缺陷金属有机骨架的制备及其去除水中污染物的研究进展

在避免母体结构坍塌的前提下,通过缺陷工程对金属有机骨架(MOFs)进行处理可有效提升其去除水体污染物的性能。目前,通过调整合成条件(温度、金属/配体比例等)、添加调制剂、热处理和金属节点取代等方式可制备缺陷MOFs。粉末X射线衍射(PXRD)、比表面积分析、热重-差热分析(TGA-DSC)、电子顺磁共振(EPR)、X射线光电子能谱(XPS)、高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)、球差校正透射电镜(AC-TEM)和X射线吸收光谱(XAS)表征技术可证实MOFs中缺陷的特征。相比原始MOFs,从光催化等高级氧化的角度来看,构造缺陷型MOFs可促进电子转移、减小带隙以提升其高级氧化降解去除污染物的性能。此外,缺陷型MOFs还可为污染物提供更多吸附位点,进一步提升吸附剂的吸附容量和吸附速率。本文系统总结缺陷MOFs的制备方法、现有常见表征技术及其在水处理领域中的应用。同时,本文还根据缺陷MOFs用于去除水中污染物的研究现状对其今后发展予以展望。     

6, 6’-二硫二烟酸构筑的锌配位聚合物的合成、晶体结构和荧光性能

本文以6,6′-二硫二烟酸为主配体,通过水热法合成了新的配合物{[Zn(cpds)(dpa)]·H2O}n(1)(H2cpds=6,6′-dithiodinicotinic acid,dpa=dipyridin-2-ylamine)。用X-射线单晶衍射分析确定了配合物为三斜晶系,P1空间群,其晶体学参数为a=0.846 7(2),b=1.167 4(3),c=1.226 5(3)nm,α=73.605(3)°,β=78.656(3)°,γ=81.484(3)°,V=1.134 7(5)nm3,Dc=1.850 g·cm-3,Z=2。结构分析表明配合物1为一维链状结构,相邻一维链之间堆积形成三维超分子网络结构。本文还研究了配合物的热稳定性和荧光性质。     

从生物矿化到仿生矿化：构筑新功能生命体

生物矿化是生命体通过调控无机矿物的成核、取向、生长和组装来制造有机-无机复合材料的过程。借鉴生物矿化的原理,可利用有机基质实现无机材料的可控合成,制备出性能优异的新型复合材料。更有趣的是,将材料和生物体从结构和功能两个层面整合,利用材料-生物之间的协同调控,可构筑出新功能生命体,这也是仿生矿化发展的重要方向。本论文首先介绍生物矿化的基本理论和自然界中的生物矿化现象。随后通过对生物矿物结构和功能的阐述,提出仿生构筑新功能生命体的概念,并系统介绍构筑新型材料-生物体的方法,在此基础上系统总结新功能生命体在环保、能源、医学等领域的应用。最后,针对目前该领域存在的局限和问题展开讨论,对实现智能仿生构筑生命体的研究进行展望。我们认为基于仿生矿化构筑新功能生命体的研究能够推动学科边界不断融合,为材料学、化学生物学、生物无机化学以及医学等领域的发展提供新的方向。     

基于工程教育认证的创新创业融合实验教学改革

创新创业教育与高等教育融合是提升教育质量的有效途径。以工程教育认证的成果导向为理念,对现有教学资源进行整合研究,对创新创业融合实验教学的改革进行探索和实践。重构教学目标,改进教学体系,完善教学评价,推行持续改进,在教学过程融合科研和创新创业教育,促进毕业要求的达成,培养符合社会需求的创新创业型人才。     

PHBV纳米纤维的静电纺丝及在生物医用领域的研究进展

聚(3-羟基丁酸酯-3-羟基戊酸酯)(PHBV)纳米纤维具有高比表面积、高孔隙率、生物相容性、生物降解性等优点,可用作生物医用材料。本文综述了基于静电纺丝法制备的PHBV纳米纤维及其在生物医用领域的研究进展,讨论了PHBV纺丝溶液的溶剂、浓度、外加盐类以及聚合物等对PHBV纳米纤维形貌、结构及性能的影响规律,结合目前PHBV纳米纤维在组织工程和药物运输载体的研究现状,重点概述了其亲水改性、力学性能改善、功能化改性的研究进展。最后,对静电纺丝法制备PHBV纳米纤维存在的一些问题进行分析,并对其未来发展趋势和前景进行展望。     

解析聚氨酯复合材料在生物医学领域的应用

聚氨酯(Polyurethane)作为一种性能优异的有机高分子合成材料,是目前使用范围最广且具有粘弹性和可生物降解性的聚合物之一。因其优异的力学特性、耐磨性、可加工性及柔韧性,在表面材料、涂料、包装材料、建筑物的室内地板、人造皮革及生物医学领域有广泛应用。其中,最具前瞻性的是其作为功能材料在生物医学领域的应用,如人工器官、组织工程支架、伤口敷料、医用分离膜、三维细胞培养基质。因此,本文综述了国内外聚氨酯在生物医学领域的研究进展和先进应用,并展望了其未来发展方向。     

面向产出的高分子化学课程教学大纲的构建*

基于工程教育认证的核心理念,制定了面向产出的高分子化学课程教学大纲。与传统课程教学大纲不同,本大纲的课程目标是使学生具备推演、阐述、分析和研究高分子材料领域复杂工程问题的能力,体现以学生为中心、面向产出和持续改进的理念。课程教学内容既包含知识点又包含能力要求,强调课程知识点与学生能力达成的支撑关系。在课程考核部分,提出了分目标模块化的考核方法和评分标准,满足了工程认证可衡量、易操作的考核要求。     

过渡金属电催化剂在硅基光阳极分解水产氧中的作用

光电化学分解水可将太阳能转换为绿色的氢能,为目前的能源危机和环境问题提供了一种理想的解决方案.在分解水反应中,涉及四空穴过程的产氧半反应是制约性能的关键步骤,往往需要在半导体表面沉积电催化剂以加速产氧反应动力学.因此,全面理解电催化剂在光电化学分解水体系中的作用至关重要.在目前的产氧电催化剂中,过渡金属羟基氧化物电催化剂(MOOH,M=Fe,Co,Ni)因其环保、廉价、高效以及稳定的特性,已被广泛用于半导体光阳极分解水器件中.而且,MOOH可用简单的电沉积方法沉积在光电极表面,易于大面积制备.然而,电沉积法制备的MOOH具有复杂的结构,对其作用机制的全面理解更加困难.因此,本文以电沉积MOOH修饰的硅基光阳极(n⁺p-Si/SiO_x/Fe/FeOx/MOOH)作为模型,研究了不同电催化剂对硅光阳极光电化学产氧性能的影响.实验发现电催化剂的界面优化在电催化剂修饰的光电极中发挥着重要作用,这是因为优化的界面可以提升界面电荷传输,提供更多的催化反应活性位点以及更高的本征催化活性,从而更有利于光解水性能的提升.该项研究揭示了电催化剂在光解水器件中的作用,并为今后高效光解水器件的设计提供了一定指导.首先在多晶n⁺p-Si基底上热蒸镀了一层30 nm的金属Fe膜,并通过电化学活化将Fe膜表面转换为FeOx得到Fe/FeOx(记作aFe)界面层,然后利用电沉积方法制备MOOH表面修饰层,最终得到n⁺p-Si/SiO_x/aFe:MOOH光阳极.X射线光电子能谱、拉曼光谱以及扫描电子显微镜表面元素成像的表征结果均证实电极表面由于界面层金属Fe元素的掺杂而形成了Fe1-xNixOOH.在模拟太阳光下用于光解水产氧时,n⁺p-Si/SiO_x/aFe:NiOOH电极的起始电位为~1.01 VRHE(相对于可逆氢电极的电势),在1.23 VRHE下的光电流为38.82 mA cm^-2,显著优于n⁺p-Si/SiO_x/aFe、n⁺p-Si/SiO_x/aFe:FeOOH以及n⁺p-Si/SiO_x/aFe:CoOOH三个对比样品,且其稳定性达到75 h.另外,我们发现n⁺p-Si/SiO_x/aFe:MOOH电极的光电化学产氧性能均显著高于n⁺p-Si/SiO_x/aFe电极,且p++-Si/SiO_x/aFe:MOOH的电催化产氧性能也高于p++-Si/SiO_x/MOOH,不仅证明了aFe界面层对Si与MOOH层之间的界面接触作用的有效调控,而且表明双电催化剂体系(aFe:MOOH)的电催化产氧活性高于单电催化剂(MOOH).热力学分析表明,n⁺p-Si/SiO_x/aFe:MOOH光阳极的光电压大小与其光解水产氧性能并不一致,从而排除了热力学因素对性能的关键影响.进一步从塔菲尔斜率、电化学活性表面积和电化学阻抗谱对各电极的动力学进行了分析,证明了动力学因素在上述光阳极产氧性能中的主导作用.同时发现,由于aFe:NiOOH双电催化剂具有更高的本征电催化产氧性能,提供了更多的表面活性位点以及更有效地促进了光生载流子的传输,对动力学的提升效果更显著,从而使n⁺p-Si/SiO_x/aFe:NiOOH光阳极表现出最高的光解水产氧性能.     

欢迎订阅 欢迎投稿《分析检测(英文)》

国内统一刊号:CN10-1412/O6 ISSN 2096-241X e-ISSN 2509-4696《分析检测(英文)》(Journal of Analysis and Testing)是我国分析化学领域第一本英文科技期刊,填补国内空白。季刊,大16开,72页,国内外公开发行。期刊于2017年创刊,已被科睿唯安(Clarivate Analytics)公司旗下Web of Science数据库ESCI(Emerging Sources Citation Index)、Scopus数据库、美国工程索引(EI Compendex,简称EI)数据库等重要数据库收录。期刊的学术质量和发展潜力获得了国际出版界和学术界的认可,已具有一定的国际影响力。     

SnO2表面卤化提高钙钛矿太阳能电池光伏性能

钙钛矿太阳能电池(PSCs)成为近几年来迅速发展的新型太阳能电池,其中将SnO₂纳米粒子层用作电子传输层(ETL)的钙钛矿太阳能电池器件得到了广泛的关注。SnO₂有着更低的制备温度,使其具备应用于柔性器件的潜力,但与钙钛矿层能级不匹配等问题限制着其发展。而在界面处加入钝化层,尤其是表面卤化的方法或可解决这一问题。本文综合研究了SnO₂表面卤化对钙钛矿太阳能电池光伏性能的影响,选用四丁基氯化铵(TBAC)、四丁基溴化铵(TBAB)和四丁基碘化铵(TBAI)三种钝化材料对SnO₂表面进行钝化处理,并对钝化材料溶液进行了浓度梯度研究。通过材料形貌、结构和光学性能表征以及电池器件性能测试分析等方法,证明了SnO₂表面卤化可提高钙钛矿层的质量和PSCs光伏性能,并从器件内部电荷传输动力学等角度解释了器件性能改善的原因。为进一步说明其性能改善的机理,采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法对材料表面性质进行了深入研究,从能量、结构、电荷密度、态密度、功函数等角度解释了表面卤化提高SnO₂/钙钛矿界面处电子传输特性的原因。实验和理论计算均表明TBAC对于SnO₂具有较好的钝化效果,并随着溶液浓度的提升钝化作用越明显。SnO₂表面卤化作用的深入研究不仅对提高电池器件性能具有实际意义,还能够帮助理解太阳能电池界面现象,为界面改性提供新的研究思路。