有机场效应晶体管应用于化学及生物传感的研究进展

有机场效应晶体管(OFETs)是以有机半导体材料作为有源层的晶体管器件。和传统的无机半导体器件相比,由于其具有成本低、易加工、柔性好和生物相容性而被人们广泛研究,在多种化学和生物传感器领域具有潜在而广泛的应用前景。本文简单介绍了OFETs的结构和工作原理,总结了近几年来OFETs在化学及生物传感方面的研究进展,最后对OFETs的发展方向做了归纳和展望。     

载体表面酸碱性质对无碱水溶液中Au催化的甘油氧化反应产物选择性的调控作用

甘油(GL)是一种重要的生物平台分子,通过催化选择氧化反应将其转化为具有高附加值化学品是可持续发展化学化工的重要课题之一.以Au为催化剂的GL水相选择氧化反应可以生成甘油酸(GLA)、二羟基丙酮(DHA)、羟基丙二酸(TTA)、羟基乙酸(GCA)和乳酸(LA)等多种产物.通常,该反应需要碱(NaOH)存在时才能进行,产物往往以GLA为主(选择性40%-70%),副产物主要有GCA, TTA和草酸(OA).一般认为,可溶性碱(OH-)是通过夺取GL分子中羟基上的质子而诱发反应的.尽管在Au催化的反应体系中从未检测到有甘油醛(GLD)生成, GLD和/或DHA被认为是该反应的中间物种.本课题组前期工作表明,氧化物(TiO2, Al2O3, ZrO2, CuO等)负载的纳米Au催化剂能够在无碱(无外加OH-)水溶液中选择性催化GL氧化生成DHA(而不是GLA).因此, OH-的存在与否很可能会改变水溶液中Au催化剂上GL氧化反应的途径.本文试图回答当GL的水溶液中不存在NaOH时, Au催化剂载体的表面酸碱性质是否也会对GL氧化反应的选择性产生调控作用.我们选用Mg/Al比(x)不同的MgO-Al2O3样品为Au催化剂的载体,以尿素为沉淀剂,采用沉积沉淀法制备了相应的Au/MgO-Al2O3(x)催化剂样品.采用X射线衍射、电感耦合等离子体-原子发射光谱仪、透射电镜以及N2吸附-脱附等温线等对MgO-Al2O3(x)和/或Au/MgO-Al2O3样品的物相、元素组成、Au颗粒大小以及比表面积等进行了表征分析;采用NH3和CO2程序升温脱附(TPD)分别对MgO-Al2O3(x)载体表面的酸、碱性进行了测定. NH3-TPD和CO2-TPD结果表明,随着Mg/Al比x从0增加至4.8, MgO-Al2O3(x)的表面酸量从0.94降到0.20μmol/m2,而其表面碱量却从0.05剧增至0.80μmol/m2.因此,载体中MgO含量越多或Mg/Al比越大,其酸性越弱而碱性越强.在无碱水溶液中的催化反应结果表明, Au/MgO-Al2O3(x)上GL氧化反应的主要产物为DHA, GLA以及GCA等.随着x值(催化剂表面碱性)不断增大,产物DHA的选择性从约80%下降到10%左右,而GLA的选择性却从约4%增加至约50%.当载体为酸性最强的Al2O3(x =0)时,产物DHA的选择性为最高(80%).由此可见,载体表面的酸碱性质决定了无碱水溶液中Au催化剂上的GL氧化产物的分布. 此外,当保持Au粒子的尺寸基本不变(如3.1或6.6 nm左右),而改变载体的酸碱性质时, Au/MgO-Al2O3催化GL氧化反应的活性(TOF)可相差8-9倍.本文还通过改变Au/MgO-Al2O3样品焙烧温度,制备了表面酸碱性质相同而颗粒大小不同的三个Au/MgO-Al2O3(0.2)催化剂,考察了Au粒径对GL氧化反应选择性的影响.在这三个催化剂上, Au颗粒的平均尺寸分别为2.8,3.2和6.6 nm, GL氧化反应的产物选择性近乎相同(DHA和GLA的选择性分别为65%和15%左右),但平均尺寸为6.6 nm Au粒子的催化活性(TOF)是3.2 nm Au粒子的1.6倍,2.8 nm Au粒子的2.7倍.因此,本文建立了载体表面酸碱性质与无碱水溶液中GL氧化产物选择性之间的关系,通过改变载体表面酸碱性质实现了对无碱水溶液中Au催化剂上GL氧化反应选择性的调控.尽管载体酸碱性质和Au粒子尺寸都对Au/MgO-Al2O3催化剂的本征活性有重要影响,但载体酸碱性质的影响更显著.     

利用基于Gouy-Chapman模型的离子有效电荷定量表征离子特异性效应

离子特异性效应在固-液界面反应中是普遍存在的. 近期研究指出, 在较低电解质浓度的某些体系中, 离子特异性效应可能并非来源于色散力、经典诱导力、离子半径或水合半径的大小等, 而是界面附近强电场中的离子极化作用. 这种作用可使界面附近的吸附态反号离子被强烈极化(高达经典极化的10⁴倍). 强烈极化的结果将导致离子在界面附近受到的库仑力远远超过离子电荷所能产生的库仑力, 这体现在离子的有效电荷将远大于离子的实际电荷. 因此胶体体系中基于这种强极化的离子有效电荷可以用来定量表征离子特异性效应的强度. 本研究在蒙脱石-胡敏酸混合悬液凝聚过程中发现了Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Cu²⁺四种离子的离子特异性效应, 提出了基于激光散射技术测定离子有效电荷的方法, 并成功获得了被强烈极化后的离子有效电荷数值. 实验测得的Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Cu²⁺四种离子的有效电荷值分别为: Z_{Na(effective)}=1.46, Z_K(effective)=1.86, Z_{Ca(effective)}=3.92, Z_{Cu(effective)}=6.48.该结果表明: (1) 离子在强电场中的极化将大大提高离子的有效电荷, 从而极大地增强离子所受的库仑作用力;(2) 离子的电子层数越多, 离子极化越强烈, 离子的有效电荷增加越多.     

气体节流膨胀过程的热力学分析

探讨气体节流膨胀过程中的熵(S)的变化,指出任何气体的节流膨胀都是熵增过程,并且是不可逆的。在此基础上,讨论和总结了节流膨胀过程的全部热力学特征。     

氮硫共掺杂TiO_2的光电荷分离效应及其光催化性能研究

以硫脲为掺杂剂,采用溶胶-凝胶法制备了氮硫共掺杂TiO2(N,S-TiO2)。用比表面孔隙仪(BET)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)和X射线光电子能谱(XPS)对制备的光催化剂进行了表征,用表面光电压仪(SPS)和捕获剂研究了光催化剂的光生电荷分离效应。以甲基橙为模拟污染物,在模拟自然光照射下考察了样品的光催化性能。结果表明:硫脲/Ti的摩尔比为30%所制备氮硫共掺杂TiO2具有较高的光催化活性,光催化活性是纯TiO2的5倍。氮硫共掺杂使TiO2具有更高的比表面和光生电荷分离效应,从而有利于提高光催化活性。     

液相色谱-串联质谱法同时检测乙醛-DNA加合物

本文建立了一种同时检测DNA样品中Ethylidene-dG和Propano-dG含量的液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)方法,方法的精密度较好(RSD6%),检出限分别为0.010ng/mL和0.005ng/mL,回收率在97.2%~101.6%之间。同时,以体外小牛胸腺DNA为模型,选取不同乙醛暴露剂量(0、0.001、0.01、0.05、0.1、0.5和1.0mmol/L)和不同的暴露时间(0、2、4、10、12、20和24h),结果显示在体外Propano-dG加合物的生成需有氨基酸作为催化剂,且小牛胸腺DNA中乙醛-DNA加合物的含量随着染毒剂量和染毒时间的增加而升高,存在剂量-效应和时间-效应关系。     

具有高灵敏性且稳定可重复的正温度系数效应的PVDF/CF导电复合材料

以碳纤维(CF)为填料,聚偏氟乙烯(PVDF)为基体,通过熔融共混法制备PVDF/CF导电复合材料.所得复合材料具有显著的正温度系数(PTC)效应,温度上升到聚合物熔点附近时,电阻率对温度变化敏感.在转折温度区间(155.5~171.0oC,(35)(28)15.5oC)内,其体积电阻率的增加速率约为1.3×105?cm K-1.在不同CF含量下,复合材料表现出不同的PTC行为.随着CF含量的增加,其峰值电阻略有下降.高导电粒子含量下,无负温度系数(NTC)效应.在冷却循环过程,导电网络的重构性良好.复合材料即使经过多次热循环,依然表现出良好的PTC特性重现性.     

含氟高分子基因载体

阳离子高分子被广泛应用为非病毒类基因载体,但这类高分子材料的转染效率与细胞毒性之间通常存在"恶性"关联,即获得高转染效率时往往会伴随严重的细胞毒性.如何制备兼具高效、低毒特点的高分子载体是成功实施基因治疗的关键.含氟高分子是一类具有独特理化性质的高分子,能够在低电荷密度条件下与核酸形成稳定的复合物,从而实现高效、低毒的基因转染.含氟功能基团可帮助阳离子高分子改善复合物稳定性、细胞内吞、内涵体逃逸、胞内核酸释放等多个环节,从而赋予了含氟高分子在基因递送过程中的氟效应.该专论系统地总结了含氟高分子基因载体的研究,介绍了含氟高分子的基因递送性能、作用机理以及在基因治疗、基因编辑中的应用,并对含氟高分子载体的未来发展进行了展望.     

甲基肼自由基在高温燃烧分解反应下的非谐振效应

In this work, the harmonic and anharmonic rate constants of the decomposition reaction of monomethylhydrazine (MMH) radicals have been calculated by using transition state (TS) and Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus (RRKM) theories with either MP2 or B3LYP method at 6-311++G (3df, 2p) basis set, respectively. The reaction mechanism and anharmonic effect of the MMH radicals are studied in detail and both of the harmonic and anharmonic rate constants increase sharply with increasing temperature in the canonical system. In the microcanonical system, these constants also show sharp increase with the energies. Overall, the anharmonic effect becomes more pronounced with the increasing temperature or energy in the canonical and microcanonical systems, respectively. These results indicate that the anharmonic effect of the decomposition reaction of MMH radicals is quite significant and cannot be ignored.     

基于氟代异靛蓝并[7,6-g]异靛蓝的共轭聚合物的合成及其半导体性质

采用Stille缩聚,合成了3个异靛蓝并[7,6-g]异靛蓝(DIID)和乙烯单元交替排列的共轭聚合物P0F、P2F和P4F,三者在DIID单元中分别含0、2和4个氟原子(F).3个聚合物均具有良好的平面性,前线分子轨道几乎在整个共轭骨架上离域.它们均具有宽的吸收光谱,吸收范围在400~1000 nm,光学带隙约为1.25 eV;随着氟原子数目的增加,聚合物的最高占有分子轨道(HOMO)和最低空分子轨道(LUMO)能级依次下降0.1~0.2 eV.以这3个聚合物作为活性层,制备了顶栅-底接触型有机场效应晶体管器件,随着氟原子数目的增加,聚合物的传输性质由双极传输变为n型传输.P0F和P2F是双极传输型聚合物,空穴迁移率(μ_h)分别达到0.11和0.30 cm~2 V~(-1) s~(-1),电子迁移率(me)分别达到0.22和1.19 cm~2 V~(-1) s~(-1).P4F是n型聚合物,me达到0.18 cm~2 V~(-1) s~(-1).