芹菜生物碳及其复合材料的制备、表征和燃烧催化性能研究

碳材料因其独特的电子结构和高比表面积,能够有效地催化含能材料的分解反应,从而提高能量释放的效率和速率。以芹菜为原料通过热解方式制备了生物碳及其复合物:QC-760、QC@Fe-760、QC@Bi-760、QC@Fe^(0)-760、QC@Fe-450和QC@Bi-450。首先,利用IR、XRD、SEM和BET等对其做了相关表征,结果表明,相对于芹菜粉末,QC-760的比表面积增大了17倍。其次,探究了芹菜生物碳及其复合物对高氯酸铵(AP)、奥克托金(HMX)和黑索金(RDX)的热分解行为的影响,结果表明,生物碳及其复合物均对AP、RDX和HMX的分解过程影响较大;其中,QC@Bi-450对AP催化性能最佳,放热量达到3344 J/g;QC-760对RDX的催化性能最好,使其放热峰温提前了41.1℃,放热量增加了713 J/g;QC@Fe^(0)-760使HMX分解峰温提前了82℃。最后,测试了样品对罗丹明B的吸附性能,发现搅拌时间为80 min,样品质量为2 mg/mL,罗丹明B浓度为350 mg/L时,QC-760吸附性能最好。

抗坏血酸和单宁酸进行氧化石墨烯的还原和特性研究

分别采用绿色还原剂抗坏血酸(AA)和单宁酸(TA)对氧化石墨烯(GO)进行还原,制得还原氧化石墨烯(RGO)和TA修饰的还原氧化石墨烯(RGOA)。通过对RGO和RGOA进行表征和测试。结果表明:在水溶液体系中AA和TA均可有效地还原GO。制得的RGO和RGOA形貌、亲水性和导电性存在显著区别:RGO为具有较大比表面积且碎裂、无序固体结构,电导率显著提高,与RGOA相比还原程度更高,但亲水性较差;RGOA则由于TA的多酚羟基的引入,呈现为膨胀卷曲絮状结构,电导率有所提升,亲水性得到了明显的改善。

阴离子对电化学剥离制备氧化石墨烯的影响

以不同阴离子酸作为氧化步骤电解液,采用电化学剥离法制备氧化石墨烯。结果表明:SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)和PO_(4)^(3-)这3种阴离子存在下均可制得氧化石墨烯。相同工艺条件下,当以硫酸为电解液时,SO_(4)^(2-)可通过促进生成·OH和降低石墨插层化合物表面张力生成氧化程度较高的氧化石墨烯。氧化石墨烯的氧化程度与其电容性能、循环稳定性和阻抗均呈正相关。硫酸作为电解液时制得的氧化石墨烯,在0.5A/g电流密度下比电容为30.5F/g,循环500圈后循环保持率为83%。

铜碘簇硼咪唑框架材料的合成、结构及性质

使用碘化亚铜、预先合成的硼咪唑配体和季铵盐制备得到了2例铜碘簇基硼咪唑框架(boron imidazolate frameworks,BIFs),并对其结构与性能进行了表征。X射线单晶衍射结果显示,[N(C_(4)H_(9))_(4)]{Cu_(6)I_(6)[BH(im)_(3)]Cu[BH(im)_(3)]}·0.5CH_(3)OH(BIF‑155,im=imidazolate)是以四连接的Cu_(6)I_(6)簇、单核Cu原子和三连接的硼咪唑配体BH(im)_(3)^(-)作为节点交替连接形成的(3,4)‑连接的二维层状网络,[N(C_(4)H_(9))_(4)]{Cu_(3)I_(3)[BH(im)_(3)]}(BIF‑156)则是以Cu_(3)I_(3)簇和BH(im)_(3)^(-)硼咪唑配体连接得到的3‑连接的fes拓扑的二维层状网络。2种化合物对应的晶体均具有良好的结晶性。在紫外灯照射下,二者展示出不同的荧光性质,即BIF‑155发射红光,BIF‑156发射黄光。

含硼中性自由基二聚体

双酮化合物与等物质的量的碳化钾(KC_(8))和二(五氟苯基)氯硼烷一锅法直接合成了一系列含硼中性自由基二聚体1~3。利用核磁共振和单晶X射线衍射表征了该系列化合物的结构。晶体结构解析表明,3种化合物均为三斜晶系P1空间群。1的晶胞参数为a=0.91493(3)nm,b=1.29224(4)nm,c=1.52646(6)nm,α=108.715(2)°,β=103.002(2)°,γ=102.557(2)°;2的晶胞参数为a=1.19714(5)nm,b=1.35220(6)nm,c=1.35220(6)nm,α=96.1080(10)°,β=105.189(2)°,γ=102.557(2)°;3的晶胞参数为a=1.19050(15)nm,b=1.3624(2)nm,c=1.8483(3)nm,α=77.376(6)°,β=79.817(5)°,γ=102.557(2)°。3种化合物均形成了四配位的硼中心,且其分子骨架分别以“头碰头”和“肩并肩”的形式发生σ二聚。结合密度泛函理论计算研究了其二聚键长的变化规律和可能的反应机理,晶体数据和理论计算数据显示,分子的二聚键长受骨架的共轭程度和二聚碳取代基的空间位阻效应协同影响。测试了3种分子的紫外可见吸收光谱和荧光发光性质,结果发现三者均在414 nm附近出现明显的吸收峰。荧光测试显示,二聚体2在480 nm处有发光峰,且荧光发射峰随溶液浓度增加发生轻微红移。

氮掺杂荧光碳点的制备及其对MnO_(4)^(-)的检测

以抗坏血酸和乙二胺为原料,采用一步水热法制备了氮掺杂荧光碳点(N-CDs).利用透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见分光光度计(UV-vis)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和荧光光谱对N-CDs进行了表征,并研究了N-CDs对MnO_(4)^(-)的响应机制.结果表明,N-CDs平均粒径为6.41 nm,分散性良好、无明显团聚,荧光量子产率约为15%.N-CDs对MnO_(4)^(-)有较高的选择性和灵敏度,其荧光猝灭程度与MnO_(4)^(-)摩尔浓度(0~60μmol/L)之间呈良好的线性关系,对MnO_(4)^(-)的检出限为0.055μmol/L,MnO_(4)^(-)对N-CDs的荧光猝灭机制为动态猝灭.N-CDs可用作荧光传感器,为水中MnO_(4)^(-)的检测提供一种灵敏的新方法.

面向工业烟道气CO_(2)捕获的基于廉价配体金属有机骨架材料的研究进展

利用高效绿色材料捕获CO_(2)有助于减少人为向大气中排放CO_(2)。目前,面向工业烟道气CO_(2)捕获的高性能金属有机骨架(MOF)材料的设计与合成研究已步入应用驱使的新阶段。研发和制备具有优越综合性能的CO_(2)捕获MOF材料是一项重要挑战。本综述重点关注面向工业烟道气CO_(2)捕获的基于廉价配体MOF材料的研究现状,总结并讨论了其结构、水/热/化学稳定性、吸附量与选择性、吸附能力受湿气的影响、多轮循环使用性、再生性及宏量制备等性能。

淀粉基碳点材料的合成及用于潜指纹提取实验设计

碳量子点(CDs)具有特殊的光学性质和良好的生物相容性,是近几年科研领域一种热门的荧光纳米材料。该项目在科教融汇教学理念的指导下,将科研热点与本科实验教学相结合,探究了反应物配比、反应方式、反应时长、产物浓度、溶液pH等多项制备条件对碳点材料性能的影响。研究结果表明:采用尿素与柠檬酸为原材料,控制两者的配比为1∶3,微波高火反应2.5~4min或马弗炉200℃反应1.0h,均可获得荧光性能良好的碳点材料。在综合创新实验课堂中,学生在合成的碳点材料中引入淀粉基底,所得的淀粉基碳点荧光材料可应用于多场景的指纹提取。实验培养学生的创新与发散思维,增强学生在社会安全领域的参与感与社会责任感。

原位合成Si/(SiO+Ag)复合负极材料及其电化学性能

将微米Si和纳米Ag_(2)O进行机械球磨,通过原位固相反应合成了Si基复合材料[Si/(SiO+Ag)],以沥青为碳源采用高温煅烧法制备了碳包覆Si基复合材料[Si/(SiO+Ag)-C]。采用XRD、XPS、SEM、TEM对复合材料进行了表征,测试了其电化学性能。结果表明,微米Si和纳米Ag_(2)O在球磨破碎过程中原位形成Si O和Ag颗粒,并附着在基体Si上,两种复合材料都展现出良好的倍率性能,在低电流密度(0.12 A/g)下Si/(SiO+Ag)和Si/(SiO+Ag)-C循环5次后分别表现出1422和1039 mA·h/g的可逆比容量,而在高电流密度(2.40 A/g)下仍能获得672和393 mA·h/g的可逆比容量;当电流密度再次恢复到0.12 A/g时,可逆比容量可恢复到1329和961m A·h/g,Si/(SiO+Ag)-C表现出更好的循环稳定性,经80次循环后可逆比容量仍稳定在943 m A·h/g,其突出的倍率性能归因于微米Si的颗粒细化以及球磨过程中原位反应形成纳米Ag颗粒导电特性,而循环稳定性的提高与原位形成Si O和包覆碳构成的双相缓冲结构有关。

可膨胀石墨的制备方法、膨胀机理及应用

膨胀石墨由于其质量轻、高柔韧性、高比表面积、高孔隙率和较强的吸附能力,作为密封材料、吸附材料、保温材料、阻燃材料和包装材料等应用广泛。可膨胀石墨作为膨胀石墨的前驱体,低成本、绿色制备方法和研发成为目前石墨领域的重点研究课题之一。对可膨胀石墨的结构和性能、膨胀反应原理、制备方法及其主要应用领域进行了综述,详细地介绍了化学氧化法、电化学方法、超声氧化法、气相扩散法、熔盐法等制备可膨胀石墨方法,为其下游产品膨胀石墨的制备、应用和开发提供借鉴。

还原氧化石墨烯的可控制备及表征

化学氧化还原法是工业上较为成熟的一种制备还原氧化石墨烯(Reduced graphene oxide,RGO)的方法。本研究首先采用改进Hummers法氧化剥离石墨,在喷雾干燥条件下获得了片状氧化石墨烯(Graphene oxide,GO),然后分别采用维生素C(Vitamin C,VC)化学还原、快速升温热还原、慢速升温热还原、VC还原结合快速升温热还原法对GO样品进行还原,得到了四种RGO样品,并对其进行了全面的物理化学表征。结果表明,还原方法对RGO形貌结构及导电性有显著影响:采用VC化学还原可得到比表面积较大且具有微/介多级孔道的球状RGO,其还原程度低,导电性差;采用热还原可得到还原程度较高、导电性良好的片状RGO,并且较快的升温速率有利于发生膨胀剥离,可有效提高相应RGO样品的比表面积;VC还原与快速升温热还原相结合则可以得到比表面积和还原程度都较高的多孔球状RGO,但由于RGO颗粒之间较大的接触电阻,其导电性不及热还原得到的片状RGO。

亚东-谷露断裂带中北段地热流体碳硫硼同位素特征

亚东—谷露断裂带中北段地热系统深循环过程十分复杂,对该区域地热资源的评估具有较大影响。加深对地热水起源、演化和循环过程的研究,对地热资源的勘探和开发具有较大的意义。地热流体中碳硫硼稳定同位素特征分析是研究地热水来源、地热水循环深度和地热水作用过程的方法之一。对亚东—谷露断裂带中北段地热水进行了系统性采样,测量了碳硫硼同位素。进行了碳硫硼同位素分析,结果显示:稳定同位素特征源于地热流体对围岩和地层的淋滤作用和水-岩相互作用。该地热系统中碳的主要来源为碳酸盐的溶解,与区域上分布的碳酸盐地层有关。谷露和续迈地热田δ^(34)S具有较大的分散性,显示出硫来源的非单一性,δ^(34)S均在大气碳酸盐和蒸发碳酸盐范围内,δ^(34)S同位素的来源为大气降水和热储层中的硫酸盐矿物。谷露地热田具有较低的δ^(11)B值和较低的Cl/B比值,较高的硼含量,且硼含量和硼同位素值相对集中,表明硼主要源于地热流体对围岩的淋滤作用。大气降水和冰雪融水中硼含量极少,主要起到对地热水中硼含量的稀释作用,不改变地热水中的δ^(11)B值。本研究的结果验证了亚东—谷露断裂带中北段地热系统地下热水的起源主要为大气降水,在深循环过程中存在少量岩浆流体的混入。

一例简单的席夫碱探针对次氯酸根的荧光开启识别及生物成像应用

通过缩合反应制备了一例简单的席夫碱探针苯并色烯-2-甲醛缩二氨基马来腈(1),使用核磁共振氢谱/碳谱、质谱和单晶X射线衍射等手段表征了探针的结构。荧光测试表明,探针1自身无荧光,而次氯酸根(ClO^(-))能够特异性打开探针1在530 nm处的强荧光发射。探针1对ClO^(-)响应灵敏且在数秒内完成。通过质谱和理论计算手段研究了ClO^(-)介导的探针1的分解反应机理。此外,该探针还可用于活细胞、斑马鱼和拟南芥中ClO^(-)的荧光成像。

石墨烯新材料在畜禽生产中的应用研究进展

石墨烯被称为“二十一世纪新材料之王”,在化工、材料、医药等领域都表现出了广阔的应用前景。近年来,石墨烯新材料在畜禽养殖生产中也得到了广泛应用。笔者总结了石墨烯及其衍生物在畜禽繁殖、畜禽环境监测、畜禽产品有害物残留监测、病原体检测、畜禽免疫中的研究和应用情况,分析了石墨烯新材料的生物安全性,指出了石墨烯在畜禽生产领域应用中的问题,并且对石墨烯在畜禽生产领域的应用前景进行了展望,旨在为石墨烯在畜禽生产领域中的应用提供理论基础。

沉积岩中黄铁矿含量及其硫同位素组成连续测定方法研究

沉积岩中黄铁矿的含量和硫同位素组成研究可以用于判断沉积环境特征,反演成岩成矿过程。设计了一套多通道的黄铁矿硫提取装置,确定了装置的加热温度为130℃,实验时间为2h,优化了实验流程,实现一次提取同时满足黄铁矿含量及其同位素组成测定需要。采用亚甲基蓝分光光度法测定硫含量和元素分析仪-气体同位素质谱法测定黄铁矿硫同位素组成。亚甲基蓝分光光度法的标准曲线的线性相关性R^(2)=0.9999,黄铁矿样品的加标回收率介于94%~100%之间,10次测量的相对标准偏差为1.9%。黄铁矿经过铬还原法提取生成的硫化银的硫同位素组成的测试结果和本身的测试结果在误差范围内一致,精度≤0.2‰,可以满足沉积岩中黄铁矿硫同位素测试需求。

Au@α-Fe_(2)O_(3)纳米棒的制备及光催化性能

本工作通过水热法与磁控溅射法结合成功构建了表面均匀沉积纳米Au粒子的α-Fe_(2)O_(3)(Au@α-Fe_(2)O_(3))纳米棒,纳米Au粒子的负载量和形态分别由磁控溅射时间和热处理温度调控。在沉积5.1%的纳米Au粒子后,因纳米Au的表面等离子体共振(SPR)效应,Au@α-Fe_(2)O_(3)纳米棒在550 nm处出现了一个新的吸收峰,其带隙由2.20 eV变窄至1.95 eV。Au@α-Fe_(2)O_(3)纳米棒的荧光强度和电化学阻抗显著降低,光电流从0.27μA·cm^(-2)增大至0.45μA·cm^(-2)。纳米Au粒子既拓宽了Au@α-Fe_(2)O_(3)纳米棒的可见光吸收性能,又抑制了电子-空穴对的复合。与α-Fe_(2)O_(3)纳米棒相比,Au@α-Fe_(2)O_(3)纳米棒的光催化性能变得更加稳定,Au@α-Fe_(2)O_(3)纳米棒的光催化效率提高约一倍。

丙烯酰胺/甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的水分散聚合物制备

以丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为共聚单体,过硫酸铵为引发剂,自制聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(PDMC)为分散剂,在硫酸铵水溶液中采用水分散聚合法,制备了丙烯酰胺/甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚水分散体.考察了分散聚合过程中体系黏度变化,引发剂用量、硫酸铵的用量、分散剂的用量对共聚物黏度、分子量、颗粒尺寸的影响,并对其结构进行了鉴定.实验发现,在30℃,AM、DMC总单体质量分数为15%,DMC与AM物质的量比为1∶9,过硫酸铵浓度范围为0.70×10^(-4)~2.8×10^(-4)mol/L,硫酸铵质量分数范围为26.51%~28.1%,分散剂PDMC质量分数范围为1.1%~1.3%条件下,可以制备出黏度低、稳定性好的丙烯酰胺/甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚水分散体.

介孔有机硅中空纳米球固定尿酸酶用于尿酸检测

采用一步生长诱导腐蚀法合成了介孔有机硅中空纳米球(MONs),并用其固定尿酸酶(Uricase),形成了介孔有机硅中空纳米球固定化的尿酸酶(MONs-uricase).采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、红外光谱、氮气吸附-脱附测试和热重分析对MONs和MONs-uricase进行了表征.结果显示,尿酸酶被固定于MONs的介孔结构中,固定率超过90%.MONs具有介孔通道和空心结构,吸附性能良好.MONs-uricase的热稳定性和pH稳定性均比游离尿酸酶高.在血清尿酸(UA)检测中,在0.01~1.00mg/mL范围内MONs-uricase的吸光度与浓度具有良好的线性关系,且特异性良好.MONs-uricase可通过离心回收,在重复使用20次后仍具有约50%的活性,具有良好的可重复利用性.MONs在生物酶的固定化和循环利用方面有较好的应用前景.

聚丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵的合成

以偶氮二异丁基脒盐酸盐(V-50)为引发剂,丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵(DMBC)为聚合单体,采用自由基水溶液聚合法,在氮气氛围中制备了阳离子型聚丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵(PDMBC)。用单因素法考察了单体质量分数、引发剂用量、反应温度以及反应体系pH对聚合物黏度和相对分子质量的影响。对反应条件进行了优化,当反应温度为42℃时,可以合成出相对分子质量100万以上的聚丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵。

钴镍双金属氢氧化物/石墨烯电控分离膜排异性回收废水中低浓度磷酸盐

采用滴涂结合电化学沉积两步法制备了一种具有优良电活性的三维花状钴镍双金属氢氧化物/石墨烯(CoNi-LDH/G)杂化膜,用于电控离子交换过程(electrically switched ion exchange,ESIX)吸附水溶液中低浓度的磷酸根(PO_(4)^(3-))离子。结合X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等对CoNi-LDH/G杂化膜进行形貌、组成及结构表征。采用电化学方法考察了该杂化膜在不同吸附电压、不同初始浓度、共存离子及不同pH值条件下对PO_(4)^(3-)吸附性能的影响。实验结果表明:通过调节氧化还原电位,即使在低浓度下,杂化膜对PO_(4)^(3-)也具有良好的吸附性能,且可以在较宽的pH值(4~10)范围内使用,同时受共存离子及其浓度变化影响甚小。此外,G对PO_(4)^(3-)的吸附容量为1.10 mg·g^(-1),CoNi-LDH对PO_(4)^(3-)的吸附容量为11.74 mg·g^(-1),二者吸附容量之和小于CoNi-LDH/G对PO_(4)^(3-)的吸附容量(16.25 mg·g^(-1))。同时,结合O1s的XPS数据分析发现,CoNi-LDH/G杂化膜对PO_(4)^(3-)的吸附过程除了层间阴离子交换、PO_(4)^(3-)与层板金属离子配位的配体交换外,还存在G与CoNi-LDH之间的协同效应。