仿生材料化学教学改革与探索

仿生材料化学是一门以仿生学为基础,系统阐述通过模仿生物特性来制备材料的课程,对培养学生学习自然以解决工程实践问题的能力具有重要意义。根据培养复合型创新型人才的要求,结合教学实践,我们对教学内容进行了优化调整,引入启发式教学手段,打造多元教学方式,采用更加灵活有效的考核方式,取得了良好的教学效果。     

μ-氧代四苯基双核金属卟啉仿生催化剂的研究进展

综述了国内外及本课题组有关μ-氧代四苯基双核金属卟啉仿生催化剂合成及应用的最新研究进展和成果. 重点介绍了μ-氧代四苯基双核金属卟啉的合成方法, 即两步合成法、柱色谱分离法、一步合成法、自氧化法以及本课题组最新开发的一锅法. 其中一步合成法和自氧化法由于具有适用范围广、收率高等优点, 将成为μ-氧代四苯基双核金属卟啉的主要合成方法. 而一锅法尽管目前收率尚较低, 但由于其完全去掉了中间反应产物的分离和提纯以及原料和溶剂的损失, 而使工艺流程得到大大简化、能耗显著降低, 将成为一种极有发展潜力的合成方法. 系统地阐述了μ-氧代四苯基双核金属卟啉在仿生催化领域中的应用. 尤其是以μ-氧代四苯基双核金属卟啉为催化剂、O2或空气为氧化剂的催化氧化反应, 具有催化剂用量少、氧化剂清洁且廉价易得、无需助催化剂和共还原剂、反应条件温和等优点, 将成为未来仿生催化氧化领域研究的前沿和热点.     

一种仿细胞膜聚合物用于碳纳米管表面改性

以新型含有磷酸胆碱基的仿细胞膜两亲聚合物——胆固醇封端的聚(2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸胆碱)(CPMPC)为表面稳定剂实现碳纳米管的表面改性,利用两亲聚合物中的胆固醇疏水段与碳纳米管表面进行非共价键的稳定结合,通过两亲聚合物中聚(2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱)(PMPC)亲水段实现其水溶性和生物相容性.并以商业可获得的典型两亲分子,末端为胆固醇的聚氧乙烯(CPEG)和卵磷脂,为对照进行研究.研究表明CPMPC和CPEG均具有比卵磷脂更高的对碳纳米管进行分散的能力.而CPMPC改性的碳纳米管比CPEG改性的碳纳米管具有更优的稳定性和生物相容性,通过新型仿细胞膜聚合物改性的碳纳米管在生物医用领域有潜在应用.     

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.     

铁(Ⅲ)-柠檬酸盐配合物光解引发橙黄Ⅱ的脱色

介绍了金属卟啉化合物的结构、种类及其应用，综述了金属卟啉化合物对烷烃的仿生催化氧化研究进展。运用金属卟啉仿生催化空气氧化环己烷制备环己酮技术，使得停留在实验室研究水平的金属卟啉仿生催化烷烃空气氧化进入了工业化生产。     

新型仿生聚合物胶束用于纳米药物载体的研究

对两亲性聚合物进行设计和优化, 从细胞膜仿生的设计出发, 利用原子转移自由基聚合, 制备了一种以胆固醇为疏水段、以仿细胞膜磷酸胆碱基聚合物为亲水段的两亲性分子CMPC. 在对其溶液胶束自组装行为进行探索的基础上, 以水包油(O/W)溶剂挥发法制备了包含抗癌药物阿霉素(ADR)的纳米抗癌药物载体, 通过体外细胞培养, 研究了仿细胞膜两亲分子的细胞相容性, 并对抗癌纳米药物载体抗肿瘤细胞的药效进行了初步研究.     

拟除虫菊酯筛选及分子设计

综述了拟除虫菊酯的进展及新拟除虫菊酯的筛选和分子设计的方法等。参考文献５８篇。     

天然材料微观结构与过程仿生研究进展

仿生是未来新材料设计，制造的潜在的最有效途径。本文综述近年来在天然材料微观结构及过程的仿研究的最新进展。     

低浓度下的仿生矿化及其在对映体拆分中的应用

以L-苯丙氨酸衍生物(L-18Phe6PyBr)的自组装体为模板, 在0.30 mmol/L的浓度下, 研究了pH值、 老化时间和四乙氧基硅烷(TEOS)浓度对二氧化硅形貌的影响. 通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜对样品进行表征. 结果表明, 在pH=10.01的条件下可以得到左手扭转的纳米带, 而pH=7.15和12.34时, 得到直线的纳米带. 遵循动态模板的方法, 老化时间的延长有利于直线纳米带的形成. 随着TEOS和L-18Phe6PyBr的质量比由2:1增加到15:1, 扭转纳米带的宽度增加, 螺距变长. 通过煅烧除去有机模板后, 得到带状二氧化硅纳米管. 将TEOS与L-18Phe6PyBr质量比为2:1制备得到的二氧化硅作为气相色谱固定相, 涂渍到毛细管色谱柱中进行对映体拆分. 结果表明, 该气相色谱柱可以拆分1-苯基-1-丙醇、 1-(4-氯苯基)乙醇和2-甲基戊酸3种外消旋化合物, 手性超分子印迹是拆分对映体的主要作用力. 对二氧化硅低聚物与小分子凝胶的协同组装行为以及将无机材料作为手性固定相有了一个更好的认识.     

选择性传输的仿生水通道的研究进展

水通道蛋白是对水分子具有高选择性和渗透性的跨膜蛋白。仿生水通道是由各种无机或有机材料,如碳纳米材料、有机化合物以及肽等分别自组装而成,旨在模仿天然水通道蛋白的结构和功能。本文介绍了水通道蛋白的种类、结构及其特异性透水机理,在此基础上分别对以碳纳米材料、有机及肽孔的仿生水通道的研究进展进行了综述。重点阐述了三类仿生水通道的材料特性及其对仿生水通道结构和功能的影响。最后针对现有仿生水通道的不足,提出了开发新型仿生水通道面临的挑战,并展望了仿生水通道的发展前景。