仿生多孔 MgO-TiO2合成及其光催化 CO2还原性能

研究表明, MgO能够活化吸附在其表面的 CO2分子,促进 HCO3–的生成,而在 H原子存在的条件下, HCO3–为 CO2光催化还原为碳氢化合物和 CO的活性中间体. CO2为对称的直线型分子,在化学反应中表现出极高的稳定性,成为阻碍人工光合作用发展的重要因素.在设计新型光催化剂时,复合 MgO可能会有效提高催化剂的活性.绿色植物的叶片结构或茎中存在大量尺寸不一的多孔结构,以利于植物生命活动(包括光合作用和呼吸作用)过程中气体的有效扩散和水分、营养物质的运输. TiO2因其良好的化学稳定性、无毒且成本低廉,在人工光合成领域得到广泛的研究.因此,本文以空心菜杆为模板, TiO2为主体催化剂,应用溶胶-凝胶法,通过调节 MgO的含量合成了一系列仿生多孔结构的 MgO-TiO2复合物.
　　样品的 X射线衍射、X射线光电子能谱和高分辨透射镜表征结果证明,生物模板空心菜杆在550oC下煅烧5 h之后可被完全移除,且 MgNO3分解为 MgO,生成 TiO2-MgO复合物.从扫描电镜中可观察到,以空心菜杆为模板合成的 MgO-TiO2,模板的空心管状结构得以保持,在长度和宽度上有一定程度的皱缩.横截面和纵截面图说明样品很好地复制了空心菜杆的导管和筛管组成的多孔结构.同时N2吸附-脱附结果表明,样品中存在3–5 nm的介孔结构.同时我们发现,由于 MgO的加入,0.05% MgO-TiO2复合物的比表面积比 TiO2减少了18%,之后随着 MgO含量的增加, MgO-TiO2复合物的比表面积呈下降趋势.标准状况下,测试了样品对 CO2的吸附量.结果表明,随 MgO含量的升高,吸附量先增加后减小,且 MgO-TiO2复合物的吸附量为 TiO2的1.3–1.8倍.结合样品比表面积及原位红外光谱测试结果,说明样品的 CO2吸附量受 MgO的含量与样品的比表面积双重因素的影响. CO2吸附包括物理吸附和化学吸附,而且对于同种样品,吸附量与样品比表面积正相关.当 MgO-TiO2复合物的比表面积随着 MgO含量的增加而减小时, CO2吸附量却先增加后减小,表明 MgO的加入极大地促进了 CO2的化学吸附.以 MgO-TiO2复合物作为光催化剂将 CO2和 H2O还原为 CH4. CH4的总产量随着光照时间的增加而增加,10 h后的总产量随着 MgO含量的升高先增加后减少,与样品的 CO2吸附量的变化趋势相似但不完全相同.与 TiO2(6.5μmol/g)相比, MgO-TiO2复合物样品催化作用下的 CH4的最终产量均增大,活性最好的0.2% MgO-TiO2(18.7μmol/g)的产量达到了它的2.88倍,说明 MgO对 CO2具有活化作用,且活化后的 CO2更容易生成 CH4.综合结果表明, CO2在催化剂表面的吸附量、电子的表面迁移、反应活性位点等因素共同决定了催化剂的光催化活性.     

附加试剂及反应介质对TPPFeCl催化环己烷仿生氧化反应性能的影响

研究了某些附加试剂及反应介质对四苯基卟吩合铁(Ⅲ)[TPPFeCl或(TPPFe)₂O]模拟细胞色素P-450催化PhIO羟化环己烷反应的影响。发现适量的异丙醇、吡啶及NaOH能促进反应,加入盐酸及增大介质的极性对反应不利。证明了副产物环己酮主要是由PhIO直接氧化主产物环己醇生成的,TPPFeCl的存在不利于酮的生成,醇的存在能延长催化剂的寿命。     

味觉化合物的构象与活性的关系

味觉化合物的构象与活性的关系许禄,姚喻元（中国科学院长春应用化学研究所应用谱学开放实验室,长春,１３００２２）关键词味觉化合物,分子力学,构象分析分子结构和味觉的相关性是一个非常活跃的研究领域,许多人从不同的侧面进行这方面的研究,并总结出一定的规律［...     

12-十八烷基-1, 4, 7, 10-四氮杂环十三烷-11, 13-二酮液膜传输Cu^2+ 的动力学研究

合成了新的大环配体12-十八烷基-1, 4, 7, 10-四氮杂环十三烷-11, 13-二酮(odt), 研究了odt的液膜传输Cu^2+的动力学。结果表明传输过程为串联一级反应,k~1=8.1×10^3h^-1, K~2=5.5×10^-2h^-1。载体odt与Cu^2+生成配合物的反应速率比配合物离解反应速率小, 前者为速率控制步骤。传输过程无阴离子参加, 但受溶液酸度控制, 根据酸度的不同, 可将Cu^2+选择性地由低浓度向高浓度传输, 这与细胞对金属离子的主动传输类似。     

自然复合材料的强韧化机理和仿生复合材料的研究

本文评述了一个新的研究方向─—自然复合材料强韧化的细观机理及其仿生复合材料的研究。着重考察了木、人骨、贝壳珍珠层、昆虫外骨骼及翅等自然复合材料的研究现状,基于这些研究,部分仿生材料已被设计和制造出来并达到商用程度．复合材料在细观层次的仿生,是将对复合材料及其结构设计产生潜在冲击的重要发展方向．      

咪唑环番仿生新体系研究进展

仿生化学是当今化学的挑战性领域之一。咪唑环番是构筑仿生体系的优良基体,但迄今研究工作极少。本文简要评述了咪唑的选择性反应和咪唑衍生物的选择性合成、新型咪唑环番和咪唑鎓环番的设计合成及仿生功能研究的一些新进展。     

具有触觉感知功能的有机晶体管研究进展

触觉感知电子学将以电荷传输为主的有机光电器件与以离子信号为主的生物体桥接起来,被认为是新一代人工智能系统构建的重要研究领域.有机晶体管通过电场诱导或电化学离子掺杂调控半导体的导电能力,显示出独特的光电特性.基于其本征柔性、可溶液加工性和生物相容性等特点,有机晶体管被认为是发展柔性智能感知器件的良好载体.过去10年,随着功能材料设计合成和器件结构开发,基于有机晶体管的生物物理信号传感和突触感知研究受到广泛关注并取得快速发展.本文从具有物理信号转化、信号传递与处理功能的有机晶体管器件结构设计、工作原理和制备技术等方面,概述了触觉感知功能的有机晶体管研究进展,重点介绍了温度/压力感知功能有机晶体管的发展与应用现状,最后总结了新一代触觉感知有机晶体管的研究策略并展望了面临的挑战与机遇.     

基于生物力学螺旋结构教具研制和实验课堂设计

对于复合材料微结构设计,笔者注意到在利用两相或多相普通材料来制备高性能复合材料方面,大自然给出了非常好的范例.笔者开设了复合材料力学设计课程,旨在培养学生们对这一新型仿生设计有更多理解.因此,本文提出了一种预浸料自动铺设仿龙虾钳表皮螺旋微结构设计平台,使同学们在课堂上实现精确的预浸料铺设角度的控制,为仿照生物组织中螺旋...     

仿鸡脖子刚柔耦合结构的仿生机理及大变形建模

观察表明,禽类颈部普遍具有刚柔耦合的特点,在运动过程中,可以辅助身体运动,使得头部产生大变形.在机器人、航空航天等领域普遍需要具有大变形、变刚度等特征的结构实现相关功能.受禽类脖子结构的启发,提出了一种仿鸡脖子刚柔耦合结构,阐明仿鸡脖子的仿生机理并建立大变形模型.首先,从鸡颈部的生物解剖出发,发现仿鸡脖子结构势必具有多自由度刚柔耦合的特征,因此,根据鸡脖子骨骼的构型构造出单节仿生标准单元,根据肌肉的连接方式厘清节间弹性连接,建立起仿鸡脖子刚柔耦合结构的力学模型;然后,通过定义连接矩阵描述节间弹性元件的分布和作用,由此得到任意运动下的标准单元的力平衡方程;最后,选取了几种具有代表性的工况,通过有限元分析验证理论建模方法的准确性并展示结构的非线性变刚度特征;在4种典型平面弯曲工况下得到不同变形与发力肌肉群的对应关系.文章提出的仿鸡脖子刚柔耦合结构建模具有仿生机理清晰、适合大变形计算及结构具有非线性刚度特征等特点,也解释了禽类颈部变形机理.     

漫话动物运动对仿生力学的启示

由动物的运动,提出对仿生力学的一些启示．