电化学控制产生纳米氧气气泡及其对电化学聚合吡咯形貌的影响

利用原位电化学原子力显微镜(in-situ EC-AFM)研究了纳米氧气气泡在高定向热解石墨(HOPG)表面的电化学控制产生与生长. AFM原位图像表明电化学产生的氧气在HOPG表面形成了纳米气泡, 并且纳米气泡的产生与生长可以通过改变外加电压和反应时间来进行控制. 随后, 研究了电化学产生的纳米氧气气泡对于在HOPG表面电化学聚合吡咯反应的影响, 结果表明伴随聚合反应过程产生的纳米氧气气泡使得生成的聚吡咯膜表面形成了气泡状的缺陷.     

透射电子显微镜下原位观察石墨烯液体池中水的辐解和凝结

利用石墨烯液体池技术,将液体水束缚在两层石墨烯之间,实现透射电子显微镜下纳米尺度液相反应的原位动态观察。通过对电子束的精确调控来控制水的辐解和凝结行为:若先在高电子剂量率下辐照液体,我们发现回到低剂量率后一系列纳米气泡在水中有序地析出并发生长大。界面反应是纳米气泡生长的限制因素,且新生的气泡的生长会抑制既有气泡的长大行为。进一步分析表明气泡内的气体处于致密的压缩态,体系内总的分子数随时间近似线性增加。而持续以相对适中的恒定电子剂量率作用,水辐解产生的气泡中又出现纳米水滴的凝结,并重复地长大/消失。该结果对于研究纳米限域环境下气/液界面反应等重要过程具有参考价值,同时有助于深入理解液体透射电镜下电子束效应对实验的影响。     

纳米棒和纳米片构建的CuO空心微球可控合成及其形貌依赖的声催化活性

在180℃下,CuCl_2和NH_3·H_2O水热反应制备了纳米片构建的CuO空心微球。在上述体系中,加入乙二醇,制备了纳米棒构建的CuO空心微球。其形成机理是以NH_3气泡为模板的原位吸附生长过程。以酸性大红为例,比较了两者的声催化性能,结果表明,纳米棒构建的CuO空心微球声催化性能强于纳米片构建的CuO空心微球。     

微/纳米气泡在多孔介质材料制备中的模板作用

近年来的研究发现,在液相中和固液界面产生的微小尺寸气泡,不仅可具有异乎寻常的高稳定性,其物理化学性质也较为独特,由此在生物医药、环境污染治理、功能性材料制备等领域的重要应用前景逐渐引起人们的关注.本文介绍了微/纳米气泡的定义、分类和基本性质,并简要介绍了本课题组在体相微/纳米气泡的控制生成、稳定机制及应用方面的研究进展...     

纳米沸石修饰微通道反应器内固定化酶催化的水解反应动力学

通过在毛细管内层叠层组装纳米沸石并固定脂肪酶来构建纳米沸石修饰的固定化酶微反应器通道,将纳米沸石良好的生物相容性和高的酶固定能力与微反应器反应效率高、扩散传质快等优点相结合. 以对硝基苯棕榈酸酯的水解作为探针反应对该微反应器内固定化酶催化水解反应动力学进行了研究和计算,并与普通反应器内同样的反应进行比较. 通过对比米氏方程参数,证实在微反应器内酶催化水解反应效率可比普通反应器内提高3倍以上并可提高酶和反应底物的亲和能力.     

基于纳米气泡的化学测量

在自然界与工业生产中,许多重要的化学反应过程涉及气体的产生和消耗.研究化学反应中气体分子在界面处形成的纳米气泡,一方面有助于我们调控气泡的产生并提高反应效率,另一方面可以促进我们对成核过程微观本质的理解,并提取反应本身的特征信息如催化剂反应活性等.针对化学反应中动态形成的纳米气泡,研究的手段主要包括光学成像与纳米电化学测量等.本文重点综述了纳米气泡的研究意义、多种检测技术的原理和特色,以纳米气泡在单颗粒催化剂的活性表征和电极表面成核机理研究为例介绍了研究现状及面临的主要挑战,最后展望了其未来的发展趋势.     

固液界面纳米气泡研究

固液界面纳米气泡是近十年来表面科学的重要发现之一。从利用原子力显微镜(AFM)在固液界面上观察到纳米气泡以来,科学工作者们已经证实了纳米气泡在固液界面上存在。由于其在微机电系统(MEMS)、微生化系统、表面科学、流体动力学等领域潜在的应用价值,各国学者们对纳米气泡的自身性质及影响因素已经开展了多方面的研究。但纳米气泡稳定性(反常的长寿)的原因仍然是未解决的问题之一。本文综述了纳米气泡的形成及影响因素,重点评述了纳米气泡稳定性理论,包括线张力理论、动态平衡理论、杂质理论和克努森气体理论等。同时,介绍了固液界面纳米气泡的应用,并展望了未来研究的重点和方向。     

固液界面纳米气泡的研究进展

根据经典热力学理论,在水中纳米级的气泡难以长期稳定存在.近年来却有大量的实验结果表明固液界面存在纳米气泡,原子力显微镜也直接观察到了纳米气泡.有关纳米气泡的研究具有巨大的理论和实际意义,它对表面科学、流体动力学、生物科学以及一些应用领域都有深远的影响.纳米气泡会引起流体在界面的滑移,减少流动阻力,并与表面粘附、胶体分散、矿石浮选、废渣处理等方面密切相关.目前关于纳米气泡的研究才刚刚开始,对于它的基本物化性质的了解还不多,但其重要性已经引起相关领域的极大关注.本文综述了从提出纳米气泡存在一直到实验证明的过程、纳米气泡的形成机制和形貌、分布特征等基本性质以及纳米气泡的存在对疏水长程作用和流体滑移的影响,并阐述了生物学中一些与纳米气泡存在有关的问题.     

聚甲基丙烯酸纳米水凝胶的水相合成及其磁性功能化

利用十二烷基硫酸钠/吐温20复配表面活性剂和原位生成的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)种子乳胶,发展了一种可在全水相中"绿色"合成较高浓度的聚甲基丙烯酸(PMAA)纳米水凝胶的新方法.以PMAA纳米水凝胶为前驱体,采用原位氧化沉淀法制备了磁性PMAA纳米微球.利用动态光散射法、FTIR分析、TEM观察、振动样品磁强计测试(VSM)、热重分析(TG)等对纳米水凝胶和磁性微球进行了表征,并探讨了PMAA纳米水凝胶的形成机理.结果表明,吐温20与MAA和PMAA间的氢键作用,促成了交联PMAA/吐温20复合物层在PMMA种子乳胶表面的选择性生长,导致生成了具有核壳结构的PMAA纳米水凝胶.PMAA纳米水凝胶表现出良好的p H响应性,当介质的p H值由1增加至6时,其流体力学体积扩张了近50倍.磁性PMAA纳米微球具有超顺磁性,其饱和磁化强度高达50 A·m~2/kg.     

高耐光/耐化学性的核壳型荧光纳米微球的制备

选取不溶于水的、光/热稳定性优良的荧光溶剂染料, 采用改进的细乳液(Miniemulsion)聚合反应, 将染料分子以分散状态牢固地嵌入交联的纳米聚合物基质中, 然后结合种子聚合反应技术构建生物相容性壳层, 制备出发射橙、黄、绿和青色光的系列核壳型荧光纳米微球. 获得的核壳型荧光纳米微球的平均粒径小于40 nm, 粒度较均一, 其水胶体具有优异的储存稳定性, 较高的光/化学稳定性和发光效率; 纳米微球的交联壳层表面富含与蛋白质、核酸等相容的羧基. 该制备方法简便可控, 原材料易得, 成本低廉, 也可选用含氨基、巯基和羟基等化学修饰基团的壳层单体来构建多样化的纳米微球壳层.