亲水性两性离子聚合物刷的构象与结构

本文应用分子场理论,研究暴露于水蒸气中的亲水性两性离子聚合物(HP)刷的构象与结构.理论模型考虑HP-水(P-W)氢键和水-水(W-W)氢键效应,以及HP单体之间的偶极-偶极相互作用.研究发现,P-W与W-W氢键决定着HP的水合性,P-W氢键形成,会诱导HP刷溶胀.我们通过考察HP单体间的偶极-偶极相互作用发现,随着偶极-偶极相互作用增强,HP链在垂直培基表面沿着链方向,形成了结节状结构.这是由于HP单体之间的偶极-偶极静电吸引作用导致单体间汇聚结节,这种结节在刷内产生了较强的排斥体积作用,因此,这种HP刷具有抗污性能.在较高的接枝密度环境下,由于HP链间单体之间的偶极-偶极静电吸引作用,会形成链间单体-单体的结节,在刷内形成结节网络状凝胶结构,这种结构的出现,会使得HP刷呈现极强的抗污性.另外,当体系中水蒸气浓度增加、水合相互作用增强时,增加的P-W氢键将平衡HP单体之间的偶极-偶极相互作用,使得结节解开,聚合物链伸展.我们的理论结果符合实验观测,由此表明,P-W氢键效应,以及HP单体之间的偶极-偶极相互作用决定着HP刷的构象转变和结构特性,刷内出现的两性离子聚合物链内单体间的结节和链间单体结节状凝胶结构,是两性离子聚合物刷呈现较强抗污性的本质特性.     

一种温敏型超大孔生物分离介质的制备及表征

采用改性琼脂糖对超大孔聚苯乙烯微球进行亲水化修饰(Agap-PS),通过酰基化反应在微球表面引入溴乙酰基(Agap-PS-Br),然后利用原子转移自由基聚合(ATRP)反应在Agap-PS-Br表面接枝温敏聚合物刷,得到一种温敏型超大孔生物分离介质(Agap-PS-PNIPAM).考察了配体、催化剂、溶剂和温度对N-异丙基丙烯酰胺ATRP反应的影响,在优化条件下PNIPAM的接枝量达到了15.07 mg/m2.采用红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、压汞分析、激光共聚焦和蛋白吸附等手段对温敏型超大孔生物分离介质进行一系列表征,结果表明接枝温敏聚合物刷后Agap-PS-PNIPAM具有良好的温敏性,没有堵塞微球的超大孔,微球对蛋白的非特异性吸附大大降低.由于温敏聚合物刷发生了从亲水到疏水构象的转变,40℃时Agap-PS-PNIPAM对蛋白的吸附量是25℃时的2.69倍.压力流速实验表明Agap-PS-PNIPAM柱具有背压低、渗透性和机械稳定性好的优点,同样地由于PNIPAM链在40℃时收缩,此时Agap-PS-PNIPAM柱的床层渗透系数比25℃时提高了15.7％.     

吸电子和亲水性Co-卟啉促进电催化氧还原反应的研究

研究影响电催化氧还原反应活性的因素对于合理设计高效的氧还原反应催化剂至关重要。调节催化剂电子结构通常被用于精确调控电催化氧还原反应活性。然而, 该反应发生在液/气/固界面, 很少有报道调控分子催化剂的亲疏水性来提高其催化活性。在此, 我们报道了两种钴卟啉NO₂-CoP（5,10,15,20-四（4-硝基苯基）钴卟啉）和5F-CoP（5,10,15,20-四（五氟苯基）钴卟啉）并研究了其电催化氧还原反应性能。通过同时调控meso-位取代基的电子结构和亲水性能, NO₂-CoP显示出比5F-CoP更高的电催化氧还原反应活性, 其半波电位向阳极方向移动近60 mV。NO₂-CoP比5F-CoP具有更好的亲水性。理论计算表明, NO₂-CoP比5F-CoP更容易有效地与O₂分子结合形成Co^III-O₂^·-。这项工作提供了一个简单而有效的策略, 通过使用吸电子和亲水取代基来提高钴卟啉的氧还原反应活性。该策略对于设计和开发其他用于电催化的分子催化剂体系也具有重要的启发意义。     

双功能改性的T型分子筛膜用于有机溶剂脱水

将3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）引入到T型分子筛膜表面,用以修饰多晶膜合成过程中产生的缺陷。X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和FT-IR等方法的表征结果显示,APTES通过“键合”的形式被成功地修饰到膜表面上。APTES层起到2个作用：一是提高膜的亲水性;二是减少膜层的缺陷。将修饰后的膜应用在348 K、90%的异丙醇水溶液的脱水时,该膜表现出比较高的分离因子和通量。该方法重复性良好,5个修饰后的膜样品的选择性平均增加了大约8倍（从359±23增加到2 934±183）,而渗透通量仅仅从（3.52±0.10） kg·m^-2·h^-1降低到（3.06±0.14） kg·m^-2·h^-1（减少13.07%）。在363 K下,修饰的膜经过100 h的连续测试,膜渗透测得的水含量均可达到99.50%以上,表明修饰后的膜性能较稳定。     

聚乙烯醇载银海绵的制备及界面光热驱动水蒸发性能

利用光热材料的太阳能水蒸发技术是一种绿色、 环保地解决淡水资源短缺的重要技术, 但光热材料的制备成本、 蒸发效率和热损失等因素限制了其推广应用. 本文采用一锅法制备了聚乙烯醇载银海绵(AgNPs/PVA)太阳能界面蒸发器, 并研究了AgNPs含量对AgNPs/PVA在太阳能驱动水蒸发过程中光热性能的影响. 研究结果表明, 当AgNPs的质量为PVA的10%时, 制备的AgNPs/PVA在1 kW/m ²的太阳光强度下具有最优的蒸发速率, 水蒸发速率可达1.62 kg?m ^?2?h ^?1, 为纯水(0.42 kg?m ^?2?h ^?1)的3.9倍. 本文制备的AgNPs/PVA具有制备工艺简单、 亲水性能优良和蒸发性能良好的特点, 在太阳能驱动水蒸发领域具有较大的应用前景.     

三嵌段两亲性聚乳酸共聚物的合成及其PVDF共混膜的制备

利用原子转移自由基聚合法(ATRP)合成三嵌段两亲性聚乳酸共聚物聚乙烯吡咯烷酮-聚乳酸-聚乙烯吡咯烷酮(PVP-b-PLA b-PVP),然后将其与聚偏氟乙烯(PVDF)进行其混,制备PVP-b-PLA-b-PVP/PVDF共混膜.结果表明:PVDF膜表面致密,膜断面中指状大孔和海绵状孔同时存在,而共混膜表面多孔,指状大孔贯穿整个断面;与PVDF膜相比,共混膜的孔隙率和孔径增大,水通量提高了158.87％,接触角下降了16.70％,抗污染指标下降了64.7％.     

二氧化碳基脂肪族聚碳酸酯的功能化研究进展

简要介绍了二氧化碳基塑料的工业化进程,同时针对当前二氧化碳共聚物结构中缺少可反应基团、难以进行化学修饰导致的品种和功能单一、亲水性差等问题,介绍了二氧化碳基脂肪族聚碳酸酯的功能化研究进展,主要包括侧链含有双键、碳酸酯键和液晶基团的侧基功能化二氧化碳共聚物的合成与性能研究,以及二氧化碳共聚物的亲水性调制和刺激响应行为探索,试图为丰富二氧化碳基聚碳酸酯结构和性能提供借鉴.     

表面官能团化增强碳纳米笼超级电容器性能

以具有多级孔结构、高比表面积、良好导电性等特征的碳纳米笼（CNCs）为前体,采用硝酸氧化法在CNCs表面引入含氧官能团。以CNCs为超级电容器电极材料,在相同电流密度下,官能团化样品的比电容显著高于纯CNCs;在1A·g^-1下比电容最高可达到255F·g^-1,比纯CNCs的188F·g^-1增加了34%,这表明表面含氧官能团化能够显著提高CNCs的超级电容器比电容。在100A·g^-1的大电流密度下,硝酸氧化后CNCs的比电容保持在111~167F·g^-1,表明具有良好的耐大电流充放电性能。在10A·g^-1的电流密度下循环10000圈后,CNC-6M样品的比电容由196F·g^-1下降到176F·g^-1,样品的比电容仍保留90%,具有良好的循环稳定性。表面含氧官能团化CNCs所表现出的这种优异的超级电容器性能归因于CNCs的多尺度分级孔结构、高比表面积、良好的导电性、表面亲水性含氧官能团化带来的浸润性提高和引入的赝电容。     

含咪唑离子聚乙烯离聚体的合成与性能

利用双(β-二酮单亚胺)钛催化乙烯和5-碘甲基降冰片烯(IMNB)的配位共聚, 高效合成了高分子量、 窄分子量分布和组分可控的烯烃共聚物. 将该含有碘甲基侧基的共聚物与N-甲基咪唑进行亲核取代反应, 然后再与有机金属盐进行离子交换, 制备了一系列带有甲磺酸根(CH₃SO{}_{\mathrm{3}}^{-})、 三氟甲磺酸根(CF₃SO{}_{\mathrm{3}}^{-})或双(三氟甲磺酰)亚胺负离子(Tf₂N^-)的聚乙烯离聚体. 研究表明, 离子基团的引入会破坏聚合物的结晶, 熔融温度和结晶度均随着离子含量的增加而降低. 但离聚体的玻璃化转变温度却高于乙烯/IMNB共聚物, 表明离子基团之间的强相互作用抑制了链段运动.与共聚物前体相比, 聚乙烯离聚体表现出更高的热稳定性、 更好的亲水性和更高的抗拉强度. 当离子含量相同时, 聚乙烯离聚体的抗拉强度顺序为: CH₃SO{}_{\mathrm{3}}^{-}>CF₃SO{}_{\mathrm{3}}^{-}>Tf₂N^-, 而断裂伸长率呈现相反的趋势.     

Co9S8/MoS2异质结构的构筑及电催化析氢性能研究

利用前驱物形貌导向法,成功制备了Co₉S₈/MoS₂异质结构催化剂,该催化剂在碱性析氢反应（HER）中表现出优异的催化活性及稳定性,其在10 mA·cm^-2处的过电势仅为84 mV.通过X射线粉末衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、电子自旋共振（ESR）、拉曼光谱（Raman）、X射线光电子能谱（XPS）和同步辐射（XAFS）等表征,证明了CoS₂/MoS₂在H₂氛围下煅烧形成Co₉S₈/MoS₂的过程中,CoS₂中Co的配位模式从部分八面体向Co₉S₈中的四面体转变,这种转变可活化MoS₂的惰性平面,从而使其更有利于吸附H^*.除此之外,接触角数据表明：该催化剂具有良好的亲水性,有利于电解液渗透及气体分子的迅速扩散,从而促进HER反应速率.由于异质结构间具有强烈的相互作用,该催化剂可表现出良好的结构稳定性.本工作基于Co₉S₈/MoS₂异质结构的成功构筑及对其HER催化机理的充分探讨,为后续硫化物异质结及其在电催化中的应用提供了良好的思路和研究基础.