甲酸处理对微藻油脂提取的影响

采用易于回收的有机酸处理微藻细胞,以微藻Chlorella protothecoides为原料,系统研究了甲酸处理对微藻油脂提取的影响.结果表明,甲酸能有效破碎微藻细胞,最终油脂得率和脂肪酸甲酯(FAME)得率均与传统无机酸热法相当.甲酸浓度、温度和处理时间对油脂提取有显著影响.当甲酸浓度为88%,液固比为6 m L/g,100℃下处理30 min,Chlorella protothecoides油脂得率为49.2%,FAME得率高达92.1%.甲酸处理提取到的微藻油脂脂肪酸组成与无机酸热法结果无明显区别.Chlorella protothecoides油脂主要含有5种脂肪酸,其中C18∶1含量最高.实验还考察了甲酸处理对Nannochlorum sp和Nannochloropsis oceanic的适用性,结果表明,对于不同微藻原料,甲酸处理提取到的微藻油脂得率和FAME得率均与无机酸热法结果相当.     

阿维菌素纳米水分散体的制备、表征及稳定性

利用阿维菌素具有2个活性羟基的特性,设计合成了一种具有阿维菌素结构单元的阴离子型聚氨酯分散剂,采用核磁共振和红外光谱表征了其结构.利用分散剂与阿维菌素结构的相似性,将溶有阿维菌素的分散剂溶液加入水中,制备了阿维菌素的纳米水分散体.研究分散剂中羧基含量及其分子量对分散体粒径的影响,结果表明,随着羧基含量的增加,分散体粒径逐渐降低,适当控制分子量有助于改善分散剂的分散能力.透射电镜显示分散粒子具有近似球形的形貌,粒径在20~40 nm之间.纳米分散体具有较高的离心稳定性和稀释稳定性.     

基于离子液体的超级电容在3 V及65 oC老化条件下的铝碳界面效应

相比于传统乙腈电解液体系的超级电容器,离子液体基超级电容器具有工作窗口电压高,能量密度大,不可燃等优点,适用于碳中和时代清洁但不稳定电力领域的大规模储能。然而,目前的工作主要集中在对纽扣型离子液体-超级电容器的研究上,有关软包式离子液体-超级电容器的长循环寿命评测的报道较少。构建可靠的超级电容器用于长时间测试或在高温下开展加速老化测试,应考虑集流体/电极界面的良好接触,以最小化电荷转移电阻。本文以包覆不同碳层的泡沫铝为集流体,研究了超级电容器新系统中的碳-铝界面效应。通过环氧树脂薄膜碳化得到的均匀无定形碳层,相比通过PVDF粘附石墨烯碳层,赋予了铝相和碳相更强的相互作用。此外,为了充分挖掘大离子尺寸的离子液体电解液的潜力,本文采用介孔碳电极实现离子在介孔间的快速扩散。因此,本工作首次制备了由介孔碳电极、离子液体电解液和覆碳三维泡沫铝集流体组成的新结构软包式超级电容器。以自制的容量为37 F的不同软包式超级电容器件,通过3 V、65 ^oC、500 h加速老化试验,研究了其时间依赖性的电化学性能,包括CV测试、恒流充放电测试、电容值、接触电阻、电化学阻抗谱等。相比石墨烯包覆的泡沫铝基器件,无定形碳层包覆的泡沫铝基器件表现出更高的电容保持率。此外,我们还对ESR进行了等效电路拟合,并深入分析了接触电阻、电荷转移电阻、韦伯电阻,研究了C-Al界面对高能量密度超级电容器的高性能和稳定性的影响。500小时老化测试前后的极片表征证实了上述结果。高温、高压条件使粘附石墨烯碳层的泡沫铝界面结构不可靠。而泡沫铝表面原位包覆的碳层在老化过程中表现出较强的相互作用和稳定的结构。这些坚实的数据为面向高能量密度、高功率密度和长循环寿命,进一步优化高窗口电压超级电容器提供了充足的信息。     

二维金属有机框架材料的合成及电催化应用

二维金属有机框架材料(MOFs)由于具备高比表面积、 多孔性以及丰富的活性位点等优异特性而受到广泛关注, 并且在电催化领域展现出巨大的应用潜力. 研究者们已在二维MOFs的可控制备与电催化性能调控方面取得许多突破性进展, 显示出相关研究对开发高性能电催化剂的关键作用. 本文总结了二维MOFs的自上而下和自下而上合成策略以及二维MOFs衍生物的典型合成方法, 概述了二维MOFs在各尺度下的电催化性能调控策略, 并介绍了各种合成方法和调控策略在电催化中的应用. 最后讨论了该领域面临的挑战, 并对未来的发展方向进行了展望.     

电子束敏感材料的原子尺度结构研究

分子筛和金属有机骨架(MOF)材料以其独特的孔道和骨架结构在催化、 储能、 干燥及净化和吸附分离等领域有着广泛应用, 对其结构的原子尺度表征对于深入理解其构效关系具有重要意义. 但其大孔道结构和有机骨架使得它们对电子束辐照极为敏感, 在常规透射电镜成像模式下结构会很快被破坏变为非晶, 从而无法获得孔道和骨架的原子排列信息. 最近发展起来的基于积分差分相位衬度扫描透射电子显微(iDPC-STEM)技术在电子敏感材料和轻元素组分成像方面展现出明显优势, 使得对多孔骨架材料及烃池物种的表征成为了可能. 本文综述了本课题组近期利用该技术对分子筛和MOF材料原子尺度结构方面的研究. 将iDPC-STEM技术应用到ZSM-5分子筛催化剂中, 实现了对该分子筛的原子级骨架结构的成像分析. 在MOF体系中, 利用该技术观察到MIL-101骨架内部有机连接体与金属节点的配位方式, 在此基础上解析了MIL-101结构中有机配体的连接和金属节点的苯环结构, 并观察了MOF的原子级表面、 界面和缺陷等局域结构特征. 最后对iDPC-STEM技术在原子尺度成像方面的应用潜力进行了总结与展望.     

影响高浓度氧化石墨烯分散液流变行为的重要因素及群体平衡动力学分析

氧化石墨烯(GO)片的基面和边缘上存在大量的含氧官能团,能很好地分散在水中,因而具有很好的加工性和广阔的应用前景。在较高浓度范围下,GO水分散液中存在着强烈的竞争性相互作用,从而对流变行为产生较大影响。在本文中,通过稳态、动态等流变实验以及理论分析,研究了pH值、温度和不同的有机溶剂对GO分散液流变行为的影响。结果表明,降低pH值、适当增加温度以及加入吡啶均可促进GO水分散液从粘弹性液体到凝胶态的转变。利用DLVO (Deryagin-Landau-Verwey-Overbeek)理论,探讨了GO片之间的范德华作用力以及双电层排斥作用的相互关系,及其对流变性能的影响。通过群体平衡模型(PBE)分析了GO分散液的屈服应力与体积分数的正相关关系。同时,通过蠕变和松弛实验发现,高浓度的GO分散液中结构变化及流变行为在很多方面与高聚物相似,利用Poyting-Thomson模型能较好地拟合其粘弹性行为。上述研究结果为深入研究复杂的GO分散体系提供理论支撑和实验依据。     

支化侧链偶氮无规共聚物中空和类囊泡聚集体研究

研究了支化侧链型偶氮无规共聚物(PMAPB6P-AA)在THF/H2O混合溶液中的自组装行为.研究发现,通过缓慢增加体系的水含量,可以制备出具有中空结构的非球形聚集体.调节聚合物的初始浓度,可以得到不同粒径的聚集体.聚集体中偶氮生色团的光致异构化速率与异构化程度随聚合物初始浓度的增大而减小.在此基础上,采用更加缓慢的增加水含量的方法,使聚合物分子进行充分的疏水聚集与H-聚集,制备出类囊泡状聚集体.在紫外光照射条件下,观察到类囊泡聚集体发生了光致解聚集.     

氟离子与磺化反应改性多壁纳米碳管催化剂的制备、表征及催化酯化反应合成油酸甲酯性能

通过高温浸渍法,对多壁纳米碳管进行了氟离子与浓硫酸磺化反应修饰改性处理,制备了一种新型Lewis酸型催化剂F^--SO₄^2-/MWCNTs,并通过透射电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、吡啶吸附红外光谱、X射线荧光光谱、X射线衍射和NH₃程序升温脱附等表征手段对其的物理化学性能进行了表征分析,进而对多壁纳米碳管经F-与浓硫酸磺化反应修饰改性后所出现的结构与催化性能变化的内在影响规律进行了探索。以F^--SO₄^2-/MWCNTs为催化剂,以甲醇和油酸为原料,对其在应用于催化酯化反应合成油酸甲酯过程中的活性进行了研究。结果表明：当反应温度为65℃、醇油物质的量之比为12：1、催化剂质量占反应物总质量的0.9%、反应时间为6 h,油酸的转化率最高,达到了90%。高催化活性可归因于随着氟元素的加入,提高了SO₄^2-的插层作用效果,从而增加了酸性活性位的数量;此外,S=O键具有电子诱导效应,而F-有强负电性,两者之间发生强烈的相互作用后形成了F-S键,使S=O的吸电子效应大幅度增强,从而加剧了F^--SO₄^2-/MWCNTs催化剂的体系电荷不平衡趋势,导致催化剂中的正电荷过剩,使催化剂中的酸性活性位以Lewis酸为主,有效的避免了单纯磺化反应作用所生成的催化剂的酸性活性位以Brönsted酸型为主,而易在富含水的反应介质中发生水合作用而降低,甚至失去催化活性的现象发生。     

聚吡咯纳米线凝胶的模板制备及储能与电化学传感性能

以配位聚合物凝胶为模板, 构筑均一的聚吡咯纳米线网络, 聚合后经简单处理除去模板, 得到性能优异的聚吡咯凝胶. 结果表明, 模板法合成的聚吡咯凝胶为由均一纳米线组成的三维网络结构, 具有良好的力学性能、 较大的比表面积及优异的电化学特性, 在0.28 A/g电流密度下, 比电容可达450 F/g, 在2.8 A/g电流密度下充放电1000次, 比电容仍可保持88.6%. 聚吡咯纳米线网络凝胶经葡萄糖氧化酶负载后得到柔性传感电极, 对低浓度(0.2 mmol/L)的葡萄糖具有快速响应性能, 有望用于超级电容器及生物电化学传感器等领域.     

超长碳纳米管的结构调控与制备：进展与挑战

碳纳米管由于其优异的性能和广泛的应用,在过去近三十年中引起了研究者广泛的研究兴趣。在众多不同类型的碳纳米管中,超长碳纳米管由于具有厘米级甚至分米级以上的宏观长度和相对完美的结构,展示出了优异的力学、电学、热学等多方面的优异性能,在透明显示、微电子产业、超强纤维、航空航天等领域具有广阔的应用前景。超长碳纳米管的结构控制制备是充分开发其优异性能并实现其实际应用的关键。在过去二十多年间,超长碳纳米管的研究取得了重要的进展。但同时,在结构控制与批量制备方面也面临巨大的挑战,还存在许多尚未解决的科学与技术难题,从而限制了其实际应用。本文对超长碳纳米管的生长机理、结构控制、选择性制备以及优异性能方面的进展及其背后的创新思想进行了系统的回顾;与此同时,讨论了超长碳纳米管近年来的研究进展、目前面临的挑战和未来的重点攻关方向。期望本文能为超长碳纳米管的可控合成、批量制备以及未来应用提供更多的启发和借鉴,为早日实现高质量超长碳纳米管的宏量制备和产业化起到一些推动作用。