石墨烯导热性能及其测试方法

石墨烯以其独特的结构和优异的性能引起人们广泛的关注。本文通过总结近期国内外石墨烯导热工作研究进展,梳理了石墨烯的导热机理,根据导热机理指出缺陷、基底、石墨烯边缘是影响石墨烯热导率的主要因素。综述了采用分子动力学及非平衡态格林函数方法进行石墨烯热导率模型计算的研究成果,并在模型的基础上,全面阐述了实验方面针对不同层数石墨烯热导率的测试方法及结果。     

原位核磁共振技术考察L-缬氨酸导引下合成花状纳米结构聚苯胺形成机理的研究

利用~1H-NMR原位追踪在L-缬氨酸存在下合成花状纳米聚苯胺的形成过程中发现此结构的形成经历3个阶段:首先在苯胺与缬氨酸构成的类胶束结构内聚合成吩嗪类寡聚物;其次通过p-p重叠作用及胶束融合过程成为片状聚集体;最终通过与缬氨酸形成氢键组装成花瓣状纳米聚苯胺.通过改变反应条件,对比形成过程中核磁共振图谱及产物形貌的变化发现花状纳米聚苯胺的形成有如下特征:反应初期L-缬氨酸作为缓冲试剂可以避免苯胺的骤然质子化,有利于生成具有吩嗪结构的寡聚物;反应前苯胺单体与缬氨酸形成稳定的反应环境保证寡聚物始终在其内聚集生长,有效避免了外部环境的影响.     

三种2-羟基-1-萘醛酰腙的晶体结构、热分解及其与CT-DNA的相互作用

Three acyl hydrazones N'-((2-hydroxynaphthalen-1-yl)methylene)-2-phenylacetohydrazide (1), N'-((2-hydroxynaphthalen-1-yl) methylene)-2-(4-hydroxyphenyl)acetohydrazide hydrate (2), and N'-((2-hydroxynaphthalen-1-yl) methylene)-2-(2-methoxyphenyl) acetohydrazide hydrate (3) were synthesized and then characterized by elemental analysis and single-crystal X-ray diffraction. The crystallographic data indicated that both compounds 2 and 3 crystallized in the monoclinic crystal lattice, space group C2/c, while compound 1 crystallized in the orthorhombic space group Pbca. The thermal decomposition processes of the three hydrazones were studied by thermogravimetry. The thermal decomposition temperatures of compounds 1, 2, and 3 were 318.23, 319.04, and 323.01℃, respectively. Meanwhile, the apparent activation energies for thermal decomposition for compounds 1, 2, and 3 were 115.90, 145.18, and 129.38 kJ·mol^-1, respectively, calculated according to the Kissinger and Ozawa equations. The interactions of compounds 1-3 with calf thymus (CT)-DNA were evaluated by microcalorimetry. The results indicated these interactions were homogenous endothermic processes with non-identical interaction time (1.00-50.0 min) and interaction enthalpies (0.47-15.50 kJ·mol^-1). The interaction enthalpies of compounds 1 and 2 were higher than those of their precursors, while the interaction enthalpy of compound 3 was lower than that of its precursor.     

极长与极短的铜铜距离-吡唑环三核亚铜配合物亲铜作用本质及发光调控

本文结合近年来亲金属作用研究领域的进展,针对本课题组在环三核亚铜配合物方面的最新研究成果,讨论了两个铜(I)–铜(I)作用相差悬殊的体系。一是通过构筑具有环三核单元的三棱柱笼状配合物,确认在正堆积模式下即使环三核单元之间亲铜作用极弱依然可以在磷光发射态中产生强亲铜作用,且通过配体的预留配位点与Cu_2I_2簇连结从而得到自校准大范围发光温度计;二是通过与亲铜作用正交的Br―Br卤键,实现环三核亚铜配合物前所未有的极短铜(I)–铜(I)距离,通过各种电子结构分析方法研究其本质。结果表明即使当铜(I)–铜(I)距离很接近铜的范德华半径和时,其本质依然为闭壳层作用,而Br―Br作用总为闭壳层作用,且该体系中最强的Br―Br作用很好地体现出一个Br原子的σ穴和另一个Br原子的负静电势区域的匹配性。     

生物可降解超支化聚合物的研究进展

近年来,随着聚合物材料和生物医药交叉领域的发展,生物可降解聚合物得到了广泛关注.其中,生物可降解超支化聚合物具有独特的三维拓扑结构、大的内部空腔、众多的活性末端基团以及良好生物相容性和可降解性等特点,在生物医学领域包括药物/造影剂输送、基因转染、蛋白质纯化/检测/输送、抗菌、组织工程等领域都展现出很大的应用前景.本文主要从水解、酶解和刺激降解的降解机理出发,详细综述了近年来生物可降解超支化聚合物的研究进展,并简单介绍了它们在疾病治疗中的应用.     

TiO_2纳米管电极上电化学还原CO_2生成CH_3OH

采用原位阳极氧化-煅烧法制备TiO_2纳米管(TiO_2NTs)电极,运用X射线衍射(XRD)、电场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)、双电位阶跃测试等对制备电极进行表征,考察了其在0.1mol?L~(-1) KHCO_3水溶液中电化学还原CO_2的催化活性。结果表明TiO_2NTs电极上电化学还原CO_2的主产物为CH_3OH,CH_3OH由HCOOH和HCHO进一步还原而来。电极制备的最佳煅烧温度为450℃(TiO_2NTs-450),电解电位-0.56 V(vs RHE(可逆氢电极))时反应120 min后,生成CH_3OH的法拉第效率和分电流密度分别为85.8%和0.2 m A?cm~(-2)。与550和650℃煅烧的电极相比,TiO_2NTs-450电极具有更高的催化活性,归因于电极表面更多的三价钛活性位,有利于CO_2吸附,从而对·CO_2-起到稳定的作用,速率控制步骤转变为·CO_2-的质子化反应。     

基于三苯胺的荧光探针设计、合成与应用研究进展

螺旋桨结构的三苯胺荧光团既能作为强的电子供体,又能作为潜在的聚集诱导发光(AIE)骨架.同时,三苯胺衍生物很容易通过简单的反应进行结构修饰,如醛基、氨基、硼酸基、卤素、乙炔基等取代的三苯胺能够发生缩合反应或偶联反应等,进一步功能化.因此,功能性三苯胺类化合物被广泛用于太阳能电池、荧光染料、固态发光材料和荧光探针的分子设计中.根据三苯胺基荧光探针的检测对象,将其分为阳离子、阴离子和中性小分子荧光探针三类,并从分子的结构和性能出发,重点综述了近五年来国内外三苯胺基荧光探针在分子设计、合成与检测应用方面的最新进展.展望未来,构建近红外发光和高量子效率的AIE荧光探针值得关注.     

多金属氧酸盐材料在二氧化碳电催化还原领域中的研究进展

随着工业发展和全球人口的持续增长,人类对化石燃料的消耗日益增加,从而导致大气中二氧化碳含量的显著增加以及与之相伴的一系列环境问题.电化学还原二氧化碳制备高附加值的燃料和化学品具有稳定的效率和较高的经济可行性等特点,目前已成为一种有前景的策略来缓解当前全球面临的能源短缺和气候变暖问题.然而,电催化二氧化碳还原过程存在反应能垒高和复杂的多电子/质子耦合过程等不足,因此,合理有效的电催化剂设计成为该领域的关键问题.近年,理解和明确电化学二氧化碳还原反应过程的活性起源、选择性调控机制和催化反应机理已成为高效电催化剂设计过程中的重要指导原则.作为一类独特的纳米尺度的金属氧簇,多金属氧酸盐(多酸)已成为二氧化碳还原领域的热点材料.尤其是,多酸明确的结构、优越的电子/质子存储转移能力和二氧化碳吸附活化能力有助于探究二氧化碳还原反应过程中的活性起源和构效机制.因此,利用多酸阐明电化学二氧化碳还原反应中的这些关键问题对于开发高效、可实用化的电催化剂意义重大.本文综述了近年多酸在电催化二氧化碳还原反应中取得的进展,重点介绍了多酸阴离子均相分子催化剂、多酸基无机-有机杂化材料催化剂、多酸电解质溶液、多酸-纳米复合材料在电催化二氧化碳还原反应中的应用.利用密度泛函理论结合原位实验证据推测了可能的反应机理,探讨了多酸对电催化活性和产物选择性的影响,揭示了电子/质子存储-转移过程和多酸表面修饰工程在电催化二氧化碳还原过程中的重要作用.最后,本文还分析了多酸基材料存在的问题与面临的挑战,并对多酸基材料在二氧化碳还原领域的未来发展进行了展望,这对理解电催化二氧化碳还原反应中的关键步骤和开发新型高效的电催化二氧化碳还原电催化剂具有启发意义.     

电沉积制备的PtNi纳米粒子用于氧还原反应:成核和生长机理

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)电堆中阴极Pt基催化剂的高用量造成其成本居高不下,成为阻碍燃料电池汽车商业化推进的重要原因,因此开发低Pt、高活性的Pt基催化剂势在必行.Pt合金催化剂能够有效地降低Pt用量,并通过对合金颗粒的元素比例、晶面、粒径等实行精确调控,显著提升氧还原(ORR)催化活性.然而,目前常用的制备方法由于原料与制备成本高昂、过程复杂大都难以适应规模化生产需求.电化学方法通过控制施加的电流或电位控制晶体生长.在水体系中该方法已得到验证,但由于Pt化合物的热力学标准电极电位与过渡金属元素之间相差较大,且对于过渡金属来说,电负性大多小于铂,因此还原电位通常负于析氢电位,使得二者难以实现共沉积.有机体系中电位窗口比水体系大得多,Pt与电位较负的过渡金属可实现共沉积,采用小分子有机溶剂也可避免溶剂清洗问题,具有应用潜力.本文提出了一种简单的一步电沉积方法,选择易溶于水的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂,将碳载体滴涂到玻碳电极上作为工作电极,通过电化学方法直接将Pt-Ni合金沉积到碳载体上,并利用物化表征与密度泛函理论(DFT)理论计算来探究共沉积机理.透射电镜表征结果表明,在不同的沉积电位下均可得到分散均匀、粒径适当的催化剂;且随着电位值降低,催化剂颗粒分散得更均匀,颗粒粒径不断减小.元素分布和晶面结果表明,铂镍元素均匀分布于颗粒中.所有样品均表现出优异的ORR性能,最高的面积比活性达到商业催化剂的6.85倍.将材料表征、电化学表征与DFT计算结合,建立起了铂镍合金生长过程的模型,并发现了有机体系中独特的成核-生长机理.将体系中的DMF换成超纯水,用同样的方法进行沉积,得到的催化剂颗粒团聚严重,说明DMF的使用能够避免颗粒团聚.在单独铂的体系中沉积发现,负载量极小,表明体系中镍前驱体的添加对于催化剂的沉积过程起到重要作用.电化学表征结果表明,在所选用的DMF有机体系中,镍的还原电位与铂的十分接近,但还原动力学更慢,趋向于先形成吸附原子后快速还原.由此可以推测,在二者合金的形成过程中,镍在碳载体表面的缓慢还原而形成的吸附原子能够成为铂还原的活性位点,从而降低了铂还原成核所需的能量,使得载体上的成核位点大大增加,这与DFT模拟结果一致.DFT建立了碳上镍的位点和铂的位点,分别在上面进行铂的还原,发现镍位点上比铂位点上更容易实现铂沉积.本文提出了铂镍共沉积的机理:在过电位(即还原能量)下,铂的还原动力学较镍稍快,于是铂先还原形成晶核,但难以达到生长的临界半径,于是单独铂体系中的沉积负载量很少.载体上还原的镍为铂还原提供了大量的活性位点,促进了铂还原,并与镍共沉积.Pt-Ni表面则进一步促进了铂的沉积和颗粒的生长.综上,本文提出了一种用于制备铂合金催化剂的有机电沉积体系,实现了单分散的碳载铂镍合金催化剂的一步制备.随后,本文将材料表征、电化学表征与DFT计算相结合,建立起了有机体系中铂镍合金成核-生长过程的机理模型.