一种新型的甲酸/铁离子燃料电池

以甲酸为燃料、 Fe³⁺为氧化剂组成了一种新型的甲酸/铁离子燃料电池, 阳极催化剂为多壁碳纳米管(MWCNT)或β-环糊精修饰的MWCNT(β-CD-MWCNT)负载的金属钯或钯锡纳米颗粒: PdSn/MWCNT, Pd/β-CD-MWCNT和PdSn/β-CD-MWCNT. 运用循环伏安(CV)和计时电流(CA)等技术研究了各催化剂在碱性条件下对甲酸氧化反应的电催化活性. 结果表明, 加入适量的金属锡能促进钯对甲酸的电催化氧化, 甲酸氧化电位提前, 电流密度增加; 环糊精的改性对催化剂电催化活性有一定提升. 将上述催化剂制成电池阳极片, 碳粉制成电极阴极片, 组成甲酸/铁离子燃料电池并测试其放电性能. 结果表明, 电池的开路电压在0.981.20 V之间; 以PdSn/β-CD-MWCNT为阳极时, 其最大放电电流密度达50 mA/cm², 最大功率密度达12.6 mW/cm², 远优于以Pd/C为阳极的电池性能.     

改性钛基PbO2电极的制备及其对COD的快速检测

通过制备Ti/α/β-PbO₂、Ti/Ag/β-PbO₂这两种含有不同中间层的钛基二氧化铅电极来探究电催化氧化技术快速测定葡萄糖模拟废水中有机物(COD)含量的可行性。为了评估两种电极的各项性能,首先采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对电极进行形貌表征,其次进行电化学性能测试包括线性伏安曲线(LSV)、塔菲尔曲线(Tafel)、循环伏安曲线(CV)以及交流阻抗测量分析。结果表明,Ti/α/β-PbO₂电极表面晶体结构更加均匀,晶粒尺寸偏小,具有更大的电活性表面积。Ti/α/β-PbO₂电极的析氧电位为1.77 V,为·OH的产生提供良好条件。在Tafel、CV测试中,Ti/α/β-PbO₂电极的交换电流密度i₀及比电容C_p分别为0.0995 A·cm^-1、0.004098 F·cm^-1均高于Ti/Ag/β-PbO₂电极,说明Ti/α/β-PbO₂电极的耐腐蚀性以及释放电子的能力优异。最终选用Ti/α/β-PbO₂电极为工作电极。Ti/α/β-PbO₂电极检测COD的最佳条件为：氧化电位1.30 V、电解时间150 s、电解液浓度0.03 mol·L^-1 硝酸钠(NaNO₃)。电化学法与比色消解法测定COD的相关系数可达0.9909,同时具有良好的重现性与相关性,COD的检测范围为0 mg·L^-1 ~ 500 mg·L^-1。在误差允许的范围内可以替代标准的重铬酸钾法,为实现COD的在线快速检测提供参考价值。     

芘基查尔酮的合成及三阶非线性光学性质

合成了一种新的具有潜在应用价值的非线性光学(NLO)有机材料1-(芘-1-基)-3-(4-二甲氨基苯基)丙烯酮(PMAK),并通过 NMR、IR、MS和元素分析等技术手段进行了表征。 采用溶液Nd:YAG激光技术测定了PMAK的三阶非线性光学性质并确定了相关参数。 纳秒实验结果:折射率n₂=-3.5×10^-17 m²/W,吸收系数β=7.0×10^-10 m/W,极化率χ⁽³⁾=2.54×10^-11 esu,分子超极化率γ=3.44×10^-30 esu;皮秒实验结果:n₂=-2.8×10^-18 m²/W,β=8.3×10^-11 m/W,χ⁽³⁾=2.49×10^-12 esu,γ=3.33×10^-31 esu。     

1-二茂铁基-3-[(9-乙基)咔唑-3-基]丙烯酮的合成及三阶非线性光学性质

合成了一个新的非线性光学(NLO)有机材料1-二茂铁基-3-[(9-乙基)咔唑-3-基]丙烯酮(FCAK),并通过NMR、IR、MS和元素分析等技术手段进行了表征。 采用粉末Nd∶YAG激光技术测定了标题化合物的三阶非线性光学性质并确定了相关参数。 激光脉冲为4 ns时,非线性折射率n₂=-3.5×10^-18 m²/W,非线性吸收系数β=-2.7×10^-11 m/W,三阶非线性极化率χ⁽³⁾=2.04×10^-12 esu,三阶非线性分子超极化率γ=1.1×10^-30 esu。 激光脉冲为21 ps时,n₂=0.55×10^-18 m²/W,β=-0.6×10^-11 m/W,χ⁽³⁾=3.4×10^-13 esu,γ=0.13×10^-30 esu。     

基于ZnO纳米线的螺旋线形跨尺度葡萄糖传感器

制备了一种基于螺旋线形跨尺度结构的酶传感器, 并对该传感器进行了表征和性能测试. 将ϕ 30 μm键合Au丝以螺旋线方式手工缠绕在ϕ 125 μm光纤纤芯上, 在该Au螺旋线上用水浴法合成ZnO纳米线, 得到螺旋线形跨尺度结构; 在ZnO纳米线上物理吸附葡萄糖氧化酶(GOD), 制备了葡萄糖传感器工作电极. 利用扫描电子显微镜(SEM)图像和MatLab图像处理算子分别对螺旋线形跨尺度结构表面形貌及其上活力为50 units/mg的GOD吸附效果进行了定性和定量表征, 分析了非高斯粗糙表面与GOD吸附效果的影响关系. 基于三电极体系采用循环伏安法和计时安培法测试了制备的12个工作电极的性能, 测得该类传感器的灵敏度为(1.410±0.665) μA·L/(mmol·cm²), 线性范围为0~(4.292±0.652) mmol/L, Michaelis-Menten常数为(3.571±1.280) mmol/L, 检出限为(14.085±8.393) μmol/L. 使用活力更高的GOD可以得到性能更好的螺旋线形跨尺度葡萄糖传感器. 该类传感器可广泛应用于医药、 生物、 食品加工及环境监测领域中尿酸、 尿素、 胆固醇、 过氧化氢和苯酚等的检测.     

基于纳米CdS对尿酸的光催化氧化和铜(Ⅱ)配合物对氧的电催化还原的燃料电池性能

以纳米硫化镉薄膜修饰的铟锡氧化物电极(CdS/ITO)作光阳极, 铜(Ⅱ)配合物[Cu(phen)(L-Trp)·(H₂O)]⁺(phen=1,10-菲啰啉, L-Trp=L-色氨酸)修饰单壁碳纳米管(SWCNTs)电极作阴极, 构建了光催化尿酸(UA)燃料电池, 并研究了其性能及热处理温度的影响. 结果表明, 在40 ℃以下获得的纳米CdS修饰电极在320~550 nm波长区间显现明显的吸收和光伏响应, 在可见光辐射下能光催化氧化UA; 较高温度的热处理(200~300 ℃)却降低了纳米CdS对UA的光催化氧化活性. [Cu(phen)(L-Trp)(H₂O)]⁺/SWCNTs电极在-0.131 V电位下呈现一对准可逆的氧化还原峰, 并能电催化还原O₂和H₂O₂. 此外, 基于UA在CdS/ITO电极上的光催化氧化及O₂在[Cu(phen)(L-Trp)(H₂O)]⁺/SWCNTs电极上的电催化还原, 组装了UA(0.2 mmol/L)燃料电池, 其在可见光照射(0.18 mW/cm²)下产生0.52 V开路电压, 13.08 μA/cm²短路光电流, 在0.41 V下呈现的最大功率密度为4.10 μW/cm².     

基于修饰的β-环糊精的超分子体系研究及应用进展

β-环糊精是一类环状的、由7个D-吡喃葡萄糖单元通过α-1,4-糖苷键连接而成的低聚糖,具有“内疏水、外亲水”的刚性锥形空腔结构。 近年来,基于β-环糊精的超分子体系的制备及应用取得前所未有的显著进展。 本文主要综述了β-环糊精衍生物、低聚物以及多聚物在合成方面的新进展,介绍了基于β-环糊精的分子组装,以及以β-环糊精及其修饰物为超分子主体的超分子体系在药物运输、基因传递、催化反应、污染治理等方面的最新应用。 目前,对β-环糊精基本性质及应用的研究已日趋成熟,但仍存在许多实际性的问题需要解决。 随着研究的进一步深入,有望实现β-环糊精在各领域的大规模、深层次应用。     

还原氧化石墨烯@泡沫镍载CoO纳米花电极制备及催化CO2性能

本文以氧化石墨烯包覆泡沫镍电极(GO@NF)作为基底,采用水热法在GO@NF基底上原位生长CoO纳米花,同时GO在水热过程中被同步热还原为还原氧化石墨烯(RGO),从而一步制得还原氧化石墨烯包覆泡沫镍负载CoO纳米花电极(CoO/RGO@NF)。使用XRD和SEM对CoO/RGO@NF电极进行表征,发现CoO纳米花均匀生长在泡沫镍三维网络结构上,CoO纳米花为大量针状纳米棒围绕一个中心而成的花状结构,纳米棒的长度约为10 ~ 15 μm,直径约为100 ~ 200 nm。使用循环伏安和线性扫描法测试了CoO/RGO@NF电极电催化CO₂的还原性能,在-0.76 V（vs. SHE）电位下,CoO/RGO@NF电极电催化CO₂还原的电流效率达到70.9%,产甲酸法拉第效率达到65.2%,甲酸产率为59.8 μmol·h^-1·cm^-2,且电极可持续稳定电催化还原CO₂ 4 h,表明CoO/RGO@NF电极对CO₂电还原有着优良的催化活性、选择性和稳定性。     

双核茂金属催化剂的合成、表征与应用

使用桥连配体锂盐与MCl₄络合, 合成了4个不同结构的双核茂金属化合物[μ,μ-(CH₂)₃]{[C(H)·(η⁵-C₅H₄)(η⁵-C₁₃H₈)](MCl₂)}₂[M=Zr or Ti](4, 5)和[μ,μ-(CH₂)₃]{[C(H)(η⁵-C₅H₄)(η⁵-C₉H₆)]·(MCl₂)}₂[M=Zr or Ti](6, 7), 配体和化合物都经过核磁氢谱(¹H NMR)、 碳谱(¹³C NMR)、 红外光谱(IR)及元素分析等表征, 确认了化学结构. 以甲基铝氧烷(MAO)为助催化剂, 化合物4~7为催化剂催化丙烯聚合, 考察了聚合温度、 乙烯压力、 铝钛或铝锆比对催化剂活性及聚合物分子量的影响. 结果表明, 多亚甲基桥连双核茂金属是高活性乙烯和丙烯聚合催化剂, 乙烯聚合活性最高达到7.5× 10⁶ g PE/(mol Zr·h)(化合物6), 丙烯聚合活性达 10 × 10⁵ g sPP/(mol Zr·h)(化合物4). 所得间规聚丙烯(sPP)的间规度指数(SI, r) 达到90%. 在同样条件下, 双核化合物的催化活性、 聚合物分子量M_w(> 100000)以及分子量分布(MWD>2.5)均比相应的单核化合物高(M_w<70000, MWD≤2), 表明该体系中存在较强的核效应.     

黄豆黄素与黄豆黄苷吸收光谱和荧光光谱的比较研究

研究了黄豆黄素和黄豆黄苷在不同pH条件下的吸收光谱和荧光光谱, 从分子结构的角度解释了二者呈现不同光谱特征的原因. 黄豆黄素分子基本无荧光. 在弱碱性时, 黄豆黄素分子发生7-OH质子的电离, 导致吸收光谱中320 nm的吸收峰红移至348 nm. 采用pH-光度法测得7-OH质子的电离常数pK_a1=7.08±0.04. 黄豆黄素一价阴离子呈现较强荧光, 最大激发和发射波长λ_ex/λ_em分别为334 nm/464 nm, 荧光量子产率为0.049. 在碱性溶液中, 黄豆黄素4'-OH质子电离, 导致吸收光谱中254 nm的吸收峰红移至260 nm, 电离常数pK_a2=9.96±0.01. 黄豆黄苷分子基本无荧光. 在碱性条件下, 黄豆黄苷分子的4'-OH质子发生电离, 导致吸收光谱中256 nm的吸收峰红移至 280 nm, 电离常数pK_a=9.81±0.03. 黄豆黄苷阴离子基本无荧光, 但在热碱性条件下发生γ-吡喃酮环裂解反应而产生较强荧光, λ_ex/λ_em为288 nm/388 nm, 裂解产物的荧光量子产率为0.056. 虽然, 黄豆黄苷与黄豆黄素是苷与苷元的关系, 但黄豆黄苷不能在热碱性条件下通过糖苷水解转变为黄豆黄素, 二者的荧光增强机理存在本质不同.     

多孔泡沫状CuO微纳米纤维的制备及用于无酶葡萄糖传感器

以静电纺丝技术结合煅烧工艺制备多孔泡沫状CuO微纳米纤维. 通过SEM, IR及XRD对材料进行形貌与结构表征. 样品表面粗糙且呈多孔泡沫状. 利用该材料对玻碳电极进行修饰, 并检测修饰电极对葡萄糖的电氧化性能, 发现该电极对葡萄糖的检测灵敏度为6.17 μA·L·mmol^-1·cm^-2, 检测限为65.3 μmol/L. 同时, 该电极对抗坏血酸、 尿酸和乙醇表现出良好的抗干扰性. 这些优良的性能取决于CuO特殊的形貌. 多孔泡沫结构有助于增大比表面积从而提高与葡萄糖的反应活性. 研究表明, 多孔泡沫状CuO微纳米纤维在无酶葡萄糖传感器方面具有潜在应用价值.     

基于二茂铁的两个查尔酮衍生物的合成及超快三阶非线性光学响应

二茂铁是合成新颖有机功能材料的基本单元之一。 本文设计并合成了两个基于二茂铁的同分异构查尔酮衍生物:1-二茂铁基-3-(噻吩-2-基)丙烯酮(a)和1-二茂铁基-3-(噻吩-3-基)丙烯酮(b)。 采用超快激光Z-扫描技术(脉宽180 fs,波长532 nm)测定了化合物a和b的三阶非线性光学性质。 结果表明,化合物a吸收系数β=-2.1×10^-12 m/W,折射率n₂=1.9×10^-19 m²/W,分子超极化率γ=5.37×10^-32 esu;化合物b:β=-1.2×10^-13 m/W,n₂=2.0×10^-19 m²/W,γ=4.48×10^-32 esu。 说明在飞秒激光激发下,电荷转移能够在化合物a和b分子内部快速进行,二者均具有优异的超快三阶非线性光学响应。 在B3LYP/6-311+G(d,p)理论水平下,计算了化合物a和b分子轨道能量、极化率和各基团在前线分子轨道中的占有率。 理论计算结果显示,二茂铁基团在化合物a和b前线分子轨道中占有率分别为97%和98%,对两化合物的非线性光学性能起主导作用。     

新型含N-杂环卡宾二硫化碳配体的锰铼金属双核化合物的合成、表征及电化学性质

合成了一系列含N-杂环卡宾二硫化碳加合物配体的锰铼金属有机化合物, 其中包括3种单核化合物和3种双核化合物, 对它们的结构进行了表征, 并研究其反应性和电化学性质. 与三烷基膦二硫化碳配体相比, 含N-杂环卡宾二硫化碳加合物配体的锰铼金属有机化合物展现出不同的反应特性. 研究结果表明, [MnRe(CO)₆(μ-H){μ-CH₃SC(S)IMes₂}]配合物具有催化质子还原成氢气的能力.     

金属串配合物[MM′M″(dpa)4(Cl)2](M=Co,Ni;M′,M″=Co,Rh)电子输运的理论研究

采用密度泛函理论DFT/BP86方法研究金属串配合物[MM'M″(dpa)₄(Cl)₂] [MM'M″=CoCoCo(1), CoCoRh(2), CoRhRh(3), NiCoRh(4)] 的结构和电子输运性质. 结果表明, 配合物1, 2和4的最稳定自旋态均存在1个(MM'M″)⁶⁺的离域$\sigma_{3}^{3}$键($\sigma^{2}\sigma_{nb}^{1}\sigma^{*0}$); 但配合物3具有1个(MM'M″)⁶⁺的离域$\sigma_{3}^{4}$键($\sigma^{2}\sigma_{nb}^{2}\sigma^{*0}$)和2个$\pi_{3}^{5}$键($\pi^{4}\pi_{nb}^{4}\pi^{*2}$), 故Rh—Rh键和Co—Rh键较强; Rh的引入使M—M键增强, Ni的引入则使M—M键减弱, 键强次序为Rh—Rh>Co—Rh>Co—Co>Ni—Co. 配合物14的传输通道均含有π和σ型轨道. 正偏压下, 配合物2和3的电流大于配合物1和4的. 负偏压下, 配合物4中出现负微分电阻效应. 配合物3中形成传输通道的σ_nbα/β和π^*α/β轨道能级分裂明显, (MM'M″)⁶⁺对β自旋的π^*轨道的贡献(88%)比α自旋(74%)的大, 使β自旋的电子更易传输, 具有较好的自旋过滤效应(70%80%).     

改性316L不锈钢表面聚苯胺的制备及电化学性能

采用原位氧化技术调整316L不锈钢(SS316L)基体元素Cr和Ni在界面的浓度和分布, 形成了Ni和Cr富集改性界面. 应用计时电位技术, 通过Cr和Ni改性层催化草酸溶液中的苯胺单体在其表面吸附并聚合, 在SS316L表面沉积了附着力良好的聚苯胺(PANI)膜. 与SS316L相比, 表面富Ni-Cr的SS316L在涂覆PANI膜后, 在80 ℃ 0.5 mol/L H₂SO₄+5 mg/L F^-溶液中阳极和阴极的腐蚀电位分别提高470和500 mV, 维钝电流均下降2~3个数量级; 在模拟质子交换膜燃料电池运行环境中, 经36000 s恒电位极化, 其阳极和阴极的腐蚀电流分别下降约1和2个数量级, 腐蚀速度分别约为6~9 和< 5 μA/cm²; 在1.4 MPa压力下, 聚苯胺膜层与Toray 060碳纸间接触电阻下降约250 mΩ·cm². SS316L表面形成富Ni-Cr改性层并涂覆聚苯胺膜后, 其耐蚀性和导电性均明显优于原始SS316L, 这主要取决于富Ni-Cr改性层的结构、 组成和聚苯胺膜的厚度.