基于拮抗作用检测除草剂的类囊体膜生物传感器研究

利用除草剂对植物类囊体束缚酶分解过氧化氢的拮抗作用,研制了一种快速检测痕量除草剂的电化学生物传感器.将植物类囊体用聚乙烯醇-苯乙烯吡啶(PVA-SbQ)光敏聚合剂在紫外光诱导下产生大分子网状结构进行包埋,制成生物敏感膜,并固定在铂电极表面.根据加入除草剂时类囊体膜束缚酶分解过氧化氢活性的变化,对除草剂进行测定.在含有1×10^-3mol/LNaCl,5×10^-3mol/LMgCl₂和0.01mol/LH₂O₂的Tris-HCl缓冲溶液(pH=7.4)中,基于测量0.65V处H₂O₂氧化电流的变化,可以对下列浓度的除草剂进行定量检测:百草枯3×10^-9～1.5×10^-7mol/L,敌草龙1×10^-8～3×10^-7mol/L,扑草净4×10^-8～3×10^-6mol/L,阿特拉津1×10^-7～5×10^-6mol/L,莠灭净1×10^-7～5×10^-6mol/L.利用PVA-SbQ光聚合膜固定类囊体,能够使酶的活性在低温下保持数月.     

磺化聚芳醚酮砜/聚芳醚砜噁二唑复合型质子交换膜的制备与性能

为了降低质子交换膜(PEM)的甲醇渗透系数和改善PEM在中高温(80~120 ℃)时的质子传导率, 以自制的磺化度(SD)为100%的磺化聚芳醚酮砜(SPAEKS)与聚芳醚砜噁二唑(PAESO)为原料, 采用溶液共混法制备了SPAEKS/PAESO复合膜, 并用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热重分析(TGA)对其进行了表征. 结果表明, 该复合膜具有较好的化学稳定性和热稳定性. 扫描电子显微镜(SEM)照片显示, 复合膜具有较好的致密结构, 其甲醇渗透系数为3.9×10^-7~6.6×10^-7 cm²/s, 低于SPAEKS的8.7×10^-7 cm²/s. 在100 ℃时复合膜的质子传导率达到0.074 S/cm, 高于SPAEKS膜的0.066 S/cm.     

金属氧化物吸附剂干法脱除气相As2O3实验研究

利用自制As₂O₃连续发生装置,在固定床反应器上研究了金属氧化物CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃对煤燃烧高温烟气中气相砷的吸附特性。600~900 ℃温度的吸附实验结果表明,金属氧化物CaO、Fe₂O₃吸附剂对气相As₂O₃的吸附以化学吸附为主,随着吸附温度的升高,吸附量与吸附效率逐渐减小;3种金属氧化物的气相固砷能力依次为Fe₂O₃ >CaO >Al₂O₃;研究了气相砷浓度对吸附剂固砷量的影响特性,当气相砷体积浓度在4.5×10^-6~13.5×10^-6变化时,不会有吸附饱和的现象发生,当吸附剂种类一定时,吸附效率仅与吸附温度有关,对于不同气相砷浓度保持相同的吸附温度可以获得相同的吸附效率。     

含氨基磺化聚芳醚酮砜质子交换膜的制备与性能

通过四元缩聚的方法合成了带有氨基的磺化度可控的磺化聚芳醚酮砜共聚物(Am-SPAEKS). 采用红外光谱和核磁共振谱表征了Am-SPAEKS共聚物的结构. 该共聚物膜具有较好的热性能、尺寸稳定性、较高的质子传导率和阻醇能力. 在80℃时Am-SPAEKS-1膜的质子传导率达到0.0894 S/cm, 而其甲醇渗透系数在25℃时为0.24×10^-6 cm²/s, 低于相同温度下SPAEKS膜(0.87×10^-6 cm²/s)和Nafion膜(2×10^-6 cm²/s). 结果表明, Am-SPAEKS膜能够满足质子交换膜燃料电池(PEMFC)的使用要求.     

用于燃料电池的聚乙烯醇/纤维素/聚乙二醇碱性阴离子交换复合膜的制备及性能

通过对聚乙烯醇(PVA)/季铵化羟乙基乙氧基纤维素(QHECE)共混膜进行聚乙二醇(PEG)聚塑化改性, 采用物理-化学交联联用法制备了PVA/QHECE/PEG碱性阴离子交换复合膜. 通过交流(AC)阻抗、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 扫描电子显微镜(SEM)、 热重分析(TGA)、 气相色谱(GC)和拉伸实验等手段考察了不同PEG添加量对膜的离子电导率、 分子结构、 微观形貌、 热稳定性、 力学强度、 甲醇渗透率和耐碱稳定性等性能. 结果表明, PEG的加入(除最小比例外)提高了膜的离子电导率和力学强度并使其柔韧性增大. 同时, 膜的热稳定性比未添加PEG时提高了40℃. 将PVA/QHECE/PEG膜在80℃, 6 mol/L KOH浓碱溶液中浸渍处理264 h, 膜的电导率从1.06×10^-3 S/cm提高到3.88×10^-3 S/cm, 而膜的外观和力学强度及含水率未发生明显变化, 表明该膜具有很好的耐碱化学稳定性. 此外, 以3 mol/L甲醇溶液为测试目标, 膜的甲醇渗透率<10^-7 cm²/s, 仅为商业用Nafion^®膜的1/20~1/40.     

锂磷氧氮(LiPON)薄膜电解质和全固态薄膜锂电池研究

采用电子束热蒸发Li₃PO₄与氮等离子体辅助相结合的方法制备了含氮磷酸锂(LiPON)电解质薄膜,已测得该非晶态电解质薄膜在温度为300K时的离子导电率为6.0×10^-7 S/cm,电子电导率低于10^-10 S/cm,电化学稳定窗口为5.0V.以脉冲激光沉积法(PLD)制备的非晶态Ag_0.5V₂O₅薄膜为阴极,真空热蒸发法制备的金属锂为阳极,LiPON薄膜为电解质,成功地制备了一个新的Li/LiPON/Ag_0.5V₂O₅全固态薄膜锂电池.该电池以14μA/cm²电流充/放电时,首次放电容量达到62 μAh·cm^-2·μm^-1,10次循环后容量衰减缓慢,衰减率约为0.2%,循环寿命达到550次以上.     

基于Nafion固定磷钼酸和石墨烯共修饰PEDOT膜电极的电化学过氧化氢传感器

以玻碳电极（GCE）为基底电化学聚合制得聚3,4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）膜修饰电极,再通过Nafion共固定磷钼酸和石墨烯构建了一种新型的无酶电化学H₂O₂传感器. 利用扫描电子显微镜（SEM）表征制得的修饰电极,并通过循环伏安法和计时电流法研究了传感器对H₂O₂的响应性能. 结果表明,在优化条件下,该传感器对H₂O₂还原具有良好的电催化性能,检测H₂O₂的线性范围为2.91×10^-6 ~ 1.83×10^-2 mol•L^-1,检出限和灵敏度分别为9.90×10^-7 mol•L^-1（S/N = 3）和112.5 μA•（mmol•L^-1）^-1. 此外,该传感器还具有良好的重现性和选择性.     

双核钼(Ⅴ)二乙基二硫代氨基甲酸络合物的歧化离解平衡及其离解常数

由于发生歧化离解,Mo₂O₃(S₂CNEt₂)₄的溶液不遵守Beer定律,我们测定了有关溶液的光吸收性质以及Mo₂O₃(S₂CNEt₂)₄的歧化离解常数,于15℃时数值为2.2×10^-4。     

二茂铁功能化Fe3O4/碳纳米管/壳聚糖复合膜葡萄糖生物传感电极的研究

采用交联法制备了羧基二茂铁功能化Fe₃O₄纳米粒子（FMC-AFNPs）复合材料,并将该复合纳米材料与多壁碳纳米管（MWNTs）、壳聚糖（CS）及葡萄糖氧化酶（GOD）混合修饰于自制的磁性玻碳基底(MGC)表面,制备了GOD/FMC-AFNPs/MWNTs/CS复合膜生物传感器电极. 实验结果表明,FMC-AFNPs复合材料有效地克服了二茂铁在电极表面的泄漏,且FMC-AFNPs/MWNTs/CS复合膜良好的生物兼容性较大地改善了固定化GOD的生物活性. MWNTs具有良好的导电性和大比表面积,在修饰膜内可作为电子传递“导线”,极大地促进电极的电子传递速率,提高电极的电催化活性和灵敏度. 该电极的葡萄糖检测的线性范围为1.0×10^-5 ~ 6.0×10^-3 molL^-1,检测限为3.2×10^-6 mmolL^-1（S/N=3）,表观米氏常数为5.03×10^-3 mmolL^-1,且有较好的稳定性和重现性.     

新型电解质材料CaZr0.1Ti0.9O3的制备与电性能研究

采用溶胶-燃烧法合成了可用于固体氧化物燃料电池(SOFC)的新型固体电解质材料CaZr_0.1Ti_0.9O₃。通过XRD、交流复阻抗等电化学方法对样品的结构、电导性能进行了表征,并考察了材料的烧结性能。结果表明,溶胶-燃烧法可以成功制备出具有良好烧结性能的CaZr_0.1Ti_0.9O₃电解质粉末,1400℃下得到的烧结体的相对密度可达到95%。电性能测试表明CaZr_0.1Ti_0.9O₃烧结体在中温范围内具有较高的氧离子电导率（σ^_800℃＝2.24×10^-3 S/cm）、低的电导活化能（0.89 eV）;样品的导电性能受烧结温度的影响,合理的控制烧结温度对于获得导电性能优良的CaZr_0.1Ti_0.9O₃电解质材料具有重要作用。     

SPEEK/PES-C、SPEEK/SPES-C共混质子交换膜研究

通过在磺化聚醚醚酮(SPEEK,DS=61.68%)中分别混入酚酞型聚醚砜(PES-C)、磺化酚酞型聚醚砜(SPES-C,DS=53.7%)制备出SPEEK/PES-C、SPEEK/SPES-C共混质子交换膜.结果表明,共混的两种聚合物之间均具有较好的相容性.PES-C、SPES-C的混入能有效降低膜的溶胀及甲醇透过,且随着共混量的增加,这种作用越趋明显.纯SPEEK膜在75℃左右溶解,而SPEEK/PES-C(30wt%)、SPEEK/SPES-C(30wt%)共混膜在80℃时溶胀度仅为22.5%、26.32%.在室温至80℃范围内,纯SPEEK及共混膜的甲醇透过系数都在10-7cm2.s-1数量级上,远小于Nafion115膜.在饱和湿度下,温度大于90℃时,SPEEK/PES-C(20wt%)共混膜电导率超过Nafion115膜;温度大于110℃时,SPEEK/SPES-C(30wt%)共混膜电导率与Nafion115膜相当,达到0.11S.cm-1.高电导率,低透醇系数以及明显提高了的可使用温度表明该类共混膜有望在DMFC中使用.     

磺化聚醚醚酮膜的制备及其阻醇和质子导电性能

直接甲醇燃料电池 (Ｄｉｒｅｃｔｍｅｔｈａｎｏｌｆｕｅｌｃｅｌｌ,ＤＭＦＣ)以高效、清洁和燃料储运方便等优点适宜于作为各种用途的可移动动力源 ,成为 2 0世纪 90年代以来研究与开发的热点[1,2 ] .目前 ,这种电池的研究难点主要集中在催化剂不稳定和质子交换膜透醇上 .一张好的ＤＭＦＣ膜不但要可传递质子、绝缘电子 ,还应具有良好的阻醇性能 .如果膜的阻醇性能不好 ,甲醇会穿过膜到达阴极 ,与氧直接反应而不产生电流 ,不但造成燃料的浪费 ,同时也影响阴极的正常反应 ,使电池效率下降[3] .目前广泛应用于燃料电池中的Ｎａｆｉｏｎ系列膜…     

磺化聚醚醚酮/三羧基丁烷膦酸锆复合质子交换膜的研究

通过在磺化聚醚醚酮(SPEEK)中掺杂1,2,4-三羧基丁烷-2-膦酸锆(Zr(PBTC))制备出SPEEK/Zr(PBTC)复合质子交换膜.结果表明,与纯SPEEK膜相比,Zr(PBTC)的掺杂能降低复合膜的吸液量及甲醇透过系数,且随着Zr(PBTC)含量的增加,这种作用越趋明显.在室温至80℃范围内,复合膜的甲醇透过系数在10-7cm2.s-1数量级上,远小于Nafion115膜.在饱和湿度下,当温度大于90℃时,含40wt%Zr(PBTC)的复合膜电导率超过Nafion115膜,并在160℃时达到0.36S.cm-1.使用温度的提高及在高温下的高电导率表明该复合膜适合在高温DMFC中使用.     

Promotion of PEM self-humidifying effect by nanometer-sized sulfated zirconia-supported Pt catalyst hybrid with sulfonated poly(ether ether ketone)

A self-humidifying membrane based on low-cost sulfonated poly (ether ether ketone) (SPEEK) hybrid with sulfated zirconia (SO4(2-)/ZrO2, SZ)-supported platinum catalyst (Pt-SZ catalyst) was investigated for fuel cell applications. The SZ particle, a solid-state superacid with hygroscopic and high proton conductivity properties, was employed as the catalyst support. The SPEEK/Pt-SZ self-humidifying membrane was characterized by TEM and SEM coupled with EDX. FT-IR was conducted to verify the effect of SPEEK/Pt-SZ membrane on catalytic combination of crossover hydrogen and oxygen. To display the advantages of Pt-SZ catalyst as the additive, the IEC, water uptake, proton conductivity, single-cell performance, and areal resistance measurements were compared between the plain SPEEK membrane, SPEEK/Pt-SiO2 membrane, and the SPEEK/Pt-SZ membrane. The SPEEK/Pt-SZ membrane exhibited the highest IEC value, proton conductivity, single-cell performance, and the lowest areal resistance relative to the plain SPEEK and SPEEK/Pt-SiO2 membranes. The SPEEK/Pt-SZ self-humidifying membrane exhibited peak power density of 1.0 W/cm2 under dry operation condition compared with 0.89 W/cm2 and 0.58 W/cm2 of SPEEK/Pt-SiO2 and plain SPEEK membranes, respectively. The incorporation of the catalytic, hygroscopic and proton conductive Pt-SZ catalyst in the SPEEK/Pt-SZ self-humidifying membrane facilitated water balance and proton conduction, and accordingly improved its single cell performance under dry operation. In addition, the enhanced OCV and the decreased areal ohmic resistance confirmed the promotion effect of Pt-SZ catalyst in the self-humidifying membrane on suppressing reactant crossover and the membrane self-humidification.     

Synthesis and Characterization of Novel Sulfonated Polyimides from 4,6-Bis（4-aminophenoxy）-naphthalene-2-sulfonic Acid

A novel sulfonated diamine monomer, 4,6-bis（4-arninophenoxy）-naphthalene-2-sulfonic acid（BAPNS）, was synthesized. A series of sulfonated polyimide copolymers was prepared from BAPNS, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride（NTDA） and nonsulfonated diamine 4,4＇-diaminodiphenyl ether（ODA）. Flexible, transparent, and mechanically strong membranes were obtained. The novel sulfonated polyimide（SPI） membranes show higher conductivity, for example, SPI-100 shows a conductivity of 0.0698 S/cm at 80℃（SPI-X： Xrefers to molar fraction of BAPNS）. The membranes exhibit the permeability of methanol from 2.18×10^-7 cm2/s to 2.57×10^-7 cm2/s, which is much lower than that of Nafion（2.00×10 6 cm^2/s）. The copolymers were thermally stable up to 330℃. The sulfonated polyimide copolymers also show reasonable mechanical strength; for example, the maximum tensile strength at break of the sulfonated polyimide copolymer with 100%（molar fraction） BAPNS is 1.35 GPa under high moisture condi- tions. The optimum concentration of BAPNS was found to be 100%（molar fraction） from the view point of proton conductivity, methanol permeability, and membrane stability.     

DMFC用PES/SPEEK共混阻醇质子交换膜

将磺化聚醚醚酮(SPEEK, 磺化度DS为68.3%)和聚醚砜(PES)两种聚合物共混制得PES/SPEEK共混膜. DSC研究表明两种聚合物之间具有较好的相容性, 因而共混膜均匀致密, 未发生大尺度相分离. PES的混入能有效降低膜的溶胀度及甲醇透过系数. 纯SPEEK 膜40 ℃时在1 mol•L−1甲醇水溶液中溶胀度达到160%, 45 ℃时就完全溶解, 而含30%(w)PES的共混膜在80 ℃时的溶胀度仅有15%. 室温下含20%−30%(w)PES的共混膜的甲醇透过系数为1×10−7 cm2•s−1左右, 比Nafion 115膜的透过系数小一个数量级. 尽管80 ℃下30%(w)PES/SPEEK共混膜的电导率与Nafion 115膜相当, 但由于共混膜的厚度比Nafion 115膜小1/3左右, 膜电阻较小, 因而其电池性能比Nafion 115膜的好.     

DMFCs用磺化聚醚醚酮/功能化二氧化硅复合质子交换膜

在磺化度(DS)为55.1%的磺化聚醚醚酮(SPEEK)中掺杂功能化二氧化硅(吸湿性SiO2溶胶及带有磺酸基团的二氧化硅(SiOx-S)粒子)制备SPEEK/SiO2和SPEEK/SiOx-S复合质子交换膜.SiO2和SiOx-S的掺杂能有效提高复合膜的抗溶胀、阻醇性能及高温低湿情况下的电导率.纯SPEEK膜在80℃溶胀为52.6%,而SiO2和SiOx-S掺杂量为15%的复合膜在此温度下分别仅有26.2%和27.3%的溶胀.在室温至80℃范围内,SPEEK/SiO2(20 wt%)和SPEEK/SiOx-S(20 wt%)复合膜的甲醇透过系数比Nafion115膜小近2个数量级.在120℃、相对湿度(RH)为40%情况下,SPEEK纯膜的电导率仅为2.6×10-4S.cm-1,SPEEK/SiO2(20 wt%)复合膜约为2.0×10-3S.cm-1,而SPEEK/SiOx-S(20 wt%)复合膜高达1.0×10-2S.cm-1,与Nafion115相当.SPEEK/SiO2(20 wt%)和SPEEK/SiOx-S(20 wt%)2种复合膜的尺寸稳定性较高,膜电极无催化剂与膜分离现象,其DMFCs单电池性能好于SPEEK膜.     

Hybird Membrane with High Proton Conductivity and Selectivity Based on SPEEK for Direct Methanol Fuel Cells

Composite membranes based on sulfonated silica/sulfonated poly(ether ether ketone)(SPEEK) were prepared by means of sol-gel method so as to gain a high conductivity and reasonable methanol permeability.The sulfonated silica is generated in situ via the hydrolysis of sulfonated 3-anminopropyl triethoxysilane(KH550) synthesized newly from 3-aminopropyl triethoxysilane and 1,4-butane sultone.The membrane with a silica mass fraction of 5% exhibits a conductivity of 0.187 S/cm at 80 °C and a methanol coefficient with 9.72×10-7 cm2/s.The composite membranes show improved condutive ability and better selectivity that can be promisingly used in direct methanol fuel cell.     

新型共混交联磺化聚醚醚酮/部分氟化磺化聚芳醚砜质子交换膜的制备与表征

制备了基于磺化聚醚醚酮(SPEEK)/部分氟化磺化聚芳醚砜(SPFAES)的共混交联型质子交换膜(CMB), 研究了其吸水率、 尺寸变化、 力学性能、 热性能、 质子电导率、 化学稳定性及电池性能等. 通过在溶液浇铸过程中加入脱水剂诱导高温脱水反应, 在共混体系内构建了交联结构. 结果表明, 由于SPEEK与SPFAES之间良好的相容性、 分散性和聚合物链的重排及交联作用, CMB膜在干态下均表现出出色的力学强度, 且物化稳定性得到大幅提升. 在低离子交换容量(1.21~1.51 mmol/g)条件下, CMB膜的质子电导率达到122~219 mS/cm(80 ℃), 在氢氧单电池中, CMB4膜的最大功率密度达到530.5 mW/cm²(80 ℃).     

Sulfonated Poly(ether ether ketone) and Poly(ethylene glycol) Diacrylate Based Semi-Interpenetrating Network Membranes for Fuel Cells

Polymer electrolyte membranes are prepared from novel semi-interpenetrating polymer network material where the sulfonated poly (ether ether ketone) (SPEEK) is the linear polymer and the poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) is the cross-linking constituent. The semi-IPN is prepared by in situ polymerization of PEGDA in the presence of sulfonated poly (ether ether ketone). SPEEK is prepared by direct sulfonation of commercial PEEK (Gatone? 1100) by reported procedures. SPEEK with degree of sulfonation 63% (calculated from FT-NMR) is selected as the base membrane and different semi-IPN membranes were prepared by varying the PEGDA and SPEEK ratio. The degree of sulfonation of SPEEK and the formation of semi-IPN were confirmed by spectroscopy studies. The various semi-IPN membranes were characterized for ion-exchange capacity, water uptake, hydrolytic stability, proton conductivity and thermal stability for evaluating the suitability of these membranes for fuel cells. The proton conductivity of the membranes decreased with increasing PEGDA content. The Semi-IPN membranes exhibited conductivities (30°C) from 0.018 S/cm to 0.006 S/cm. These interpenetrating network membranes showed higher hydrolytic stability than the pure SPEEK membrane. This study shows that semi-IPN membranes based on PEGDA and SPEEK can be viable candidates for electrolyte membranes.