水凝胶基仿生离子通道及其智能离子传输

离子可控传输是维持众多正常生理活动的重要基础,而实现可控离子传输的关键是生命体系中的各类蛋白质离子通道.受此启发,科研工作者开发了一系列仿生智能离子通道,实现了类似生命体中的可控离子传输.其中,基于水凝胶体系的离子通道由于其空间荷电性和三维互通特性,展现出高离子选择性和高离子通量的优点.同时,水凝胶基离子通道的生物相容性、可形变特性及稳定的离子储存特性,使其成为智能离子传输领域的研究热点之一,该类材料已被广泛应用于离子-电子电路、医疗健康、能源转化与存储以及资源与环境等领域.本文主要从水凝胶基智能离子通道的构筑方法出发,阐述了凝胶内部离子传输机制,并对其在各领域的应用进行了总结,最后对目前水凝胶基离子通道存在的问题及未来发展趋势进行了展望.

5-(4-溴苯基)-2-呋喃甲醛-N-芳氧乙酰腙的合成

以5 (4 溴苯基) 2 呋喃甲醛和芳氧基乙酰肼为中间体原料,合成出了 10 个新的 5 (4 溴苯基) 2 呋喃甲醛 N 芳氧乙酰腙类化合物,并利用IR、1H NMR、13C NMR及元素分析对它们的结构进行了表征.

1-(4-硝基苯氨基乙酰基)-4-苯乙酰基氨基硫脲的NMR谱研究(英文)

利用二维核磁共振技术,对所合成的新化合物1-(4-硝基苯氨基乙酰基)-4-苯乙酰基氨基硫脲的1H NMR和13C NMR谱进行了全归属.

4-(N-甲酰基-N′-邻氯苯基硫脲)-N-邻氯苯基苯氧乙酰胺的核磁共振研究

在超声波辐射下,以PEG-400为固-液相转移催化剂,用邻氯苯胺与双酰基异硫氰酸酯反应,合成出了一种新的化合物——4-(N-甲酰基-N′-邻氯苯基硫脲)-N-邻氯苯基苯氧乙酰胺。实验中观察到了取代和加成反应的竞争。利用元素分析,1H、13C、APT及二维核磁共振技术确定了所合成的新化合物的结构。给出了该化合物的化学位移数据。所得的结果对这类化合物的结构解析很有价值。

氯乙酸芳酯的相转移催化合成研究

利用液-液相转移催化法合成了10种氯乙酸芳酯.讨论了不同反应条件对产率的影响,通过正交实验,探索出了最佳合成条件.该合成方法具有操作简便、反应温度低、反应时间短、产率较高等优点.

醋酸纤维素浓度对嵌段共聚物薄膜的影响

以含有聚环氧乙烷(PEO)和侧链含有查尔酮的聚甲基丙烯酸甲酯(PMA)的二嵌段共聚物(PEO272-b-PMA(Chal)97)为原料,以不同浓度的醋酸纤维素CA(Cellulose acetate)溶液制成的薄膜作为牺牲层,利用相分离法制备具有贯通结构的自支撑薄膜。结果表明:CA的浓度对嵌段共聚物的自组装薄膜的性质产生较大的影响。在一定浓度范围(≤9%)内,薄膜的性质如表面的平滑性、亲疏水性以及通道的尺寸和分布的均匀性等随CA浓度的增加而更优化。

低维限域结构中水与物质的输运

低维限域结构中水与物质的输运研究,对于解决界面化学和流体力学中的遗留问题十分关键.近年来,研究人员采用分子动力学模拟和实验手段研究低维限域结构中水与物质的输运,并将其应用于物质输运、纳米限域化学反应、纳米材料制备等领域.本文从理论和实验的角度总结一维和二维纳米通道的水与物质输运,介绍了本研究组提出的"量子限域超流体"概念,并用于解释纳米通道中超快物质的输运现象;在此基础上概述了一维纳米通道中的分子动力学模拟和水浸润性,以及外部环境(如温度和电压)对限域结构中水浸润性的调控,同时阐述了低维限域结构中的液体输运;对二维纳米通道中的分子动力学模拟、液体浸润性以及液体输运进行了综述;讨论了纳米通道限域结构在物质输运、纳米限域化学反应和纳米材料制备等领域的应用;对低维限域结构中水与物质输运面临的挑战和前景进行了展望.

创新能力培养为导向的大学化学实验教学改革

针对大学化学实验教学中存在教学内容缺乏吸引性、教学方法和考核方式单一的问题,紧紧围绕以学生为中心,充分发挥教师“导”与学生“学”相结合的优势,以优化教学内容为抓手,改进考核方式为手段,对实验教学内容和方法及考核方式进行了改革,将大学化学实验的考核方式改变为50%来自实验报告(含线上通过性预习测试报告和课后论文式实验报告),50%来自实验操作考试。通过基础知识与科研实践相结合、操作训练与考试相结合的实验教学改革,充分调动学生主动参与实验的积极性,加强学生实验过程、表达能力和创新能力的考核,极大促进了学生综合创新能力的培养和科学素养的形成,有利于达到培养工科学生创新能力和科学素质的目标。

二维材料用于渗透能转换的研究进展

在河水与海水的交界处实现渗透能提取与捕获是解决未来能源危机的重要方式之一.渗透能因为储量大,容易获取以及绿色可持续的优势受到广泛关注.反向电渗析技术是一种能够有效捕获渗透能的方法之一,目前已经得到了深入的研究与发展.离子交换膜是反向电渗析技术转换渗透能的关键组件,其性能的优异程度决定能量转换效率的高低.常见的膜材料主要是高分子聚合物及其改性化合物,最近一些二维材料如石墨烯、氧化石墨烯、二硫化钼、各种框架材料及其改性复合物因优异的选择性离子传输、纳米级通道、丰富的表面功能基团以及可修饰性成为捕获渗透能的重要膜材料.本文综合评述了二维材料作为离子传输通道的类型以及相应的传输机理;例举了二维材料及其复合物的设计方案和在渗透能转换方面的具体应用;最后提出了目前二维材料在渗透能转换领域中面临的挑战以及未来的发展方向.

受荷叶自清洁效应启发的手术服表面改性与防污染性能

为了提升当前商用手术服在特殊医疗手术环境下屏蔽携带病原体的血液或体液的性能,降低医护人员与患者因接触携带病原体的血液或体液而交叉感染的风险,受荷叶自清洁效应的启发,本文采用表面双疏处理技术,用含氟双疏处理液对商用手术服表面改性,来提升当前商用手术服在特殊医疗手术环境下对污染物(水、油、血液)的屏蔽性能。扫描电子显微镜和元素分析表征确定了含氟聚合物被成功固定在手术服表面。对改性后的手术服的防水、防油、防血液污染性能检测发现:表面双疏改性可将手术服表面水接触角提升到(138±2)°,水滚动角降低至4. 0°,表明其防水能力明显提升;改性后的手术服表面具有对油滴保持至少60 s不浸润,血液液滴在倾斜20. 6°的改性手术服表面可快速滚落的特性,同时保持良好的透气性能(7. 90 g/(min·m^2))。

工科物理化学课程思政建设的思考与实践

针对工科物理化学课程的特点,深入挖掘专业课程知识中的思想政治元素,分别从传统文化的有机融入、严谨的科学精神和"工匠精神"、辩证唯物主义世界观、可持续发展理念等方面介绍工科物理化学课程思政建设的实践与思考。将思想政治教育有机地渗入教学内容中,提高学生学习的积极性,潜移默化地影响学生的思想信念,将教书和育人真正结合起来,全面落实立德树人的根本任务。

仿生光响应智能纳米孔道的构筑及应用

在生命体中,很多生物过程都和光息息相关,例如光合作用过程和视觉感受系统等,而这些过程大都由生命体中对光敏感的蛋白质离子通道主导。近年来,受这些蛋白质离子通道的启发,具有光响应性的仿生智能固态纳米孔道广受关注。光响应纳米孔道具有灵活的空间和时间可控性,除了和生命过程息息相关,还在能源存储与转化、药物可控释放和分离等方面显示了巨大的应用前景。本综述主要从材料属性出发阐述光响应仿生智能纳米孔道的构筑和分类,并对其应用进行总结和展望。

聚合物纳米仿生通道的制备及其在织物上的潜在应用

以聚合物膜为材料,利用化学径迹刻蚀法制备功能性聚合物纳米仿生通道,分析了该纳米仿生通道在能源转换中的应用。研究表明,径迹刻蚀法制备聚合物纳米通道具有操作简便、形状与大小可控、功能可调等优点,其在能量转换、表面功能性修饰方面的优异表现或许可为智能织物的开发和应用提供新的思路。

仿生智能纳米孔与能源捕获

随着人们对环境友好的可持续能源的不断需求,用于可持续能源技术的多孔材料也受到了越来越多的关注。仿生智能纳米孔,作为多孔材料的一个重要分支,在过去的20年里也取得了快速的发展。而这要得益于这类材料的可控物理结构以及化学性质。科学家们从自然界中获取灵感,利用仿生智能纳米孔发展了一系列的清洁能源捕获体系。在本文中,我们从4个部分总结了近年来仿生智能纳米孔在能源捕获中的利用进展:背景介绍,能源捕获的生物原型,仿生智能纳米孔与能源捕获以及总结与展望。总之,通过向自然学习,利用新的方法以及提高纳米孔材料的性能,我们相信在不远的未来该领域将取得一系列更好的成果。

聚合物基纳米通道的构筑、功能化及应用研究进展

纳米通道在生命过程中起着至关重要的作用.利用聚合物基纳米通道研究离子、分子等在通道内的输运、识别、响应及门控的仿生过程和性质,受到了科学家的广泛关注和研究.目前,构筑聚合物基纳米通道最常用方法是径迹刻蚀技术.刻蚀后的固态纳米通道具有可功能化的基团,科学家正在广泛开展探究纳米孔道功能化的方法研究.本文主要从几种聚合物的刻蚀方法及形状控制,来介绍纳米通道的构筑方法.同时,本文还总结了纳米通道功能化修饰的常用方法.最后,介绍了纳米通道在多方面的应用、未来的展望以及目前该领域存在的一些挑战.

反向电渗析热机发生单元研究进展

反向电渗析热机技术通过"热能-化学势能"和"化学势能-电能"两个转化过程完成电力生产,是一种新型的低品位余热利用技术.热机由发生单元及反向电渗析电池单元构成,分别对应上述两个转化过程.其中,发生单元对系统性能有显著影响,故本文从提升发生单元效率和系统性能出发,系统地综述了发生单元工质和发生方法的研究进展.通过探究溶剂和溶质特性对发生单元及系统性能的影响机理,凝练出工质筛选原则:反向电渗析热机适合于低汽化潜热、低沸点、高活度系数和高电导率的工质.调研发现,现有发生方法主要有蒸馏法、膜蒸馏法和热分解法,其中蒸馏法为最常见的发生方法.3种发生方法的效率较低,不可逆损失大,未来研究可聚焦于系统最优浓度梯度的构建以及发生单元与发电单元的参数匹配.此外,反向电渗析热机技术除了设计用于回收低品位工业余热,亦可用于回收太阳能和地热能等中低品位可再生能源,促进新能源的高效利用.同时,热机工作时伴随有电极反应,表明采用反向电渗析热机进行发电的同时,亦可进行污水处理、有机物降解、制氢及废酸、废碱中和处理.

量子限域超流体:从自然到人工（英文）

生物孔道离子和分子以单链的量子方式快速传输,我们将其定义为"量子限域超流体".限域孔道内离子和分子的有序超流被视为"量子隧穿流体效应",该"隧穿距离"与量子限域超流体的周期相一致.近期研究表明仿生体系也存在量子限域超流现象,例如离子通道和水通道内物质的快速传输.通过把量子限域超流体概念引入化学领域,将引发出精准化学合成,即量子有机、无机、高分子反应等.而引入到生物学领域,将产生量子超流的生物化学、生物物理、生物信息学以及生物医学等.在此基础上,也将产生其他的新科学和新技术.

具有抗酸腐蚀的“水泥-鹅卵石”结构纳流体膜用于渗透能转换

河水与海水之间存在的渗透能是一种新型、可持续的能源,并引起了人们的广泛关注.其中,通过反向电渗析技术,纳流体膜能够从盐度梯度中捕获这种能量.然而,目前的膜材料存在一些不足,例如膜阻过高、稳定性差以及电荷密度低等,这在很大程度上限制了它们的进一步应用.在这项研究中,我们设计了一种高性能的纳米复合膜,该膜采用纤维素为主体并与氧化石墨烯复合,具有类似“水泥-鹅卵石”结构的稳定骨架,有利于增强离子跨膜传输.在人工河水和海水环境中,复合膜的输出功率密度可达5.26 W m^(−2).此外,该膜在质子梯度条件下的功率密度超过67 W m^(−2),且具有良好的耐酸性能,可长期使用.复合膜应用的多样性得益于机械强度高的纤维素与氧化石墨烯纳米结构间的结合作用.在这项工作中,我们展示了利用化学势梯度提取能量并且实现工业废水处理的前景.

基于三相界面生物电化学级联反应的高效制氢研究

电解水是一种极具前景的制氢方法.但是,由于阳极析氧反应(OER)存在过电位高、反应动力学迟缓及产物氧气附加值低等问题,限制了其能量转换效率和广泛应用.本文报道了一种利用三相界面生物电化学级联反应来代替OER,提高电解水制氢效率的方法.在氧气的存在下,氧化酶可以将生物质转化为高附加值的产物,同时生成具有高电还原活性的H_(2)O_(2).得益于高效的三相界面氧化酶催化反应动力学以及低的H_(2)O_(2)电化学氧化电位,与常规电解水相比,基于三相界面生物阳极电解制氢的电压和能耗分别降低了~0.70 V和~36%.并且,在实现高效制氢的同时,还获得了高附加值的酶催化反应产物.将生物电化学级联反应与电化学还原水制氢进行耦合,为可再生燃料的制备提供了一种有效途径.