验证“牺牲阳极法”的教学实验改进*

根据化学学科核心素养下对化学实验的要求,对人教版教材中“验证牺牲阳极法”实验提出一种改进实验方案。采用被隔成2个区域的废弃饭盒作反应容器,采用镁条作阳极金属,可以实现反应进行与结束的可控化、对照效果的可视化和操作的简便化。该套改进实验装置既适用于演示实验,也适用于学生分组实验对牺牲阳极法的应用效果进行探究,进而掌握科学探究的方法。     

透明超疏水材料的制备及其应用

超疏水材料由于其独特的非浸润性引起人们的广泛关注,近年来得到迅猛发展,各种适用于不同领域的功能性超疏水表面应运而生。其中,透明超疏水材料因其在光学领域的特殊贡献受到人们的青睐。透明疏水涂层技术对于实际应用具有重要的意义,透明涂层不仅可以满足光学器件防护的高透光率,还可以维持防护本体的基本外观,在自清洁、防污、防冰防雾、防腐蚀等领域都展示出广阔的应用前景。本文系统地阐述了超疏水表面以及其中功能性的透明超疏水表面的最新进展、表面的设计、制造和重要应用。尽管已经取得了重大进展,但是目前超疏水材料在耐久性方面还存在诸多问题,例如,容易被机械外力破坏、极端环境下表面的超疏水性质不稳定以及老化等问题,限制了透明疏水涂层技术的大范围应用。在未来的研究中,一方面继续丰富相关的理论知识,为透明疏水涂层技术的应用提供更多的理论支持,另一方面,提高涂层的透明度和机械耐久性能仍是未来研究的重中之重。     

基于邻苯二胺氧化反应的生物分子比色/荧光探针

邻苯二胺(OPD)易被多种氧化剂氧化生成黄色荧光物质2, 3-二氨基吩嗪(OPDox),这一独特响应机制为反应型比色/荧光探针的设计提供了思路。基于OPD氧化反应的比色/荧光探针已被广泛应用于金属离子和有机小分子的检测中。近年来,由于该类探针灵敏度高、响应速度快、抗干扰能力强,在对细胞和组织内生物分子的识别方面备受青睐。本文综述了近年来(2014~2021年)基于OPD氧化反应的比色/荧光探针对生物硫醇、活性氧、尿酸、酶、抗原等重要生物分子检测的研究进展,并对此类探针的应用问题和发展前景进行了评述。     

吡嗪-2,3-二羧酸铈的合成及其对聚氯乙烯热稳定性的作用

以吡嗪-2,3-二羧酸为配体,氨水,硝酸镧为原料,制备吡嗪-2,3-二羧酸铈。经FTIR、元素分析和TG-DSC等方法表征,确定其分子结构和分子式Ce₂(C₆N₂O₄)₂(NO₃)₂·5H₂O。通过静态热稳定实验研究吡嗪-2,3-二羧酸铈的热稳定性和硬脂酸钙、硬脂酸锌等辅助类热稳定剂的热稳定性。为了提高配合物的热稳定性,将配合物与硬脂酸锌、季戊四醇进行二元复配和三元复配,并进行热稳定性分析。结果表明：当吡嗪-2,3-二羧酸铈、硬脂酸锌和季戊四醇的质量比为2:1:2时,其热稳定时间为39 min,并且抗变色性有了较大提高。吡嗪-2,3-二羧酸铈能够减缓聚氯乙烯（PVC）中HCl气体的产生,并且吸收PVC降解产生的Cl^-,与稀土离子结合生成CeCl₃,从而抑制PVC的降解,起到热稳定作用。     

纤维素纳米晶模板法制备多级孔炭材料及其电化学性能

以纤维素纳米晶(CNC)为模板,酚醛树脂为碳源,KOH为活化剂,通过高温碳化制备了多级孔炭材料.采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)等手段对合成的一系列炭材料进行了表征.结果表明,前驱体中CNC的降解会形成与CNC直径相当的介孔,KOH活化则会导致炭材料产生大量的微孔和大孔,以及部分4 nm左右较小尺度的介孔,所制备炭材料呈现明显的多级孔特性,其比表面积达554.7 m²/g,总孔体积为0.323 cm³/g.以CNC为模板,KOH活化的炭材料作为电极材料时,在1.0 A/g电流密度下其比电容达202.8 F/g,当电流密度升高至40.0 A/g时,其电容保持率仍达69%,表明该炭材料具有优异的倍率性能;由该电极材料组装的超级电容器在10000次充放电循环后,电容保持率达95%以上,具有良好的循环稳定性.     

一种新型催化发光传感器阵列用于化妆水的识别

采用3种纳米材料构建了一种新型的催化发光(CTL)传感器阵列,并测得10种化妆水在该传感器阵列上的CTL响应曲线.结果表明,不同化妆水在同一种纳米材料表面的CTL响应曲线存在差异;同一种化妆水在不同纳米材料表面的CTL响应曲线也不相同.通过动态时间规整算法(DTW)求算未知样的CTL响应曲线和化妆水模板CTL响应曲线之间的距离,建立三维坐标系,并检验DTW距离的限值,10种化妆水被正确识别.     

壳聚糖大分子链的形态调控及其在微悬浮聚合中的分散稳定作用

以易去除可回用的壳聚糖(CS)为分散剂,通过微悬浮聚合制备微米级的软硬质聚合物胶粒.考察不同酸碱度下水相介质中CS大分子链的质子化程度、亲疏水性和形态结构,及其对油水界面处CS存在形态的影响,进而评估其对剪切均质化所制单体液滴的分散稳定作用.发现通过调节体系pH值可较容易地控制CS大分子链的质子化程度、亲疏水性以及在单体液滴表面的吸附效率和铺展程度,进而可在弱酸性环境下调控微悬浮聚合体系中CS的分散能力和稳定效果.特别是当pH值在6.0左右时,CS大分子链质子化程度和亲疏水性适中,链内易形成具有一定内聚密度的高分子链收缩构象、链间易形成由多根CS链缠结而成的疏松聚集状态.在此状态下的CS链对苯丙单体液滴具有较强的分散能力和稳定作用,因而通过微悬浮聚合可制得形态结构规整、分散状态良好的聚合物粒子.进一步与微悬浮聚合常用的无机粉末类和高分子类分散剂进行应用效果比较,发现CS具有形态调控性好、分散稳定效率高、易去除能回用、特别适合制备软质微米胶粒等优点,是一种有别于无机粉末类和高分子类分散剂的新型微悬浮聚合分散剂.     

Gd3+/Yb3+掺杂ZnO量子点作为双模式磁共振/CT成像探针

基于结合磁共振成像(MRI)的高空间分辨率和CT成像的深穿透能力设计思想,在乙醇溶液中水解醋酸锌、醋酸钆和醋酸镱,制备了油酸稳定的Gd3+/Yb3+掺杂ZnO量子点(ZnO∶Gd/Yb),并对其表面进行了氨基修饰。研究了ZnO∶Gd/Yb量子点的弛豫性能、X射线吸收性能、细胞毒性及体外MRI和CT成像。当Zn2+,Gd3+,Yb3+的摩尔比为1.0∶0.12∶0.20时,ZnO∶Gd/Yb量子点展现了最高的弛豫效率6.06 mmol/(L.s)对X-射线的吸收能力也显著高于临床CT造影剂碘比醇。体外MRI和CT成像实验表明,当Gd3+的浓度为1.5 mmol/L时,T1加权MRI信号明显增强,当Yb3+的浓度为5 g/L时,可呈现清晰的CT图像。细胞毒性实验表明,ZnO∶Gd/Yb量子点的浓度低于1.5 mmol/L(Gd3+)时,量子点的毒性相对较低。     

偏硼酸锶催化剂光催化还原CO2合成CH4

采用溶胶-凝胶法制备出偏硼酸锶(SrB₂O₄)光催化剂. 紫外光催化还原CO₂合成CH₄(在液相水中)的实验证明: SrB₂O₄催化剂的光催化活性略高于TiO₂(P25). 利用X射线电子衍射谱(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、荧光(PL)光谱和紫外-可见(UV-Vis)漫反射吸收光谱等技术, 研究了SrB₂O₄ 催化剂的晶体结构、形貌和能带结构. 结果表明: SrB₂O₄ 的价带为2.07 V (vs normalhydrogen electrode (NHE)), 低于(H₂O/H⁺)的氧化还原电位E_redox^o (0.82 V (vs NHE)); 而导带为-1.47 V (vsNHE), 高于(CO₂/CH₄)的氧化还原电位E_redox^o (-0.24 V (vs NHE)). 因此, SrB₂O₄催化剂可以有效地光催化还原CO₂生成CH₄. 与TiO₂(P25)相比, SrB₂O₄催化剂具有相对较高导带, 光生电子的还原能力强于TiO₂(P25), 更有利于CH₄的生成, 从而决定了SrB₂O₄催化剂光催化还原CO₂合成CH₄具有较高的光催化活性.     

g-C3N4-BiOBr复合材料制备及可见光催化性能

利用原位沉积法将BiOBr纳米片生长到g-C₃N₄表面,制得g-C₃N₄-BiOBr p-n型异质结复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见漫反射(UV-Vis-DRS)和荧光光谱(PL)等测试对光催化剂结构和性能进行表征。通过可见光辐照降解甲基橙水溶液检测评估复合光催化剂光催化活性。研究结果表明:复合光催化剂由BiOBr和g-C₃N₄两相组成,BiOBr纳米片在片状g-C₃N₄表面快速形核生长形成面-面复合结构。相比于纯相g-C₃N₄和BiOBr,g-C₃N₄-BiOBr复合材料具有更强可见光吸收能力,吸收带边红移。在可见光辐照100 min后,性能最佳的2:8 g-C₃N₄-BiOBr复合光催化剂光催化活性分别是纯相g-C₃N₄和BiOBr的1.8和1.2倍,经过4次循环实验后,其降解率仍达84%,说明复合结构光催化剂催化性能和稳定性增强。复合光催化剂的荧光强度显著降低,说明光生载流子复合得到了有效抑制。复合光催化剂催化性能的提高归因于p-n型异质结促进电荷有效分离、抑制电子-空穴复合和吸收光波长范围的扩展,相比单一成分材料具有更好的催化活性和稳定性。自由基捕获实验证明,可见光降解甲基橙光催化过程中的主要活性成分为空穴,并据此提出了可能的光催化机理。