梯度共聚物接枝纳米粒子的合成及其力学性能

通过RAFT聚合制备了3种不同序列(无规、嵌段及梯度)的丙烯酸正丁酯(BA)/甲基丙烯酸甲酯(MMA)二元共聚物(PBA-r-PMMA、PBA-b-PMMA、PBA-g-PMMA),以及2种含可交联侧链的聚甲基丙烯酸酰氧基丙基三乙氧基硅烷(PTEPM)的三元共聚物PTEPM-b-(PBA-g-PMMA)和PTEPM-b-(PBA-r-PMMA),三元共聚物中PBA/PMMA分别为无规和梯度结构.这5个共聚物中PBA/PMMA段具有相近的分子量和组分比.三元共聚物通过共组装及交联后得到球状的共聚物接枝纳米粒子NP-(PBA-g-PMMA)和NP-g-(PBA-rPMMA). DSC结果表明NP-(PBA-g-PMMA)和PBA-g-PMMA具有较宽的玻璃化转变温度区间(～130℃),证明成功合成了梯度共聚物和接枝梯度共聚物的纳米粒子.通过DMA测试和变温拉伸测试发现,在升温过程中梯度结构二元共聚物及其对应的纳米复合材料力学性能呈现渐进式变化,而无规或嵌段对应物力学性能呈现突变,原因是前者具有较宽的玻璃化转变过程.由于无机内核的作用,NP-(PBA-g-PMMA)和NP-(PBA-r-PM...     

层状复合氢氧化物的有机改性方法及应用研究进展

层状复合氢氧化物(LDHs)因其化学组成可调、比表面积大、生物相容性好等特点,目前在环境、能源和生物医药等领域广受关注.然而, LDHs在合成过程中由于其分子内作用力易发生团聚而导致其在基体中的分散不均匀,极大地限制了LDHs在实际中的应用.有机改性是改善LDHs分散性的有效方法,从表面改性和插层改性两个方面综述了近年来LDHs的有机改性方法,并介绍了其在阻燃、吸附、催化、气体阻隔、发光、储能和生物医药材料等领域的应用.最后对改性后LDHs未来的研究方向和应用领域进行了展望.     

Preparation and application of novel polymer nanoparticles in the detection of copper ion and cysteineEI北大核心CSCD

A novel amphiphilic copolymer,dipropenoxystyrene anthracene and acrylic acid copolymer（BASA-AA） was designed and synthesized based on divinyl anthracene. The polymer self-assembled rapidly in water to create polymer nanoparticles（BASA-AA NPs）with a uniform size of 45 nm,no dye leakage,and great brightness（Φ= 36%）. Because of the enormous number of carboxyl groups on the surface of the particles,it can disperse extremely well in water,and can be used for the rapid detection of copper ion and cysteine（Cys）in pure water, with the limit of detection of 45 nmol/L. The fluorescent intensity of the nanoparticles will be greatly reduced after the introduction of copper ion,realizing the detection of copper ion with high selectivity and sensitivity. A composite probe made of BASA-AA NPs and copper ion can detect Cys in the range of 0.1-10 µμmol/L,with the detection limit of 84 nmol/L,due to the high binding capacity of the sulfhydryl group and copper ion. The method is simple and rapid in material synthesis and preparation,and shows high selectivity and sensitivity in pure water. © 2023, Youke Publishing Co.,Ltd. All rights reserved.     

GdPO4∶Sm3+荧光粉的焙烧温度和掺杂浓度的优化及发光和磁性能

以GdPO₄为基质,Sm³⁺为激活剂,采用水热法合成了纳米荧光粉前驱体,分别在800、900、1 000、1 100和1 200℃下焙烧,得到一系列GdPO₄∶Sm³⁺荧光粉。首先探究了GdPO₄∶Sm³⁺的最佳焙烧温度;其次研究了Sm³⁺掺杂浓度对GdPO₄∶Sm³⁺荧光性能的影响;最后研究了GdPO₄∶2% Sm³⁺的高温荧光性能和磁性能。使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、磁强计和荧光分光光度计(FL)对荧光粉的晶体结构、形貌、发光和磁性能进行了表征。结果表明：荧光粉的晶体结构由前驱体六方晶系GdPO₄·H₂O∶Sm³⁺变为单斜晶系的GdPO₄∶Sm³⁺,形貌由纳米棒变为无规则块体。当焙烧温度为1 000℃,Sm³⁺掺杂浓度为2%时,荧光粉的发光强度和荧光寿命达到最大值。GdPO₄∶2% Sm³⁺中Sm³⁺之间能量传递类型为电偶极-电偶极相互作用,能量传递的临界距离为1.646~1.884 nm。最佳样品GdPO₄∶2% Sm³⁺有优异的热稳定性,热猝灭活化能为-0.157 eV,且具有良好的顺磁性,质量磁化率值为1.22×10^-4 emu·g^-1·Oe^-1。     

柔性复合吸波材料研究进展

吸波材料在隐身技术、电磁兼容、安全保护、微波暗室中的应用十分广泛,因而备受关注。然而传统吸波材料的功能单一,不能同时满足重量轻、涂层薄、柔性、环境适应性等多种需求,限制了其在柔性、可折叠和可穿戴设备中的应用。柔性复合吸波材料一般采用导电损耗、介电损耗和磁损耗等多种吸波机制联用,吸波效率高达99.99%以上,而且具备可折叠、可弯曲、可扭曲变形的特点,为吸波材料在未来人工智能、机器人及可穿戴设备领域的应用提供了重要思路。本文重点介绍碳基、聚合物基、超材料基等柔性复合吸波材料的一些重要研究进展,并对柔性复合吸波材料当前的挑战进行了总结,并对未来的发展趋势进行了展望。     

Janus 粒子在环境检测领域中的应用

Janus 粒子,也称为阴阳结构粒子或两面性非对称粒子,是指表面上具有两种或两种以上不同化学组成或性质的不对称粒子。目前,Janus 粒子因其独特的结构和功能已经逐渐成为生物医药、催化、材料以及防污等领域中的新型功能材料。在环境检测领域,Janus材料亦因其特殊的光学、磁学及电学性能,为提高检测灵敏度、选择性和稳定性等提供了新的研究方向。基于此,本文主要讨论了Janus材料在环境检测方面的特点、优势和相关应用。最后,本文基于本课题组的研究经验以及工作中所面临的问题,对本领域的发展和未来的研究方向提出了展望,以期对本领域的未来发展提供指导。     

金属氧化物催化剂上合成气转化中羧酸盐物种促进芳烃的生成

芳烃是重要的化工原料,目前主要通过石油催化裂化和催化重整制得.随着石油资源的消耗以及芳烃的需求日益增长,开发非石油路线制备芳烃势在必行.因此,从煤、天然气和生物质出发,经合成气一步制芳烃(STA)广受关注.将合成气制甲醇的金属催化剂和甲醇制芳烃的分子筛催化剂复合,可以制备双功能催化剂,用于合成气反应可高选择性得到芳烃.然而,关于此过程中芳烃的生成机理仍有争论.目前人们认为,生成芳烃的中间体主要分甲醇和其他含氧物种(乙烯酮,醛类)两种.本文以ZnCrAlOx和H-ZSM-5为模型催化剂,进行合成气制芳烃、甲醇制芳烃和丙烯制芳烃反应,确定了传统的甲醇制芳烃路径不是合成气制芳烃中的主要途径,并通过原位傅里叶变换红外光谱和气相色质谱解释了STA反应中两种活性组分距离越近,芳烃选择性越高的原因,从而提出了在合成气制芳烃过程中芳烃的生成机理.通过比较双功能催化剂上合成气、甲醇以及丙烯的反应性能发现,在甲醇和丙烯转化时,其芳烃选择性远小于合成气转化时的,由此可认为,在合成气制芳烃的路径主要不经由传统的甲醇制芳烃,而是通过烯烃聚合脱氢生成芳烃.红外表征和共进料实验表明,合成气可以在金属催化剂表面生成甲酸盐物种,它可与烯烃反应生成羧酸盐物种,再迁移到分子筛上反应生成芳烃,且羧酸盐物种在分子筛上的芳构化能力要高于丙烯;即使在氢气氛围下,当丙烯的芳构化能力受到氢气极大抑制时,羧酸盐物种仍能高选择性生成芳烃.本文制备了一系列金属催化剂和分子筛物理接近距离不同的双功能催化剂,研究了合成气在双功能催化剂上制芳烃时,金属催化剂和分子筛二者组分的距离对芳烃选择性的影响.随着二者接近距离的增加,芳烃选择性急剧增加;通过GC-MS分析合成气转化时的停留物种,发现随着二者接近距离的增加,羧酸盐物种和甲基环戊烯酮的量明显增加,因此,羧酸盐物种和甲基环戊烯酮物种在生成芳烃中起到了重要的作用.综上所述,我们提出了STA中一条新的芳烃生成路径,并证明了羧酸盐物种是其中重要的中间物种.它经由金属表面的甲酸盐物种和烯烃反应生成,随后迁移到分子筛上生成甲基环戊烯酮物种,再脱水生成芳烃.     

V2O5纳米片固载Pt纳米粒子催化剂的构建及其增强催化空气氧化脱硫性能

以铂系金属为代表的贵金属催化剂在工业反应中通常表现出优异的催化性能,这是因为其具有独特的d带电子结构和较高的价电子比.近年来,由于大气排放法规愈发严苛,铂系贵金属催化剂在催化空气氧化燃油脱硫方面的研究引起了广泛关注.在该催化反应中,铂系金属纳米粒子可以有效活化空气中的氧气,产生的活性氧物种可以将油品中的噻吩类硫化物氧化为其对应的强极性砜类物质,从而可以将其从非极性的油品中分离出来,有效实现油品中硫化物的深度氧化脱除.然而,在反应过程中铂系贵金属纳米粒子易发生流失和烧结,从而导致催化剂的失活.因此,急需寻找一类可以有效固载铂系贵金属纳米粒子的载体.在目前已报道的众多载体中,以ZrO₂、TiO₂、CeO₂、ZnO等为代表的过渡金属氧化物引起了广泛的关注.通常认为,铂系贵金属纳米粒子的d轨道电子和过渡金属氧化物之间可形成金属-载体强相互作用.然而,目前所使用的过渡金属氧化物载体的比表面积较小,从而导致铂系贵金属纳米粒子难以有效且均匀地分散于其表面.本文采用热膨胀气相剥离法制备了超薄V2O5纳米片,并通过超声辅助沉积法将Pt纳米粒子固载于其表面,从而得到一系列可高效活化空气氧化脱硫的催化剂(Pt NPs-n/V₂O₅纳米片).通过电感耦合等离子体光谱、高倍透射电镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱、X射线衍射、拉曼光谱和氮气吸附脱附等方法对催化剂的结构和形貌进行了表征.结果表明,尺寸为4-5 nm的Pt纳米粒子可有效均匀分散于层数约为6层的V2O5纳米片表面;在空气氧化脱硫反应中,当催化剂中Pt理论负载量为2 wt%时,反应5 h后,油品的脱硫率可达99.1%,实现了硫化物的深度氧化脱除.该反应体系对不同硫浓度、不同含硫底物的油品均有较好的脱除效果,但对含有烯烃、芳烃的油品脱除效果较差.此外,催化剂循环使用7次后,其脱硫活性仍无明显下降,表现出优异的重复使用性能.对反应后的催化剂进行表征,发现Pt几乎不发生流失,这可能是由于Pt纳米粒子和V₂O₅纳米片之间形成了金属-载体强相互作用.该结果为其他空气氧化反应的有效进行提供了新思路.     

富含吡啶氮-钴活性位点的三维多级大/介孔石墨烯作为高效可逆氧电催化剂用于可充电锌-空气电池

随着能源危机的日益严峻,能源的储存和转换越来越受到人们的重视.目前人们加以开发和利用的清洁能源主要包括太阳能、风能、氢能、地热能以及电化学能等.其中,燃料电池和金属-空气电池等作为电化学器件为电化学能的开发及可持续利用提供了条件.特别是金属-空气电池以电极电位较负的金属如镁、铝、锌、铁等作负极,以空气中的氧或纯氧作正极,具有比能量高、性能稳定、价格便宜的特点.氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)是可再生电化学能量转换和储存过程中的两个关键电化学过程.贵金属(Pt/C,Ir/C,IrO₂等)虽然具有高催化活性,但价格昂贵、资源匮乏限制了其大规模的使用和发展.此外,它们的催化性能单一,难以同时实现多反应的高效催化.目前,大量研究工作集中在开发低成本、高效的ORR和OER催化剂,用来代替昂贵的铂类贵金属催化剂.在能源器件设计中,由于OER和ORR反应发生在同一个电极上,若能制备出具有ORR和OER双功能催化性能的电催化剂,将在很大程度上降低能源器件的设计难度.最近,我们的研究工作揭示了吡啶-氮-钴(pyri-N-Co)配位结构在协同作用中的重要性,协同作用大幅度提升了NiCo2O4/N掺杂石墨烯的本征催化活性.虽然金属粒子与掺氮石墨烯的结合有利于催化活性和稳定性的提高,但二维石墨烯片之间由于π-π键相互作用,容易聚集和堆叠.在实际应用中,石墨烯片之间的堆叠会导致可达表面的损失,从而使复合催化剂利用率降低,结构稳定性变差.因此,制备富含充分暴露且高效的ORR/OER活性中心的电催化剂仍然是一个巨大挑战.本文采用激光辐照法和水热法制备了具有层间大孔和片内介孔相互交联结构且负载铁酸钴纳米颗粒的三维多级孔石墨烯复合电催化剂(CoFe/3D-NLG),研究了其微观结构与ORR/OER电催化性能的关系.比表面积和X射线光电子能谱测试结果表明,CoFe/3D-NLG具有大的比表面积(322.6 m² g^-1)和孔体积(0.715 cm³ g^-1),并且富含吡啶氮-钴活性中心.电化学测试表明,对于OER电催化,CoFe/3D-NLG复合催化剂在10 mA cm_-2处的过电势为304 mV,优于商用RuO₂催化剂的322 mV;对于ORR电催化,CoFe/3D-NLG的半波电位达到872 mV,非常接近商用Pt/C催化剂(876 mV).此外,作为可充电锌空气电池的空气电极催化剂,CoFe/3D-NLG展现出了超高的开路电压(1.56 V)、高功率密度(213 mW cm_-2)以及超低充放电电压(0.63 V),并且具有良好的充放电循环稳定性.CoFe/3D-NLG优异的ORR/OER电催化性能主要归因于以下两点:1)大量的吡啶氮-钴活性位点极大地加快了缓慢的氧电催化动力学,提高了每个活性位点的ORR/OER本征催化活性;2)丰富的层间大孔和面内介孔多级孔结构促进了整个石墨烯结构中的高效传质,因而在电催化过程中吡啶氮-钴活性位点得以充分暴露于电解液中.