硼、氮共掺杂多孔碳的制备及其超电容性能

分别以含氮菲咯啉、四硼酸钾和醋酸锌为碳源、活化剂和模板,制备了B、N共掺杂多孔碳(BN-PC),并探究模板质量对BN-PC结构和储电性能的影响。当醋酸锌质量为5 g时,所得BN-PC₅中B、N杂原子含量分别为20.21%、18.29%。电化学测试结果表明,以6 mol·L^-1KOH为电解液,BN-PC₅电极展现出高的比电容(在0.05 A·g^-1电流密度下为255 F·g^-1)、优异的倍率性能(在20 A·g^-1电流密度下为188 F·g^-1)和卓越的循环稳定性(在5 A·g^-1的电流密度下循环10 000次比电容保持率为97%)。以3mol·L^-1ZnSO₄为电解液,在平均功率密度为56 W·kg^-1时,BN-PC₅电容器的能量密度可达27 Wh·kg^-1。     

泡沫镍铁合金自支撑NiFeOOH纳米片的制备及析氧性能研究

电催化析氧反应(OER)是电解水制氢的重要半电池反应。然而,OER的缓慢动力学仍需研究高效的电催化剂。在非贵金属催化剂中,NiFe基材料是OER催化剂研究热点。本文通过食人鱼溶液简单一步浸渍刻蚀法将不同Fe含量的泡沫NiFe合金进行氧化,制备了表面具有纳米片形貌的NiFeOOH自支撑电催化剂,并深入研究其电催化析氧性能。通过SEM、XRD、XPS等对电催化剂的形貌结构及成分进行表征,证实了三维多孔基底上NiFeOOH纳米片结构的形成。由于高价镍、铁物种的存在以及二维纳米片结构的生成,NiFeOOH/NF的析氧性能大幅度提高,在10 mA?cm-2的电流密度下过电位仅155.68 mV,Tafel斜率为 88.2 mV?dec-1。这为研制高效、耐用的自支撑非贵金属电极提供了新思路。     

H2S在B16N16及M@B16N16(M=K,Na,Cl,F)纳米笼催化剂上的分解机理研究

采用密度泛函理论研究了B₁₆N₁₆及M@B₁₆N₁₆(M=K,Na, Cl, F)纳米笼催化剂的稳定性及H₂S在催化剂上的分解机理.结果表明,Na和F掺杂有利于提高B₁₆N₁₆稳定性,而K和Cl掺杂则降低了B₁₆N₁₆的稳定性.H₂S在催化剂上的降解按H₂S→HS+H→S+H₂方式进行,第二步为反应的速率控制步.动力学研究表明H₂S在B₁₆N₁₆笼上第一步分解的活化能为0.60eV,第二步分解的活化能为2.01eV. Na和K的掺入对H₂S降解有利,而F和Cl的掺入则对H₂S降解不利.特别是Na@B₁₆N₁₆纳米笼不但展现出良好的稳定性,而且能将速控步能垒从2.01降低至1....     

基于g-C_(3)N_(4)-UiO-66复合物修饰电极的电化学发光传感器用于测定水中邻苯二酚的含量北大核心CSCD

利用锆金属有机骨架(UiO-66)与半导体石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))复合可形成异质结结构,构建了一种基于g-C_(3)N_(4)-UiO-66复合物修饰电极的电化学发光传感器用于水中污染物邻苯二酚的检测。分别合成g-C_(3)N_(4)和UiO-66,将二者充分研磨、煅烧后,得到g-C_(3)N_(4)-UiO-66复合物。以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂配制1.0 g·L^(-1)的g-C_(3)N_(4)-UiO-66分散液,分取3.0μL,用滴涂的方式修饰到处理好的玻碳电极(GCE)表面,自然晾干后,得到g-C_(3)N_(4)-UiO-66修饰的GCE(g-C_(3)N_(4)-UiO-66@GCE)。以g-C_(3)N_(4)-UiO-66@GCE为工作电极,铂丝为辅助电极,Ag/AgCl为参比电极,将该三电极系统置于含有50 mmol·L^(-1) K_(2)S_(2)O_(8)的磷酸盐缓冲溶液(pH 7.5)中,采用循环伏安法在-1.6~0 V内,以0.1 V·s^(-1)速率进行扫描,记录加入邻苯二酚前后体系的电化学发光强度差值,即猝灭值。结果表明:体系电化学发光强度猝灭值与邻苯二酚浓度的对数呈线性关系,线性范围为1.0×10^(-5)~5.0×10^(-2)μmol·L^(-1),检出限为9.0×10^(-12)mol·L^(-1);用6根g-C_(3)N_(4)-UiO-66@GCE进行重现性试验,6次测定值的相对标准偏差(RSD)为3.3%;按照测试条件在-1.6~0 V内连续循环扫描31次,结果显示,加入邻苯二酚前后,测定值的RSD均小于4.0%;并且该传感器对对苯二酚、间苯二酚、葡萄糖、Na^(+)、K^(+)等干扰物质具有较好的抗干扰能力;用此电化学发光传感器分析自来水样品并进行加标回收试验,结果未检出邻苯二酚,回收率为98.4%,测定值的RSD(n=5)为3.8%。     

金属异头碳效应

异头碳效应是有机化学中经典立体电子效应的重要组成部分。异头碳效应可以解释吡喃糖中异头碳上电负性较大的取代基倾向于占据直立键,而非立体位阻更具优势的平伏键的现象。本文简要回顾了异头碳效应的发展历史及其重要应用,重点介绍了有机糖化学前沿的金属异头碳效应。当吡喃糖中异头碳上连接金属元素时,可以通过改变金属的种类、价态、配体以及底物结构有效调控金属异头碳效应。通过科研反哺本科教学,有助于化学相关专业学生进一步加深对金属异头碳效应这一新兴研究领域的理解和认识。     

“碳中和”背景下高分子材料与工程专业课程教学改革

在“碳中和”背景下,高等教育的教育理念和教学模式应围绕国家可持续发展战略对新型人才的需求而做出调整。结合本校高分子材料与工程专业的特点和发展方向,在强化基础理论和知识的基础上,将本专业课程在教学内容、教学方法和课程思政元素融入等方面进行了系列改革和探索,重点培养学生的“碳中和”理念、创新意识和实践能力,以便进一步提高本专业人才培养质量,满足“碳中和”目标下国家对相关人才的需求。     

胍胶压裂液体系有机硼交联剂合成研究进展

胍胶压裂液是目前压裂作业中应用最多的工作液,但存在胍胶用量高、残渣量大、储层伤害严重的问题。有机硼交联剂因交联性能优异、延迟交联易调控、压裂液破胶彻底、可降低胍胶用量、减少胍胶残渣对储层的伤害,是目前胍胶压裂液体系交联剂的主要研究方向。文章介绍了胍胶压裂液体系有机硼交联剂的研究进展,探讨了有机硼交联剂的交联作用机理,重点总结了有机硼交联剂的合成研究情况,在此基础上对今后发展方向进行了展望。从合成研究情况来看,有机硼交联剂主要有多种配体复合制备、长链多头极性有机胺硼制备、纳米交联剂制备三种方式,在降低胍胶用量、提高压裂液携砂性能方面表现优异。今后研究中应以提高交联效率为关键,长链多头极性结构是主要研究方向,有机配体的优选和反应设计将是研究的核心问题。     

中药碳点的合成及其在生物成像和医学治疗方面的应用

碳点(Carbon dots, CDs)作为一类粒径小于10 nm新型零维光致发光纳米材料,具备可调荧光发射和激发波长,良好的光稳定性、水溶性和生物相容性、低毒性等显著优势,近年来得到了学者们广泛关注。以富含多种活性成分并可发挥多种药效作用的中药(Traditional Chinese Medicines, TCM)为碳源,制备出具有一些特殊功能的中药CDs(TCM-CDs),进而有望发挥出更大的药用价值。本文详细介绍了中药CDs的合成方法及每种合成方法的优缺点,全面综述了中药碳点在生物成像和医学治疗方面的最新研究进展,并对中药CDs研究的重要性及面临的主要问题及挑战和未来的发展方向进行了展望。     

过硫酸铵氧化多孔碳/聚十六烷基三甲基溴化铵修饰电极灵敏检测铜离子

以壳聚糖为原料,通过高温热解法制备了多孔碳(PC),再用过硫酸铵(APS)氧化后得到APS氧化PC(APS-PC)。经APS氧化后的PC表面含氧官能团增多,既提高了其表面润湿性又增强了其对重金属离子的吸附能力。基于APS-PC及聚十六烷基三甲基溴化铵(p-CTAB)的高导电性、大比表面积和良好的吸附性能,构建了一种灵敏检测Cu²⁺的电化学传感器。采用差分脉冲阳极溶出伏安法(DPASV)和电化学交流阻抗法(EIS)表征了传感器的电化学性能,并考察了电聚合十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)圈数、APS-PC的修饰量、缓冲溶液种类、溶液pH、搅拌速率、沉积电位及沉积时间等条件对传感器响应的影响。在最优条件下,该传感器对Cu²⁺的检测线性范围为0.25～25μg·L^-1,检出限为0.04μg·L^-1。该传感器具有良好的抗干扰性能、重现性和稳定性,应用于检测实际样品中的Cu²⁺含量,与石墨炉原子吸收光谱法(GFAAS)测定结果接近,加标回收率为86.0～96.4%。     

基于中空多孔金纳米/石墨烯复合纳米材料的葡萄糖氧化酶直接电化学及其生物传感研究

采用溶液相牺牲模板法制备中空多孔金纳米粒子（HPAuNPs）,并将该材料与还原氧化石墨烯（rGO）复合,用于葡萄糖氧化酶（GOx）在玻碳电极（GCE）表面的有效固定,构建GOx/HPAuNPs/rGO/GCE传感界面。利用扫描和透射电镜、X射线光电子能谱、X射线衍射谱、红外光谱及电化学等方法对材料的形貌与结构,GOx的固定化过程,以及传感器的直接电化学和电催化性能进行表征。结果表明,HPAuNPs和rGO的协同作用能有效促进GOx与电极之间的直接电子转移（DET）。基于GOx/HPAuNPs/rGO/GCE对葡萄糖的良好电催化性能,该方法有效实现了对葡萄糖的高灵敏度检测,其电流响应的线性范围为0.05～7.0 mmol/L,检出限（S/N=3）为16μmol/L。该传感器具有良好的选择性、重现性及稳定性,对实际样品血清中血糖的测定结果令人满意,回收率为98.0%～103%,相对标准偏差不大于5.0%。