ca²⁺、Rb⁺、Cs⁺、Cd²⁺、Pb²⁺等离子的研究已有报道^[1],但吸附Pd²⁺等贵金属离子的研究尚不多见.本文报道了壳聚糖及其交联产物的造粒方法,并测定了该糖吸附Hg²⁺、Cu²⁺、Ag⁺、Pd²⁺等离子的特性.结果表明,化学交联后的颗粒(作吸附剂)在酸性条件下仍保持相当好的刚性,对Pd²⁺离子的吸附容量较大,在Pd²⁺、Cu²⁺共存时可选择性吸附Pd²⁺.     

离子液体嵌段共聚物的合成及其离子传导性

采用可逆加成 断裂链转移自由基聚合法(RAFT)合成了三嵌段共聚物聚甲基丙烯酸丁酯-b-聚对氯甲基苯乙烯-b-聚苯乙烯（PBMA₆₉-b-PVBC⁹²-b-PS₃₄₅, PDI=1.5）;PBMA₆₉-b-PVBC⁹²-b-PS₃₄₅经N-甲基咪唑季铵化后与锂离子盐发生离子交换，两步分别制得两种离子液体嵌段共聚物PBMA-b-PVBMImCl-b-PS和PBMA-b-PVBMImTFSI-b-PS，其结构经¹H NMR, FT-IR和GPC确证。采用交流阻抗研究了两种离子液体嵌段共聚物的导电性能。结果表明：PBMA-b-PVBMImCl-b-PS和PBMA-b-PVBMImTFSI-b-PS的离子电导率分别为6.0×10^-4S·cm^-1和1.6×10^-3S·cm^-1。     

聚胍基离子液体材料制备及其对蛋白质识别性能评价

磷酸化修饰是蛋白质翻译后修饰中最为重要的修饰之一,蛋白质的磷酸化修饰几乎参与生命活动的每一个环节。因此,制备对磷酸化蛋白具有选择性识别性能的材料在磷酸化蛋白质组学中具有重要意义。本实验首先合成胍基离子液体功能单体,通过沉淀聚合法合成聚胍基离子液体材料。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析仪(TGA)考察了材料的结构、形貌、热稳定性。结果显示所制备材料为粒径约200 nm的球形颗粒。并以标准磷酸化蛋白(β-酪蛋白)为模型蛋白质,考察了聚胍基离子液体材料的识别性能。研究结果表明:材料对磷酸化蛋白具有较高吸附容量(对 β-酪蛋白的最大吸附量达到599.1 mg/g)、较快的吸附速度(1 h内达平衡),而且对磷酸化蛋白表现出较高的选择性。     

尖吻蝮蛇毒抗凝血因子Ⅱ的稀土离子荧光探针研究

尖吻蝮蛇毒抗凝血因子(ACF)分子中有两个钙离子结合位点,钙离子对ACF的内源荧光有增强作用,稀土离子(Nd³⁺,Sm³⁺,Eu³⁺,Gd³⁺和Tb³⁺)能取代ACF分子中的钙离子,并对ACF的内源荧光有不同程度的猝灭作用,其中Tb³⁺接受ACF分子中Trp残基传递的能量后,特征荧光增强.稀土离子与ACF荧光滴定表明,ACF分子中有两个稀土离子结合位点,稀土离子和钙离子在ACF分子中两个结合部位是共同的竞争结合部位.ACF与不同稀土离子之间有相近的表观结合常数K₁或K₂.Tb³⁺与RE³⁺(RE=Nd,Sm,Eu或Gd)间线性自由能关系表明,稀土离子与ACF结合时,没有明显的空间效应.ACF分子中的两个结合位点在结构上都有较大的柔性,这种结构柔性为钙离子在ACF与活化凝血因子X的结合反应中起到的促进作用提供了结构基础.     

胍盐离子液体的研究进展

胍盐离子液体由于具有较高的热稳定性、化学稳定性和催化活性而受到关注. 总结了近年来胍盐离子液体的合成、性质和应用三个方面的研究进展.     

高效抗菌Cu2+-壳聚糖季铵盐/丙烯酸复合物的制备

以过硫酸铵为引发剂,在壳聚糖季铵盐（HACC）上接枝丙烯酸（AAc）并络合Cu²⁺,制备了具有高效抗菌性能的HACC-g-PAAc-Cu²⁺复合物.采用红外光谱（FTIR）和核磁共振波谱（¹H NMR）表征了壳聚糖季铵盐接枝改性前后的化学结构变化;利用紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、Cu²⁺选择电极和热失重分析（TGA）表征了壳聚糖季铵盐接枝前后负载Cu²⁺的能力;测定了HACC-Cu²⁺和HACC-g-PAAc-Cu²⁺对金黄色葡萄球菌及大肠杆菌的最小抑菌浓度,并对小鼠经口摄入毒性和兔皮肤敷涂刺激性进行了考察.研究结果表明,在壳聚糖季铵盐上负载Cu²⁺能够有效提高其抗菌性;接枝丙烯酸能提高HACC负载Cu²⁺的能力和抗菌性,Cu/HACC结构单元的摩尔比由接枝前的3：7提高到接枝后的1：1;对金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度由60 mg/L下降到9.2 mg/L,对大肠杆菌的最小抑菌浓度由37 mg/L下降到6.3 mg/L,无摄入毒性和皮肤刺激性.     

离子交联聚氯乙烯的结构与性能

由氯乙烯/丙烯酸悬浮共聚合成了不同羧基含量的PVC树脂,采用溶液反应和熔融加工法制备离子交联PVC,对其结构和性能进行了研究.结果表明,共聚物中羧基主要以二聚体形式存在,用金属离子中和能形成部分络合结构;用Ca²⁺、Mg²⁺离子络合的羧基含量较高的VC/AA共聚物存在离子对聚集态结构;离子对含量、金属离子种类和增塑剂浓度影响离子聚集相的比例和稳定性,离子聚集具有热可逆性;离子交联使PVC的T_g、熔体粘度和回弹性提高.     

Fe3O4@SiO2@CTS镍离子印迹聚合物的制备与吸附性能研究

以Fe₃O₄@SiO₂为磁核,在其表面包裹壳聚糖,再通过分子印迹技术,制得Fe₃O₄@SiO₂@CTS镍离子印迹聚合物。采用XRD、FTIR和SEM对镍离子印迹聚合物的结构和形貌进行表征。通过正交实验确定了镍离子印迹聚合物对Ni²⁺的最佳吸附条件为：Ni²⁺初始浓度为80 mg·L^-1、印迹聚合物用量为25 mg、pH值为5.0、吸附时间为3 h,印迹聚合物对Ni²⁺的吸附量可达66.73 mg·g^-1。Fe₃O₄@SiO₂@CTS镍离子印迹聚合物对Ni²⁺的吸附符合拟二级动力学方程,吸附过程符合Freundlich等温吸附模型。     

碳布负载的缺氧型Na2Ti3O7纳米带阵列作为高性能柔性钠离子电池负极材料

作为锂离子电池的理想替代品,钠离子电池因具有能源储备丰富、成本低廉等优点而受到人们的广泛关注。柔性便携式电子产品的发展亟需柔性储能器件的研制。因此,发展一种廉价、高性能的柔性钠离子电池负极材料成了科研工作者的共同目标。在此项工作中,我们通过简单的水热合成和热还原法发展了一种以柔性碳布为基底,与缺氧型的Na₂Ti₃O₇纳米带(NTO)构成三维阵列结构的新型柔性钠离子电池负极材料。复合材料(R-NTO/CC)的导电性和活性位点得到提高,电化学性能也大幅提升,在200 mA·cm^-2的电流密度下,实现100 mAh·cm^-2的面积比容量,且经过200次循环后仍保留最初电容值的80%。此外,这种电极还具有优良的倍率性能,当电流密度提高到400 mA·cm^-2时,仍保持69.7 mAh·cm^-2的面积比容量,是未引入氧空位材料的三倍之多。这种三维缺氧的电极材料可有效提高载流子浓度,缩短离子传输通道,从而大幅提升电极的电化学性能。此工作为设计合成高储钠性能的新型的负极材料提供了一种实用有效的策略。