聚4-乙烯基吡啶原位修饰PVDF膜及其负载磷钨杂多酸催化剂的研究

以聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)微滤膜为基膜,4-乙烯基吡啶(4-vinylpyridine,4VP)为功能单体,采用表面引发电子活化再生原子转移自由基聚合(SI-AGET ATRP)法在基膜表面原位改性,并通过接枝聚合物侧链上的吡啶基团与Keggin型磷钨杂多酸(H3PW12O40·n H2O,HPW)之间的静电作用,制备了新型混合催化膜.实验结果表明,接枝聚合过程表现出"活性"/可控表面引发接枝聚合性质,基膜表面接枝聚合物量随聚合反应时间呈现线性增加,当反应时间为16 h,聚合物接枝量达到2.25 mg/cm2,聚合物接枝量的增多致使其相互堆积并坍塌,造成膜表面出现块状聚集体.然后,利用溴代十六烷对接枝聚合物进行季铵化改性,制得表面含有吡啶鎓盐的阳离子复合膜,通过接枝聚合物侧基中的吡啶和吡啶鎓盐基团与磷钨杂多酸之间的静电作用促使其在改性膜表面上有效负载.负载后的磷钨杂多酸均匀的分布在膜表面及孔道中,并保持其化学结构.负载催化剂前后膜的接触角从80.4°减小到57.8°,体现了亲水性催化剂的负载对膜表面润湿性的显著影响.     

表面接枝聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯的pH响应型纤维素纸基材料

使用电子转移再生引发剂原子转移自由基聚合(ARGET ATRP)在滤纸表面接枝聚甲基丙烯酸二甲胺乙酯(PDMAEMA),成功制备了具有p H响应性能的新型纤维素纸基材料.分别在苯甲醚和甲醇中进行该接枝聚合反应,发现在甲醇中接枝效率更高.通过游离引发剂生成的均聚物研究了滤纸表面聚合物侧链的分子量及分子量分布.均聚物的GPC曲线表明聚合物分子量随反应时间增加而增加,分子量分布为1.4~1.6.通过FTIR、SEM及接枝率的测量对改性滤纸进行表征,结果表明PDMAEMA在滤纸表面的接枝聚合具有可控性,通过控制反应时间可控制聚合物在滤纸表面的接枝量.在不同p H条件下对改性滤纸进行静态水接触角的测量,发现其疏水性随p H升高而增大,体现出该纸基材料的p H响应特性.     

芴酮引发光接枝改性LDPE膜的研究

采用紫外光引发接枝表面改性的方法,以芴酮(FL)为引发剂,在低密度聚乙烯(LDPE)薄膜表面上接枝丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酸甲酯(MA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酰胺(AM)等单体,以赋予薄膜表面新的化学性质.考察了引发剂浓度、紫外光的辐照时间、辐照强度、单体种类对LDPE薄膜接枝程度的影响.结果表明,在一定范围内,增加芴酮浓度,可以提高单体的接枝率,但当芴酮浓度达到5%时,接枝率反而下降.延长辐照时间至4 min和提高紫外光的辐照强度达100 W/m2,均有利于接枝反应的进行.不同单体在LDPE膜上的接枝能力与单体的活性、单体与基材的相容性等因素有关.接枝后,LDPE与水的接触角下降程度不仅与单体在膜上的接枝量有关,还与接枝单体的亲水性能密切相关.     

基于聚乙二醇和不同多肽构建的生物涂层及其内皮细胞选择性研究

利用自由基聚合反应将甲基丙烯酸聚乙二醇酯(PEGMA)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)的二元共聚物接枝在基材表面,并通过开环反应分别固定精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)、精氨酸-谷氨酸-天冬氨酸-缬氨酸(REDV)和酪氨酸-异亮氨酸-甘氨酸-丝氨酸-精氨酸(YIGSR)3种可特异性黏附内皮细胞的多肽.通过核磁共振检测合成的聚合物分子结构,并进一步通过X射线光电子能谱(XPS))以及原子力显微镜(AFM)的测试结果证明聚合物成功接枝在基材表面.利用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)对表面固定的3种多肽进行了定量表征.体外内皮细胞和平滑肌细胞黏附结果表明,3种不同多肽修饰的共聚物表面均能够有效阻抗平滑肌细胞的黏附,同时不同程度地促进内皮细胞的黏附,从而实现了基材表面内皮细胞的选择性黏附.其中与RGD和YIGSR多肽修饰的表面相比,REDV多肽修饰的表面呈现出更优异的内皮细胞选择性.这种具有内皮细胞特异选择性的界面在心血管支架涂层原位内皮化方面具有良好的应用前景.     

低温等离子体改性聚合物膜的原理

本文对等离子体的产生和性质进行了介绍,并分类按CASING(Crosslinked Actived by Species of Inert Gases)技术,反应型等离子体和聚合型等离子体对等离子体改性聚合物的自由基反应机理进行了较为详细的论述,同时还讨论了等离子体作用导致的表面物理变化。     

接枝改性碳酸钙及其在聚合物中的应用研究

介绍了近年来碳酸钙表面接枝改性的研究进展,讨论了自由基接枝聚合、辐照接枝聚合和力化学表面接枝聚合及偶联剂预处理与辐照并用接枝聚合改性方法。其中重点讨论了最新研究的偶联剂预处理与辐照并用接枝改性纳米碳酸钙的方法。用此方法制备的聚合物/纳米碳酸钙纳米复合材料在其他力学性能基本不变的情况下,大幅度提高了其缺口冲击强度和断裂伸长率。指出了碳酸钙表面接枝改性应向着提高接枝单体量和采用弹性体单体方面发展。     

聚乙烯基吡咯烷酮修饰多壁碳纳米管的研究

采用超声波辅助技术,研究了两亲性聚合物聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)修饰多壁碳纳米管(MWNTs)的效果、作用机理及影响因素.研究结果表明在适合的条件下两亲性聚合物PVP可以被引入到多壁碳纳米管表面,修饰后的MWNTs在DMF、乙醇和水等溶剂中具有良好的分散性.通过红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)分析表明,两亲性聚合物与MWNTs之间产生了化学接枝作用,高分辨透射电镜分析表明两亲性聚合物不均匀地存在于MWNTs的表面和端部.两亲性聚合物的浓度对接枝量的影响不大,但超声波作用时间对MWNTs表面两亲性聚合物PVP的接枝量有较大的影响,在超声时间为4h时接枝量最大.两亲性聚合物修饰效果不同于表面活性剂,采用表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)修饰的MWNTs经过洗涤过滤后,不能重新溶于水中,而两亲性聚合物PVP修饰的MWNTs可以重新溶解.     

玻璃表面铜-胺氧化还原引发自由基接枝聚合

将3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)固定于玻璃片表面,利用铜-胺氧化还原反应在水溶液中引发缺电子乙烯基单体,如N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAAm)进行自由基接枝聚合.通过衰减全反射红外分析(ATR-FTIR)、接触角、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)等方法进行表征,证明玻璃表面已接枝上功能性聚合物链,且不会产生游离均聚物.当原料配比为m(CuSO4):m(DMAAm):m(H2O) ＝5:1000:1000,反应温度为80℃,反应时间为4h时,所得样品GlassKH-550-g-PDMAAm的接枝率与单位面积接枝量分别达到了0.342％和0.47 mg/cm2.接枝后玻璃表面化学组成和形貌都发生了显著变化.本方法操作简单、效果明显,具有一定普适性.     

两步辐射接枝法制备抗熔滴涤纶织物

以涤纶(PET)为基材,利用两步γ辐射接枝法在PET织物表面依次引发甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)/二乙烯苯(DVB)和乙烯基磷酸二甲酯(DMVP)接枝共聚,制备了新型抗熔滴PET织物.接枝率随吸收剂量和单体浓度的增加而增加,随剂量率增加而下降.傅里叶红外(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和热重分析(TGA)的分析结果表明在PET织物上成功引入目标接枝聚合物.相比PET织物,辐射改性PET织物的拉伸强度以及断裂伸长率均有所提高.通过引入交联网状结构以及促进成炭的含磷接枝聚合物,PET织物的抗熔滴特性得到了明显改善,燃烧过程中平均产生一滴熔滴的时间:PET为3.0 s/n,PET接枝PGMA/DVB后延长为17.0 s/n,而进一步接枝PDMVP后在整个燃烧过程中均不产生熔滴.这种新型的方法有望用于PET织物防护服抗熔滴性能的改善.     

木材表面改性的XPS分析

利用微波等离子体对木材表面进行处理，并诱导引发接枝甲基丙烯酸甲酯；达到表面改性的效果以提高木质材料的性能，利用X射线光电子能谱(XPS)对木材表面改性前后的表面化学结构进行分析；结果表明：木材经微波等离子体处理，表面氧与碳的原子浓度比(no／nc)增加，产生大量的含氧官能团或过氧化物，从而引发木材与甲基丙烯甲酯单体产生接枝共聚反应。     

Understanding of surface tension?

The importance of the molar dimensions for surface properties of not too large molecules is stressed. The understanding of surface properties of pure liquids is described in molar units with a simple model of normal liquids. The increasing knowledge makes it necessary to use idealized models. A hypothesis is given for the temperature constancy of the surface energy of small molecules without H-bonds, and a model is developed for the free energy σ_m and its temperature dependency. This seldom example of the direct measurement of the isothermic work or the free energy could help to illustrate the difference between energy and free energy. Received: 24 July 2000 Accepted: 26 October 2000     

基于表面金属有机化学方法的硅胶表面氧化钛的制备及表征

以普通硅胶为载体, 采用表面金属有机化学合成技术, 通过“一锅”反应制备了硅胶表面金属有机钛化合物, 然后经高温煅烧获得了硅胶表面氧化钛. 采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 X射线光电子能谱(XPS)、 热重分析(TG-DTA)及原子力显微镜(AFM)对硅胶表面金属有机钛化合物和表面氧化钛进行了结构表征. 结果表明, 高温煅烧过程中, 硅胶表面金属有机钛化合物不仅脱除了有机配体, 并且通氧使其表面“再生”羟基, 确保了钛的四配位形式不变; 氧化钛通过Si—O—Ti键锚定在硅胶表面, 呈分散、 孤立状态分布. 高温煅烧后, 硅胶的骨架结构保持完好.     

Surface crystallization and phase transitions of the adsorbed film of F(CF<Subscript>2</Subscript>)<Subscript>12</Subscript>(CH<Subscript>2</Subscript>)<Subscript>16</Subscript>H at the surface of liquid tetradecane

The interaction between a long chain alkane, tetradecane (abbreviated H₁₄), molecule and a semi-fluorinated alkane, 1-perfluorododecyl-hexadecane F(CF₂)₁₂(CH₂)₁₆H (abbreviated F₁₂H₁₆), molecule at the air/ H₁₄ solution interface was studied by measuring the surface tension of the H₁₄ solutions of F₁₂H₁₆ as a function of temperature and bulk concentration under atmospheric pressure. Pure liquid H₁₄ freezes without forming a condensed film at its surface. Nevertheless, a very small amount of F₁₂H₁₆ initiates the surface freezing of H₁₄. In contrast to the F₁₂H₁₆-hexadecane (abbreviated H₁₆) system, the condensed monolayer of H₁₄ has a finite solubility of F₁₂H₁₆ in the F₁₂H₁₆-H₁₄ system. By further increasing the bulk concentration of F₁₂H_16, the F₁₂ chains of the F₁₂H₁₆ molecules form the other closely packed condensed state. Hence, as in the case of the H₁₆ system, the H₁₄ system also exhibits a surface hetero-azeotrope behavior in the lower temperature region. Below the surface hetero-azeotropic point, the condensed H₁₄ monolayer containing a small amount of F₁₂H₁₆ is completely replaced by the condensed monolayer of F₁₂H₁₆. At 2 °C, for example, a surface of H₁₄ solution of F₁₂H₁₆ covered with a gaseous film of F₁₂H₁₆ is replaced by a condensed H₁₄ monolayer containing an almost gaseous state of F₁₂H₁₆, and is then completely replaced by the condensed monolayer of F₁₂H₁₆ with increasing bulk concentration. Above the temperature of the triple point for the F₁₂H₁₆ monolayer, the F₁₂H₁₆-H₁₄ system exhibits a gaseous, expanded, and condensed state.     

Surface thermodynamics of binary mixtures of ethylene glycol + cyclohexanol or cyclopentanol

Surface tension data of binary mixtures of ethylene glycol + cyclohexanol and ethylene glycol + cyclopentanol was measured over the entire concentration range at various temperatures. The experimental values were correlated with temperature and with mole fraction. The values of the surface entropy, surface enthalpy and excess surface tension for these mixtures were also calculated.     

Degradation patterns and surface wettability of electrospun fibrous mats

Degradation profiles and surface wettability are critical for optimal application of electrospun fibrous mats as drug carriers, tissue growth scaffolds and wound dressing materials. The effect of surface morphologies and chemical groups on surface wettability, and the resulting matrix degradation profiles were firstly assessed for electrospun poly(d,l-lactide) (PDLLA) and poly(d,l-lactide)-poly(ethylene glycol) (PELA) fibers. The air entrapment between the fiber interfaces clarified the effects of various surface morphologies on the surface wettability. Chemical groups with lower binding energy were enriched on the fiber surface due to the high voltage of the electrospinning process, and a surface erosion pattern was detected in the degradation of electrospun PDLLA fibers, which was quite different from the bulk degradation pattern for other forms of PDLLA. Contributed by the hydrophilic poly(ethylene glycol) segments, the degradation of electrospun PELA fibers with hydrophobic surface followed a pattern different from surface erosion and typical bulk degradation.     

The surface energy of kaolinite

The surface energy of kaolinite was determined from the water adsorption isotherm, the water/kaolinite contact angle, and the surface tension of water, using a formula obtained by combining the Young equation with the general equation of pair interaction. This formula could be represented by a polynomial function whose roots gave one real value of 252.57±2.75 mJ m^–2 for the surface energy of kaolinite. An important feature of the procedure for obtaining this energy is the use of the Young equation to determine the range in which the value of the surface energy lies.     

二氧化钛纳米材料的非均相光催化本质及表面改性

非均相光催化过程是指多相多尺度体系在光辐射作用下发生的一个复杂的催化过程,被认为最有潜力解决环境污染和能源短缺问题的绿色及可再生的技术之一。在目前已经报道的各种非均相光催化剂中, TiO2纳米材料被证实是应用最广泛、光催化效果最好的催化剂,是当前国际材料、环境和能源等领域的研究前沿和热点,高性能TiO2基光催化材料的设计及改性一直是该领域的难点,其关键问题主要为：如何增强TiO2的表面光催化量子效率、促进光生载流子分离和拓展其可见光响应范围。尽管已经有很多关于TiO2光催化的综述,但大多综述集中在高性能TiO2的制备及各种改性策略研究,而对各种改性策略与光催化分子机理之间的关系阐述较少。为此,本文深入分析了TiO2纳米材料的非均相光催化本质并总结了各种表面改性策略。首先从热力学角度阐明TiO2的热力学能带能够确保其实现各种典型光催化反应(包括光催化降解、CO2还原及光解水),证实其广泛应用的可行性。然后,对TiO2光生载流子的动力学基础进行总结,证实快速的广生载流子复合以及较慢的表面化学反应动力学是限制其光催化活性提高的关键制约性因素。于此同时,对TiO2纳米材料的表面Zeta点位、超亲水性、超强酸光催化剂制备(表面羟基取代)等重要的表面化学性质也进行了详细阐述。从而可以初步得出如下结论：表面改性是设计高性能TiO2光催化材料的重中之重,并将各种改性策略浓缩在6个方面：表面掺杂和敏化,构建表面异质结,负载纳米助催化剂,增加可利用的比表面剂,利用表面氟效应以及暴露高活性晶面等。显然,表面掺杂和敏化可以减小TiO2纳米材料的禁带宽度,从而大幅拓宽其可见光吸收范围及光催化效率。而构建紧密的表面异质结可以创建界面电场,不仅可以促进光生电荷分离效率,而且可以有效提高界面电荷转移效率,最终实现异质结的高光催化效率。负载纳米助催化剂则可以大幅加快表面化学反速率,降低光生载流子的表面复合并增加其利用率,并有可能减少不期望的表面逆反应,从而实现光催化活性提升。增加可利用的比表面剂,可以有效提升光催化剂与吸附质之间的有效接触面积,缩短了载流子的传输距离以及通过多次反射与折射提升光能的利用率,从而全方位地提升TiO2纳米材料的光催化活性。对TiO2纳米材料表面进行氟化,可以增加光生羟基自由基的速率以及浓度,并可以通过调节TiO2表面酸碱性而控制其光催化选择性,从而实现高效高选择性光催化。最后,通过暴露TiO2纳米材料的高活性晶面,也可以促进光生载流子分离、增加吸附性能或羟基自由基生成速率,从而获得高光催化效率。另外,这些表面改性策略的协同效应仍是较有前景的TiO2纳米光催化剂改性技术,值得深入研究。同时,深入的光催化分子机理探索仍然是必须的,其不仅有助于发现影响TiO2纳米材料光催化活性提高的关键性制约因素,而且也可以指导开发新型的TiO2纳米光催化剂改性技术。总而言之,通过总结TiO2纳米材料在光催化、表面化学及表面改性等方面的重要进展,可为设计高效的TiO2基及非TiO2基光催化剂并应用于太阳燃料生产、环境修复、有机合成及相关的领域(如太阳能电池、热催、分离和纯化)等提供新的思路。     

Potential-induced structural deformation at electrode surfaces

The atomic structure on the metal side of the electrochemical interface depends on the applied electric potential and the nature of the adsorbing species in the electrolyte solution. In this short article, we review some recent results probing surface stress and surface relaxation effects in single-crystal metal electrodes that are driven by potential changes. Both the potential and the structure in the electrolyte layers at the interface alter the metal electronic structure so that the surface in the electrochemical environment is strongly modified from the ultra-high vacuum counterpart. A methodology for linking experimental and theoretical approaches for a fundamental understanding of electrochemical reactions is proposed.     

To the problem of first order phase transition at the fluid–fluid interface

The thermodynamic analysis is developed to describe both the surface freezing and the surface melting in various systems. The key physico-chemical parameters determining the shift of the freezing temperature in boundary phases in comparison to the temperature of corresponding bulk phase transition are discussed.