计算化学在正丁醚制备实验教学中的应用*

正丁醚的制备是重要的大学有机化学实验,为提高学生对该实验所涉及的反应机理和关键操作要点的深入了解,采用Gaussian计算软件对正丁醇在酸催化下和无催化剂下的反应体系进行了研究,重点考察了酸催化下反应的主、副反应方向的反应机理。结果表明无催化剂下,正丁醇在常压液相下几乎不能发生反应;在酸催化下,正丁醇发生取代反应生成醚的反应路径是优势反应通道;酸催化下正丁醇的取代和消除反应速率常数均随温度增加而迅速增大,但消除反应的反应速率随温度增加更快,温度超过420 K消除反应将变得很明显,综合考虑,制备正丁醚的反应温度应控制在130~140 ℃之间较为合适。利用计算化学以图、表和动图等形式直观、动态、量化地解释了正丁醇成醚和成烯反应的竞争,该结果有助于更好地控制该反应体系,可用作实验教材的补充内容。     

基于生物炭的高级氧化技术降解水中有机污染物

碳基材料催化剂因具有良好的催化性能,同时可避免金属催化剂的重金属沥出造成的二次污染问题,常被应用于高级氧化领域。其中,以废弃生物质为原材料热解产生的生物炭,不仅具有催化潜力,还具有低成本和绿色环保等优势,被广泛用于活化过氧化氢、过一硫酸氢盐和过二硫酸盐等过氧化物降解水中有机污染物。本文介绍了生物炭的前体种类和制备方法、阐述了二者对生物炭活化能力的影响,总结了生物炭活化过氧化物的机理,分析了水质对降解污染物的影响,综述了生物炭的改性、循环使用及再生,指出了这一技术存在的问题并对后续研究进行了展望。     

基于“透过表面接枝”方式制备低分散性和高接枝密度聚合物刷的研究

"透过表面接枝"(grafting-through)是一种聚合物表面改性的新方法,可以显著改善传统grafting-from和grafting-to方法接枝工艺的缺陷,获得兼具高接枝密度和低分散性的聚合物刷产物.本文采用布朗动力学模拟方法,模拟研究了grafting-through方法接枝聚合物刷过程中的主控因素,从微观动力学角度阐明其特有的链增长趋同化效应是保持产物聚合物刷较低分散性的主因.引发效率在grafting-through中可显著提高,且产物聚合物刷的分子量呈现泊松分布.此外,反应中保持高的单体通量,可以同时实现产物聚合物较长的平均链长和较低的分散性,有利于制备性能优异的改性材料.该研究对深入理解grafting-through接枝过程的动力学主控因素,促进grafting-through技术的推广和工艺的改进具有一定的理论指导意义.     

双功能化磁性纳米修复剂对多重金属的快速、高效钝化行为

采用“一锅法”制备了四氧化三铁/半胱氨酸（Fe₃O₄/Cys）磁性纳米微球,随后对Fe₃O₄/Cys进行亚氨基二乙酸（IDA）修饰得到Fe₃O₄/Cys/IDA磁性双功能化纳米微球。研究发现Fe₃O₄/Cys中的L-Cys是通过—SH基团接枝到Fe₃O₄表面的,随后IDA分子中的羧基与Fe₃O₄/Cys中的—NH₂形成酰胺键,最终形成多支链多羧基的Fe₃O₄/Cys/IDA磁性纳米修复剂。基于修复剂表面短支链-长支链交替的多羧基结构,实现了羧基基团的高密度接枝。同时,Fe₃O₄/Cys/IDA磁性纳米微球对Pb²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺为专性吸附,而对Hg²⁺属于非专性吸附,且吸附重金属后得到的钝化产物均表现了良好的稳定性。另外,Fe₃O₄/Cys/IDA对重金属离子的吸附符合Langmuir模型,属于单层均相吸附,其吸附过程符合准二级动力学模型,最大吸附量为49.05 mg·g^-1。     

固态电解质中锂离子传输机理研究进展

固态电解质在室温下表现出非凡的离子导电性,使其有潜力应用于全固态锂离子电池。开发新的高性能固态电解质需要对锂离子传输机理及其规律进行深入研究。本文论述了近期研究中锂离子传输机理方面的研究进展,包括离子传输理论基础的概述;总结Li₁₀GeP₂S₁₂、Li₇La₃Zr₂O₁₂和Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃固态电解质材料中晶体结构、离子传输和研究进展;阐述锂离子传输中结构特征、传输机理（单离子跳跃传输和多离子协同传输）以及构效关系;总结（反）Meyer-Neldel规则的关键问题和相关电解质材料。最后,展望了给出电解质材料的设计策略和未来机理研究的重点,为无机固态电解质材料的探索提供新的思路和方向。     

羧酸加氢反应机理及催化剂的研究进展

生物质衍生羧酸化合物的加氢反应是生产生物质化学品的重要过程之一.我们从羧酸分子加氢反应机理与加氢催化剂两个方面进行概述,着重介绍了第VIII族金属,尤其贵金属作为活性金属的羧酸加氢反应机理,以及不同催化剂对羧酸加氢反应途径的影响.此外,还介绍了羧酸水相加氢反应中Ru基催化剂的研究进展.     

复杂条件下高分子材料老化规律、寿命预测与防治研究新进展

复杂条件下有机高分子材料的老化、寿命预测和防治研究对满足相关行业发展的迫切需求,实现节能减排、环境保护及可持续发展等战略目标具有重大意义。本文重点综述了近年来针对聚烯烃、工程塑料、橡胶、涂料等大宗高分子材料在我国复杂大气环境中的自然老化及人工模拟加速老化研究的新进展,对材料老化失效基本规律和分子机理、老化数据库的建立及老化分级图谱的绘制进行了介绍,探讨了户外自然环境和人工模拟环境下材料老化失效规律的对应关系、服役寿命理论的预测模型及失效防治延寿新方法,并对其中存在的问题及下一步发展方向进行了展望。     

醋酸纤维素/PET接枝共聚物的制备及性能

以低数均分子量的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、二醋酸纤维素(CDA)为原料,异孚尔酮二异氰酸酯(IPDI)为接枝剂,二月桂酸二丁基锡(DBTDL)和离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐为催化剂制备得到新型的接枝共聚物CDA-g-PET。对接枝过程进行了优化,研究了催化剂种类与接枝剂用量对接枝过程的影响,利用红外分析和广角X射线衍射分析探究了接枝机理。同时对CDA-g-PET膜进行力学性能测试,探讨了PET的加入量对CDA-g-PET膜力学性能的影响。结果表明:PET通过化学键连接接枝到CDA上,接入的PET降低了CDA的结晶性;采用DBTDL与离子液体作为联合催化剂,接枝时间由7d缩短至8h;当接枝剂IPDI的加入量,即n(IPDI)/n(PET)为1.05~1.10时CDA-g-PET无交联;随着PET含量的增加,CDA-g-PET膜与CDA膜相比拉伸强度仅降低6.55%~27.24%,断裂伸长率增加149.89%~177.81%。     

高效固体酸SBA-15-Zr(OTf)3催化胺或醇开环环氧化合物

通过简单的一锅两步法制备了三氟金属(铝,钛,锆)接枝介孔SBA-15 (AlTf/S,TiTf/S,ZrTf/S)固体酸材料,并通过XRD,N2吸附,TGA,FTIR,原位吡啶FTIR和元素分析对这些材料进行了详细的表征.其中,ZrTf/S能够高效催化环氧化物温和条件下被胺或醇开环生成对应β-氨基醇或β-烷氧基醇,并且催化剂能循环利用.ZrTf/S相较于AlTf/S和TiTf/S酸性最强,因而催化活性也最高.     

碳点的研究进展

碳点具有优良的光学特性、良好的生物相容性和低毒等优点,被广泛用于生物检测、药物传输和生物成像等领域,是极具发展潜力的碳基质材料.近年来,碳点的新型制备方法、性质探索及应用研究引起广泛关注.本文根据碳源和制备方法的不同,将碳点分为石墨烯纳米点和碳纳米点两类,综述了碳点的制备方法,剖析了碳点的发光机理,总结了碳点在生物传感、药物传输和生物成像中的应用;最后分析了碳点存在的问题及应对策略.