轮烷结构优化聚合物太阳能电池光伏性能

聚合度高低会影响聚合物太阳能电池(PSC)活性层的共混微观结构,导致其器件性能存在较大差异,一般在聚合度较低时,PSC的能量转化效率(PCE)通常因电荷传输受到影响而明显降低.为解决这一问题,本工作将环状化合物冠醚与聚合物以非共价键的方式组成轮烷结构,合成了四种具有不同冠醚含量且聚合度较低的给体材料PM6-C1、PM6-C2、PM6-C3和PM6-C4.在保留聚合物本身优异光电性质的同时,适量轮烷结构带来的非共价相互作用使活性层形成合适的纤维状网络结构和良好的相分离尺度,增强了器件的电荷提取效率,减少了陷阱/双分子复合,从而导致高的电荷传输与收集效率.基于PM6-C2的器件最终实现了16.23%的PCE,高于基于PM6-L的器件(15.33%),表明轮烷结构有助于改善聚合物太阳能电池活性层形貌,在PSC材料研究中具有极大的潜力.     

高分散共轭聚合物-金属有机框架纳米立方体的制备及抗肿瘤应用

纳米尺寸的金属有机框架材料兼具传统框架材料的规整孔隙、高比表面积,和纳米材料在活体中的高渗透和长滞留效应,被广泛应用于药物递送领域.然而,单纯递送化疗药物对肿瘤的治疗效果有限,通常需要联合其他治疗方式以提高治疗效果.本工作开发了一种普适的合成方案,用于共轭聚合物-沸石咪唑酯骨架-8(ZIF-8)复合纳米立方体的制备.借助表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵,将疏水共轭聚合物聚[2,6-(4,4-双-(2-乙基己基)-4H-环戊二烯并[2,1-b;3,4-b’]二噻吩)-alt-4,7(2,1,3-苯并噻二唑)](PCPDTBT)包裹在ZIF-8中,得到大小约60 nm的纳米立方体.接着,通过两亲性嵌段共聚物F127的修饰实现其在水溶液中的高分散性和胶体稳定性.该复合材料能够高效负载抗肿瘤药物阿霉素并实现酸响应的药物释放,有助于肿瘤的化疗.同时,ZIF-8的包裹也将PCPDTBT的光热转换效率大幅提升至42.5%,可用于高效的光热治疗.动物实验表明,通过化疗和光热治疗的联合,载药后的复合纳米立方体能够在激光照射下显著抑制肿瘤的生长且不会对正常组织造成明显损伤,是一种高效的抗肿瘤试剂.     

高强度银纳米线/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备及导电性能研究

近年来,导电水凝胶作为一种功能聚合物软材料在柔性电子器件领域显示出广泛的应用前景,因此发展高强度导电水凝胶的合成方法在基础和应用研究中均具有重要的价值.本文提出了一种制备高强度导电水凝胶的简便方法,利用银-硫配位作用实现一维银纳米线(AgNWs)与含硫有机聚合物的有效复合,在提高水凝胶强度的同时,赋予其高的导电性.具体制备步骤如下:首先通过1-烯丙氧基-2,3-环硫丙烷的开环聚合得到侧基带乙烯基的线性聚硫醚(P1),通过巯-烯click反应引入足够量的羧基,赋予其水溶性.修饰后的线性聚硫醚(P2)与一维AgNWs通过银-硫配位作用制备复合交联剂(AgNWs@P2).该交联剂与丙烯酰胺(Am)单体以过硫酸钾(KPS)为引发剂,在水溶液中进行自由基聚合制备银纳米线/聚丙烯酰胺复合水凝胶(AgNWs/PAm composite hydrogel, AC gel).高分辨场发射扫描电子显微镜的测试证实,AgNWs与P2在水凝胶中实现了纳米尺寸上的复合.刚性AgNWs的引入赋予水凝胶优异的力学强度,其拉伸应变和断裂强度可达到～4500%和～2.2 MPa.该水凝胶具有高导电性(σ=0.44 S/...     

磷酸氧钒钠纳米片的可控制备研究

基于磷酸氧钒钠的制备条件苛刻、颗粒粒径大和电导率差等问题,提出了一种制备纳米片状磷酸氧钒钠的新方法.通过特定条件下的表面能调控技术,实现纳米片状磷酸氧钒钠的可控制备.通过对不同生长时间的产物进行监测分析,研究了纳米片的形成过程.结合密度泛函理论(DFT)模拟计算,分析了片状磷酸氧钒钠的成片机理.调控不同硫酸根的添加量,研究了不同硫酸根条件下磷酸氧钒钠的微观形貌变化规律,验证了片状磷酸氧钒钠的成片机制.研究SO₄^2-离子在不同晶面的吸附改变了不同晶面的表面能大小,改变了磷酸氧钒钠晶核优势生长取向,实现了定向生长与自组装,最终获得了独特的纳米片状磷酸氧钒钠.由于独特的纳米片状微观形貌,所制备的片状磷酸氧钒钠具有更高的比表面积和压实密度.其比表面积为16.2m²/g,优于纳米颗粒状磷酸氧钒钠的4.3m²/g,压实密度达到1.86 g/cm³,高于颗粒状磷酸氧钒钠的1.77 g/cm³.此外,纳米片状磷酸氧钒钠还表现出优异的储钠性能.在0.1 C电流密度条件下,纳...     

具有可编程形状变形的热响应超分子水凝胶

形状记忆水凝胶(SMHs)作为一种智能软材料备受关注.目前复杂的制备工艺和缓慢单一的形状变形阻碍了其在智能柔性驱动器中的应用.本研究以丙烯酰胺(AAm)、α-甲基丙烯酸(MAA)、丙烯腈(AN)为原料,N,N,N′,N′-四甲基乙二胺(TEMED)为促进剂,利用氢键和偶极-偶极相互作用的协同效应,简单自由基聚合方法构建了热响应形状记忆超分子水凝胶(P(AMA)).研究结果表明,水凝胶具有高韧性(1.11±0.06 MJ/m³),高拉伸强度(0.22±0.02 MPa)和超过1000%的应变.可逆物理交联点的解离和重建赋予了水凝胶优异的热响应形状记忆行为:在10℃条件下5 min即可固定为临时形状,并在37℃条件下10 s内恢复原始形状.本研究构建的P(AMA)形状记忆超分子水凝胶具有易制备、低成本、坚韧和可编程形状变形等优点,在柔性驱动器、软机器人和电子皮肤等领域具有良好的应用前景.     

温度调控的动态湿度响应褶皱图案

本工作利用光响应温敏聚合物构筑了温控湿度响应褶皱图案,并探索其响应机制与应用.将1-乙烯基-3-蒽甲基氯化咪唑鎓(IMAN)、 N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)与聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(OEGMA)三元共聚物P(IMAN-co-NIPAM-co-OEGMA)作为表层,与聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底形成双层褶皱体系.蒽基团的光二聚交联能够使体系区域选择性起皱,含NIPAM结构的聚合物链则赋予其温度控制的湿度响应性.在室温、加湿条件下,该褶皱图案消失,其响应机制是聚合物吸湿过程中的模量降低和应力松弛;而在较高温度下,褶皱图案无法由湿度擦除,这是由于顶层聚合物链疏水性增强所导致的.这种同时具有光敏性与温度控制的湿度响应性褶皱图案,在湿度传感、智能显示、智能窗户等领域具有潜在的应用前景.     

光和热双重响应性rod-coil两亲分子的合成与溶液自组装行为

本文合成了一种单链的非离子型rod-coil两亲分子TriBAzoEO,分子中的偶氮苯基团和聚氧乙烯醚头基分别赋予其对光和热的响应性. TriBAzoEO降低表面张力的能力有限,但在水溶液中会形成蠕虫状胶束.其浓度越高,蠕虫状胶束越长,体系的黏度越大.紫外光激发可将TriBAzoEO中的偶氮苯从反式变为顺式构型,诱导蠕虫状胶束向球形胶束的转变,但可见光激发不能实现逆转变过程,这可能与聚集体中顺式TriBAzoEO分子间存在较强的π-π相互作用及较大的空间位阻有关. TriBAzoEO水溶液具备热增稠现象,这种热可逆转变由聚氧乙烯醚头基与水分子间氢键作用的变化所引起.升温会削弱氢键而降低TriBAzoEO的亲水性,促进更大结构蠕虫状胶束的形成而导致热增稠;降温后TriBAzoEO的亲水性增强,蠕虫状胶束结构恢复,体系的黏度降低.     

甘露糖修饰的微马达的制备及其免疫功能初探

为了开发集自驱动运动与免疫功能于一体的新型糖杂化材料,本工作设计并制备了一种甘露糖修饰的哑铃形微马达(Zincoxide/Polydopamine/Mannose微马达,简称ZnO/PDA/Man微马达),其不对称的哑铃结构会引起不均匀的离子分布,从而促使马达运动.该马达能量来源无生物毒性,能够在可见光的照射下,以纯水为燃料,实现离子型自扩散泳运动.通过调节可见光的强度和辐照方向,可实现马达运动速度和方向的精准调控.ZnO/PDA/Man微马达具有良好的生物相容性,且表面修饰生物活性的甘露糖苷可作为免疫激活剂使巨噬细胞极化.相比于传统免疫激活剂,ZnO/PDA/Man微马达有望在可见光照射下,实现肿瘤组织中的自由运动和深度渗透,在肿瘤免疫治疗领域具有潜在的应用价值.     

基于碳酸锰纳米氧化酶活性调控比色检测谷胱甘肽

纳米氧化酶是一类具有类似天然氧化酶催化特性的纳米材料.调控纳米氧化酶的催化活性在生物传感和临床诊疗等应用领域具有重要意义.本文通过一步水热法制备了具有高效类氧化酶活性的碳酸锰纳米颗粒(MnCO₃NPs),其能够快速催化溶解氧产生活性氧自由基,从而催化氧化无色底物3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)发生显色反应,其蓝色氧化态产物(ox TMB)在652 nm波长处展现出特征吸收峰.进一步研究发现,在该显色体系中加入谷胱甘肽(GSH)后MnCO₃NPs催化氧化TMB的反应受到抑制,蓝色产物ox TMB的生成减少, 652 nm处的吸光度减弱且与GSH的浓度在一定范围内呈线性关系.基于该原理,本文构建了一种基于MnCO₃NPs类氧化酶活性调控比色检测GSH的新方法,并成功将其用于血清中GSH含量的测定.借助智能手机的拍照和色度分析功能,本文还开发了一种利用智能手机作为检测终端的便携式分析方法用于GSH的检测,该方法有望进一步扩展到床边检测与疾病诊断.     

可见光催化的硅烷二氟烯丙基化反应

研究了在蓝光照射下,以奎宁环作为氢原子转移试剂,实现了硅烷与α-三氟甲基烯烃的无金属二氟烯丙基化反应,并且通过使用多种芳香族和杂环α-三氟甲基烯烃,均能成功得到二氟烯丙基硅烷.本研究为制备二氟烯丙基硅烷提供了一种高效且经济的克级合成方法.     

pH响应性树枝状聚合物-金纳米粒子复合药物载体的制备

以表面接枝聚乙二醇链的聚酰胺胺树枝状聚合物(PEG-PAMAM)为纳米载体, 在其内部空腔包覆金纳米粒子, 在金纳米粒子表面连接硫辛酸改性的阿霉素(LA-DOX), 从而间接实现了抗癌药物在PEG-PAMAM内的高效负载. 同时, LA-DOX中的酰腙键提供pH响应性, 实现了药物的pH响应性释放. 紫外-可见(UV-Vis)光谱表明, 包覆金纳米粒子的PEG-PAMAM纳米载体对LA-DOX的负载能力显著增强. 体外细胞实验表明, 负载LA-DOX的树枝状聚合物-金纳米粒子复合药物载体具有较强的抗肿瘤能力.     

聚-3,4-乙烯二氧噻吩导电聚合物纳米粒子的制备及性能

采用反向胶束合成法, 以二乙基磺基琥珀酸钠(AOT)形成的反胶束为模板制备了导电聚合物聚-3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)纳米粒子. 用紫外-可见-近红外光谱、红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜及透射电镜等手段对PEDOT粒子进行了表征. 研究了纳米粒子的导电性能并采用石英微天平(QCM)对纳米粒子的气敏特性进行了分析, 对相应导电机理及气体敏感机理进行了讨论.     

可见光促进(氮杂)芳香胺与重氮乙酸乙酯的N-烷基化反应

本工作利用可见光催化剂和Lewis酸双催化体系,在可见光条件下实现了重氮乙酸乙酯与苯胺衍生物或氮杂芳烃的N-烷基化反应,合成了一系列α-氨基酸类化合物.该反应条件温和,有良好的官能团兼容性和底物普适性.机理验证实验证明该反应涉及了自由基机理,由重氮烷在光催化剂作用下通过proton-coupledelectrontransfer(PCET)过程形成了烷基自由基,并在Lewis酸催化作用下与胺发生自由基偶联反应形成N-烷基化产物.这种新的催化机制进一步丰富了重氮化合物在可见光化学反应中的应用类型与范围.     

刺激响应型生物医用聚合物纳米粒子研究进展

近十几年来, 纳米科学的发展极大地推动了纳米材料在生物医用领域的应用. 聚合物纳米粒子由于其独特的性能在药物传递、医学成像等医用领域备受关注. 其中, 刺激响应型聚合物纳米粒子是一类可以在外界信号刺激下(包括pH、温度、磁场、光等)发生结构、形状、性能改变的纳米粒子. 利用这种刺激响应性可调节纳米粒子的某种宏观行为, 故而刺激响应型聚合物纳米粒子也被称为智能纳米粒子. 因为其特有的“智能性”, 刺激响应型聚合物纳米粒子的研究已成为当前生物材料领域的研究热点. 本文综述了几类重要的生物医用刺激响应型聚合物纳米粒子, 侧重介绍双重及多重刺激响应型聚合物纳米粒子的制备及其生物医学应用.     

载药蛋白质/聚苯硼酸复合纳米微球制备及其释药性能研究

蛋白质纳米颗粒具有良好的生物相容性和生物降解性,易于进行额外的表面修饰,用作药物输送系统提高了生物利用度,减少了药物分子的毒副作用.本工作在利用苯硼酸基团与再生桑蚕丝蛋白(RSF)上相关侧基之间具有路易斯酸-碱配对反应的基础上,通过3-丙烯酰胺苯硼酸(APBA)在RSF水溶液中原位聚合,使RSF分子链重排形成微球并在表面负载抗炎中药,制备了载药丝蛋白/聚苯硼酸纳米微球.此尺寸分布均匀的微球直径约为550～600nm,表面光滑且在水中的分散性能良好;对乔松素、杜鹃素和地奥司明三种药物的负载率分别为7.8%,11.9%和13.4%,包封率分别为75.0%,89.1%和93.7%.载药微球控制释放约7d,且缓释行为具有pH响应性.丝蛋白/聚苯硼酸纳米微球与主体药物协同作用提高了自由基清除速度和清除效率,优于直接给药组.与此同时,将RSF改换为牛血清白蛋白或明胶蛋白,采用此方法也能制成尺寸分别为260和100nm的白蛋白/聚苯硼酸微球或明胶蛋白/聚苯硼酸微球.由此,三种不同尺寸、电性和药物释放速率的蛋白质/聚苯硼酸纳米微球有望适应多种静脉注射和皮下或腹腔注射药物传输的需求.     

刺激响应聚合物在金纳米粒子催化体系中的应用

刺激响应聚合物是近几年来研究的热点之一,这类聚合物能够感受外界刺激而发生响应,产生物理或化学性质的变化。金纳米粒子由于量子效应,具有良好的催化性质,因此有广阔的应用前景。但是在实际的应用中却常常面临易于团聚的问题,因此时常需要将其负载于载体之上。将刺激响应聚合物引入金纳米粒子催化体系之中,一方面可以发挥普通载体所能起到的分散作用,防止金纳米粒子团聚,另一方面也可实现可控催化,可以通过外界条件的改变来调控金纳米粒子的催化性能。本文综述了该体系近期的研究进展,从体系的构建方式、刺激响应类型等方面进行了论述,并对该体系的研究与应用进行了总结与展望。     

pH值响应的共轭聚合物纳米粒子的制备、表征与细胞成像研究

共轭聚合物纳米粒子（CPNs）因其高荧光亮度、低毒性、表面易修饰的特性,近年来在生物材料和生物医药领域备受关注。本论文中我们设计、合成了一种新的pH 值响应共轭聚合物（PFPA）,并通过纳米沉淀方法制备了其纳米粒子。动态光散射实验表明PFPA纳米粒子在水中分散性较好,其粒径约为8 nm。 PFPA纳米粒子的最大吸收峰为379 nm,其摩尔吸光系数为2.1×10⁶ L·mol -1·cm -1;另外该纳米粒子的荧光最大发射峰为422 nm,其荧光量子产率为35%。PFPA纳米粒子在汞灯（100瓦）照射下表现出较好的光稳定性,另外MTT实验表明其具有较低的细胞毒性。该纳米粒子具有pH响应的光学特性,并可以用于活细胞成像。PFPA纳米粒子在癌症诊断、药物与基因传递等方面具有潜在的应用价值。     

苯基取代苯并二噻吩二酮构建新型聚合物及其光伏性能研究

随着材料和器件的不断发展,有机光伏(OPV)的器件效率不断提升,但制备仍存在较多额外加工工艺,不利于其大规模生产.如何合理调控活性层材料的溶解性、结晶性和两相形貌来简化器件制备工艺,实现高性能的as-cast器件将十分具有科学意义.本工作通过设计合成苯基取代的苯并二噻吩二酮单元(二维BDD)作为共聚单元,制备了三种新型聚合物材料.当二维BDD单元摩尔分数为10%时, FBDT-m10能实现良好的聚集性能和加工性能,与Y6-BO共混制备的as-cast器件就可以得到良好的活性层形貌,最终实现了71.14%的填充因子及16.06%的器件效率.     

Cu1.94S-SnS纳米异质结的合成及其光催化降解研究

为提高光催化降解有害染料的活性,采用热注入-阳离子交换法合成了Cu_1.94S-SnS单颗粒纳米异质结构材料.探究在不同温度下(80, 120和160℃), Sn²⁺作为客体离子进行阳离子部分交换所得产物的差异.通过高分辨率透射电子显微镜(HRTRM)图像、高角度环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)图像、扫描透射电子显微镜能量色散光谱(STEM-EDS)、X射线衍射和X射线光电子能谱仪等分析手段对样品进行表征.紫外-可见-近红外吸收光谱表明,合成的Cu_1.94S-SnS纳米异质结构在可见光范围内具有更高的光吸收度.通过光催化降解亚甲基蓝和四环素,对产物的光催化性能进行表征,发现异质结结构有效提高了单一硫化物的光催化活性,亚甲基蓝(MB)的光降解率从56%(母体材料Cu_1.94S)提高到98%(Cu_1.94S-SnS纳米异质结),四环素(TC)的光降解速率也提高了约5倍,合成的异质结结构具有更高的光催化活性.     

微米及纳米非球形聚合物粒子的制备方法

具有精确形状的聚合物粒子已经被广泛应用到各个研究领域,尤其是在设计新型载药系统时,微米或纳米非球形聚合物粒子在药物释放、体内传输、循环、靶向能力、被巨噬细胞内吞的速率以及细胞膜上的黏附作用等多方面都比相应的球形粒子表现出更加明显的优越性.因此能够制备出特定形状的非球形粒子作为药物载体可以提高综合疗效.但是,目前在微米或...