层层自组装聚电解质膜光纤传感器的制备和应用

在过去几十年中,光纤的应用已经渗透到多个学科领域。光纤的抗电磁干扰、可远程监控、多重监测、体积小及质量轻等特点,使其在传感器研究领域备受关注。聚电解质层层自组装膜构建的光纤传感器自2000年诞生以来,已快速发展成为传感器领域新的研究热点。该类光纤传感器在微量物质的监测方面具有广泛的应用前景。本文从光纤和光纤传感器优点出发,总结了基于层层自组装多层膜的光纤传感器种类、性能、检测原理以及相应的光纤结构和自组装材料;进而结合作者已做的相关工作,论述了在光纤基底上的聚电解质层层自组装及基于自组装膜的光纤传感器的测试;重点综述了近十年层层自组装膜的光纤pH传感器、湿度传感器、气体传感器、生物传感器及其他类型的光纤传感器的制备与应用,并展望了今后聚电解质层层自组装多层膜光纤传感器的发展。     

Poly(amide-6-b-ethylene oxide)/SAPO-34 mixed ma-trix membrane for CO2separation

In this paper, poly（amide-6-b-ethylene oxide） （Pebax1657）/SAPO-34 mixed matrix membranes （MMMs） were prepared by solvent-evaporation method with acetic acid as a novel solvent. CO2, N2, CH4 and H2 permeation properties were investigated, and the physical properties of Pebax/SAPO-34 MMMs were characterized by XRD and SEM. At low SAPO-34 content, it was homogeneously distributed in the Pebax ma- trix, and then precipitated and agglomerated at high SAPO-34 content. The crystallinity of Pebax phase in Pebax/SAPO-34 MMMs decreased initially and then rebounded as a result of phase separation. With the increase of transmembrane pressure difference, CO2 permeability was en- hanced due to the effect of pressure-induced plasticization. Owing to the happening of stratification, the CO2 permeability of Pebax/SAPO-34 MMMs （50 wt% SAPO-34） increased to 338 Barrer from 111 Barrer of pristine Pebax, while the selectivities of CO2/CH4 and CO2/N2 were almost unchanged. Compared with the pristine Pebax, the gas separation performances of Pebax/SAPO-34 MMMs were remarkably enhanced.     

侧链结构对磺化聚芳醚性能及微观形貌的影响

比较了3种主链结构相同而侧链结构不同的磺化聚芳醚(SPAE)材料的性能. 分析了侧链结构对聚合物的吸水、 溶胀及质子传导行为的影响. 结果表明, 在相同的离子交换容量(IEC)条件下, 具有柔顺脂肪族侧链的聚芳醚材料具有较高的质子传导率. 其原因是由于柔顺的脂肪族侧链比刚性的芳香族侧链更易运动, 有利于侧链末端磺酸基团的聚集, 进而形成离子簇. 3种聚合物微观形貌的分析结果表明, 含柔顺侧链结构的聚合物薄膜具有更大的质子传输通道, 其结果与聚合物的宏观吸水和传导现象相吻合.     

基于石墨烯修饰电极的电化学生物传感

石墨烯是一种具有单原子厚度的二维碳纳米材料,具有大的比表面积、高的导电性和室温电子迁移率,以及优异的机械力学性能.石墨烯还具有电化学窗口宽,电化学稳定性好,电荷传递电阻小,电催化活性高和电子转移速率快等电化学特性.化学修饰石墨烯,特别是氧化石墨烯(GO)和还原氧化石墨烯(rGO),可以被宏量、廉价地制备出来.它们具有可加工性能,可以被组装、加工或复合成具有可控组成和微结构的宏观电极材料.因此,石墨烯及其化学修饰衍生物是用于电化学生物传感的独特而诱人的电极材料.例如,GO是一种化学修饰石墨烯,也是石墨烯的重要前驱体;其边缘具有大量的羧基可用于共价固定酶,从而能实现酶电极的生物检测.在GO上的不可逆蛋白吸附也可以促进蛋白质的直接电子转移以提高其电化学检测性能.但是,GO大量的含氧官能团破坏了石墨烯本征的共轭结构,降低了其电学性能并限制了其实际应用.GO可以通过化学、电化学、热还原等技术转化成rGO,从而能部分修复其共轭结构,提高其导电性与传感性能.另一方面,石墨烯是一种零带隙材料;原子掺杂可以调控其能带结构,提高其电催化性能.石墨烯材料也常常需要通过与其它功能材料的复合进一步改善其可分散与可加工性能,提高其电催化活性和电化学选择性.本文综述了本征石墨烯(包括GO,rGO和掺杂石墨烯)以及石墨烯与生物分子、高分子、离子液体、金属或金属氧化物纳米粒子等复合材料修饰电极在检测各种生物分子方面的研究进展,并对该研究领域进行了展望.     

A hierarchical porous carbon membrane from polyacrylonitrile/polyvinylpyrrolidone blending membranes:Preparation,characterization and electrochemical capacitive performance

Novel hierarchical porous carbon membranes were fabricated through a simple carbonization procedure of well-defined blending polymer membrane precursors containing the source of carbon polyacrylonitrile （PAN） and an additive of polyvinylpyrrolidone （PVP）, which was prepared using phase inversion method. The as-fabricated materials were further used as the active electrode materials for supercapacitors. The effects of PVP concentration in the casting solution on structure feature and electrochemical capacitive performance of the as-prepared carbon membranes were also studied in detail. As the electrode material for supercapacitor, a high specific capacitance of 278.0 F/g could be attained at a current of 5 mA/cm2 and about 92.90% capacity retention could be maintained after 2000 charge/discharge cycles in 2 mol/L KOH solution with a PVP concentration of 0.3 wt% in the casting solution. The facile hierarchical pore structure preparation method and the good electrochemical capacitive performance make the prepared carbon membrane particularly promising for use in supercapacitor.     

金属有机骨架材料/聚酰亚胺混合基质膜的制备及气体分离性能

合成了3种不同结构、 粒径和气体吸附性能的金属有机骨架材料(MOFs): 微米级Cu₃(BTC)₂、 亚微米级ZIF-8和S-Cu₃(BTC)₂. 氮气吸附等温线分析结果表明, ZIF-8和Cu₃(BTC)₂具有较大比表面积(1653和1439 m²/g), S-Cu₃(BTC)₂的比表面积为171.4 m²/g. 用共混法将MOFs直接引入聚酰亚胺中制备了MOFs/聚酰亚胺混合基质膜(MMMs). X射线衍射(XRD)和全反射红外光谱(FTIR-ATR)分析结果表明, MOFs在混合基质膜中保持物理和化学稳定. 气体渗透测试结果表明, MOFs的加入使膜的气体渗透分离性能明显提高, S-Cu₃(BTC)₂使渗透系数增加了1.75倍; ZIF-8和Cu₃(BTC)₂使渗透系数增加了3倍左右; 同时, 膜的气体分离系数变化很小.     

利用手持技术选择氢氧化铁胶体渗析实验半透膜

利用pH传感器、电导率传感器来间接比较胶棉膜、鸡蛋壳、硫酸纸、保鲜膜等生活中常见的半透膜对Fe（OH）3胶体的渗析功能,确定适合在中学开展胶体渗析实验探究中使用的半透膜。此方法简便、快捷、直观,对开展中学化学的扩展性研究和提高课堂教学效率有一定的价值。     

二乙腈基二硫纶在金电极上的自组装及其对抗坏血酸的电化学行为研究

将Na2[Ni(mnt)2](mnt=丁二腈烯二硫醇阴离子)自组装到裸金电极表面,制成mnt-SAM/Au修饰电极,并用电化学方法研究了该修饰电极的电化学性质。实验结果表明,mnt-SAM膜对[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-有一定的排斥作用,而对[Co(phen)3]2+/[Co(phen)3]3+有一定吸引作用。研究了抗坏血酸(AA)在自组装膜修饰金电极上的电化学氧化行为,考察了溶液pH、扫描速率的影响,结果表明该膜对AA的氧化具有催化作用。在最佳条件下,峰电流与AA的浓度在5.0×10-6~1.3×10-3mol·L-1范围内呈良好的线性关系,相关系数为-0.9987,检测限为1.0×10-6 mol·L-1。     

预镀铋膜修饰碳糊电极差分脉冲伏安法测定废水中铅和镉

采用预镀铋膜法制得铋膜修饰碳糊电极,当沉积时间为540s得到最优铋膜。采用差分脉冲伏安法(DPV)实现了对痕量Pb2+、Cd2+的同时测定。优化了DPV测定条件,当富集时间为150s、富集电位为-1.25V、HAc-NaAc缓冲底液的pH为4.5时,Pb2+、Cd2+的峰电流最大。在最优的实验条件下,Pb2+和Cd2+的峰电流与其浓度呈良好的线性关系,线性相关系数R分别为0.9912和0.9937,线性范围分别为1~10μmol/L和5~50μmol/L,Pb2+和Cd2+的检出限分别为0.32μmol/L和2.01μmol/L。对实际废水样品进行了加标回收实验,其中Pb2+和Cd2+的回收率分别为98.4%~102.6%和95.4%~104.6%。     

在聚砜膜表面接枝聚甲基丙烯酸及接枝膜对生物碱化合物的吸附特性

首先将聚砜(PSF)氯甲基化,制得氯甲基化聚砜(CMPSF),CMPSF流延成膜后与乙二胺(EDA)反应,制得表面键合有EDA的氨基化膜(AMPSF)。在此基础上,在水溶液体系中构建氨基-过硫酸盐表面引发体系,使甲基丙烯酸(MAA)发生接枝聚合,制得了功能接枝膜PSF-gPMAA。考察了影响膜接枝过程的主要因素,优化了接枝聚合条件。采用傅里叶红外光谱(FTIR)、光学显微镜(OM)及称重法对接枝膜PSF-g-PMAA进行了表征。最后研究了功能接枝膜对氧化苦参碱和金雀花碱两种生物碱化合物的吸附特性。结果表明,采用氨基-过硫酸盐表面引发体系,可以顺利地实施MAA在PSF膜表面的接枝聚合,接枝度随氨基化膜AMPSF表面氨基键合量的增大而增大,接枝聚合适宜的温度为50℃,溶液中适宜的过硫酸盐用量为单体质量的1.0%。在适宜的条件下可制得PMAA接枝度为4.62mg/cm2的接枝膜。凭借强静电相互作用和氢键作用的协同作用,功能接枝膜PSF-g-PMAA对生物碱化合物可产生强烈的吸附作用,在中性溶液中,对氧化苦参碱和金雀花碱的吸附容量分别可达277μg/cm2和331μg/cm2。