一种多孔氮掺杂生物炭的制备及对四环素吸附性能--创新型实验设计

为了拓展农业院校应用化学和材料化学专业高年级学生的学科视野,提高化学实验课程的高阶性、创新性和挑战度,通过科教融合,设计了一个创新性实验—利用汉麻废弃物制备多孔氮掺杂生物炭及对四环素吸附性能。实验内容包括氮掺杂多孔生物炭的制备、形貌结构和性质表征、吸附性能和稳定性的测试以及吸附动力学拟合与机理探索等。该实验具有化学、材料学与农业科学和生物科学相结合的特点,创新性强、操作简便,可供同类高校的同行借鉴。将农林废弃物的回收利用的科研成果应用于教学实践,可以突出专业特色,提升化学类专业学生的科技创新思维、环境保护意识和综合实践能力。

基于杂交链式反应和共价有机框架的新型荧光传感器用于ctDNA的高灵敏和选择性检测

共价有机框架是近年来发展起来的一种高度结晶的多孔聚合物,由有机单元连接形成。由于其优异的孔隙率、模块性、结晶性和生物相容性,在传感领域显示出良好的应用前景。本文开发了一种基于杂交链式反应(HCR)和共价有机框架的新型荧光传感平台,用于高灵敏地检测循环肿瘤DNA(ctDNA)。ctDNA可以作为HCR的激活剂,通过触发发夹1(H1)和发夹2(H2)的自主交叉打开,激活HCR形成延伸的有缺口的双链DNA,导致荧光信号的变化,从而实现ctDNA的定量检测。HCR产物和荧光信号分别采用琼脂糖凝胶电泳和荧光光谱进行表征。在0~10 nmol/L范围内,ctDNA的浓度与荧光信号呈良好的线性关系,检测限为1.3nmol/L。该方法对ctDNA具有满意的选择性,并在人类血清样品检测中显示出良好的性能。该荧光传感平台为ctDNA的检测提供了新思路,在癌症早期诊断中显示出潜在的应用前景。

巯基硅球石墨烯复合材料的合成与重金属离子吸附

采用一锅法和水热法分别合成了单分散巯基修饰氧化硅球(MFS)及其石墨烯超轻复合材料(MFSGA)。利用X射线衍射、扫描电镜、红外光谱等方法对MFS和MFSGA的材料结构和形貌进行表征。MFSGA表现出良好的结构强度,MFS在复合材料中均匀分散。考察了材料粒径、修饰剂种类等因素对MFS形貌和表面结构的影响。采用X射线荧光法测试了MFS和MFSGA对Hg^(2+)等重金属离子的吸附特性,二者对Hg^(2+)的饱和吸附量分别为260.19和158.06 mg/g。MFS易于合成且应用经济性良好,MFSGA的结构稳定性好,易于回收与重复利用,具有较大的应用潜力。

百年前的回望与启示——1923年诺贝尔化学奖得主弗里茨·普雷格尔的科研奇迹

弗里茨·普雷格尔因创立了有机物质的微量定量分析法而获得1923年诺贝尔化学奖,在获奖百年之际,本文回顾了他的相关研究背景和科研历程,并概述了微量定量分析技术的诞生情况。普雷格尔的成功体现了复合型知识结构的坚实基础、站立巨人肩膀上的继承创新、合作研究协同创新的重要性,其经历也引发了我们对于如何建立新时代理想研究生师生关系的思考。

一流的科学家,绝佳的合作者——2023年诺贝尔生理学或医学奖得主德鲁·魏斯曼

德鲁·魏斯曼与卡塔林·卡里科因“发现了核苷碱基修饰,从而能够开发出针对COVID-19的有效mRNA疫苗”共同分享了2023年诺贝尔生理学或医学奖。回顾魏斯曼的科研历程,他早早树立了身为免疫学家的社会责任,致力于通过疫苗开发解决人类的健康难题,后与卡里科以契合的精神达成互补的合作,突破了mRNA应用的关键难题,为mRNA药物、COVID-19 mRNA疫苗的开发奠定了基础。魏斯曼的成功引发了我们关于树立坚定科研精神、建立良好科研合作的思考。同时,本次诺贝尔生理学或医学奖的结果,让我们认识到社会的迫切需求对技术进步与推广的重要作用,也引发我们对如何更好地支持科研人员从事基础研究、如何引导企业与相关部门从本次全球人类健康安全事件中探索对新药开发进行资助、监管的思考。

激光/荧光陶瓷成型技术的研究进展

激光/荧光陶瓷具有优异的物理化学和发光稳定性能,在激光、照明和显示领域应用广泛。陶瓷成型技术是实现材料结构功能一体化的重要环节,直接决定了陶瓷关联器件的发光品质和服役行为,是当前研究的热点问题。本文综述了激光/荧光陶瓷成型技术的最新研究进展,系统总结了激光/荧光陶瓷成型的原理、成型方法、技术特征和应用范围,着重分析了各类成型技术在陶瓷制备、结构设计及其性能调控方面的影响。最后,讨论了激光/荧光陶瓷面临的结构设计、素坯成型和光热性能调控等问题,并展望了激光/荧光陶瓷成型-结构-功能-器件一体化的发展趋势。

ZIF-67衍生的离子掺杂材料制备及电催化性能研究进展

钴基沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)结构和功能的多样化使其在电化学领域得到了广泛应用。然而,ZIF-67的低固有电导率和容易自聚集的性质,通常会导致高过电位。因此,有必要通过其他离子掺杂进行优化,以提高ZIF-67衍生物的电催化性能。本文概述了ZIF-67的合成及其析氧性能,总结了常见的通过离子掺杂提高ZIF-67析氧性能的方法,并梳理了其在催化电解水析氧方面的应用。最后对ZIF-67及其衍生物的发展方向和前景进行展望,为今后的研究提供参考。

基于煤气化渣特性的环境功能材料制备与应用研究进展

随着煤气化技术的兴起,煤气化渣(CGS)的产生量和堆存量越来越大,逐渐成为煤化工基地亟需解决的问题。CGS是一种廉价易得的工业废物,因其富含SiO2、Al2O3、残余炭以及矿质营养成分,且具有比表面积大、孔隙发达等特点,使其在制备吸附剂(介孔二氧化硅、分子筛、陶瓷膜、混凝剂等)、土壤改良剂(土壤调节剂、堆肥、沙土改良等)、催化剂等领域存在天然优势。本文分析了CGS的粒度分布、孔隙结构、化学矿物以及元素组成,归纳了CGS基介孔二氧化硅、分子筛及其复合材料的制备方法,重点阐述了CGS基多孔材料对重金属、有机染料、氨氮等污染物的吸附性能,以及CGS应用于土壤调节剂、堆肥添加剂和沙土改良的研究进展。为提高经济效益,未来研究中,应加强CGS的分级利用,实现其各自利用效益的最大化。

绿色合成氧化铈构建导尿管抗菌水凝胶涂层

因导尿管引起的微生物感染严重危害患者健康,并容易导致细菌耐药性。基于纳米材料的抗菌涂层是应对导尿管感染的最有效策略之一。本文利用绿色小球藻自身及其分泌物的还原性环境,制备合成高表面活性的纳米氧化铈Bio-CeO_(2),能够高效产生活性氧自由基,实现对大肠杆菌、铜绿假单胞菌等致病菌的抑制和杀伤。在这种绿色合成的模拟酶纳米材料基础上,将其与壳聚糖、京尼平等生物基材料协同作用,在导尿管表面构建稳定的抑菌水凝胶涂层。结果显示,包覆有Bio-CeO_(2)水凝胶抗菌涂层的硅胶导尿管比裸导管的抑菌效果显著增强,尤其是在低浓度的过氧化氢溶液环境下,对铜绿假单胞菌的抑菌效率可提升至54%,这为未来新型广谱抗菌导尿管的设计和感染性疾病的预防控制提供了潜在新材料和技术手段。

短程硝化-厌氧氨氧化工艺的挑战与对策

短程硝化-厌氧氨氧化(PN/A)工艺与传统生物脱氮工艺相比,具有能耗低、设备简单、污泥产率低等诸多优点,在污水脱氮领域备受关注。本文首先总结了PN/A工艺在实际应用中存在的一些挑战,如处理高C/N废水效果不佳、亚硝酸盐氧化细菌(NOB)抑制困难、启动缓慢等,针对上述挑战提出了一些PN/A工艺的改进措施。可使用多种预处理技术来降低废水有机物含量,以减弱高C/N比废水的负面影响;根据NOB、厌氧氨氧化菌(AnAOB)、氨氧化细菌(AOB)之间生长条件的差异,通过调控温度、pH、溶解氧等环境条件或添加抑制剂来抑制NOB的生长。接着,总结了PN/A工艺快速启动的方法,即通过添加化学物质、物理场、外加AnAOB种泥并给予AnAOB最佳生长条件等方法,实现PN/A工艺的快速启动。最后,展望了该工艺未来有待深入研究的方向。

牛奶中外泌体的分离与鉴定科研创新实验教学设计

外泌体是一类细胞外囊泡,广泛存在于血液、尿液、乳汁中,可用作疾病诊断标志物、药物载体等,是目前化学相关领域的研究热点。本文设计开发出“牛奶中外泌体的分离与鉴定”这一科研创新实验,包含盐析及等电点法分离蛋白质、聚合物沉淀法提取外泌体、BCA法测定蛋白质含量、纳米金颗粒的合成、目测比色法特异性检测外泌体等五部分内容。本实验立足《化学类专业化学实验教学建议内容》和《化学类专业教学质量国家标准》,结合本科阶段教学内容,涉及无机化学、分析化学、生物化学、物理化学、材料化学等多个二级学科,在巩固学生基础实验技能、提升科学素养的同时,进一步培养学生科研探索及解决复杂问题的思维和能力。本实验模块化强,既可组合在一起作为科研创新实验,亦可拆分作为相应二级学科教学实验,十分契合不同层次的实验教学要求。

透明超疏水材料的研究进展

超疏水表面在包括自清洁、防腐、防冰和流体输送过程中的减阻等许多领域都有广泛应用,透明的超疏水表面更是在太阳能光伏电池板和其他光学领域具有自我清洁的潜在应用。本文首先介绍了透明超疏水的相关理论,然后概括了制备超疏水表面常见的方法,重点归纳总结了用于构建粗糙度的不同物质,如SiO_(2)、TiO_(2)等,并分析了其优缺点;最后,简单介绍了透明超疏水的应用前景,并对其研究方向进行了展望。

抗癌药替沃扎尼的合成研究进展

肾细胞癌(亦称肾癌)是最常见的侵袭性恶性肿瘤之一,对于晚期肾癌,药物治疗尤为关键。小分子靶向新药替沃扎尼是一种口服、强效、高选择性和安全性的VEGFR酪氨酸激酶受体抑制剂,具有明显的抗肿瘤及抗血管生成作用,市场应用前景广阔。本文总结了替沃扎尼的合成方法、晶型类别,并讨论了各合成方法的优缺点,为替沃扎尼及其中间体的合成研究和工业化生产提供帮助。

硫键:从概念形成到实际应用

早期含硫键物质的合成和硫键结构的发现为硫键概念形成奠定了基础。20世纪90年代以来,对硫族原子亲电性和亲核性的探索使人们对硫键的本质有了深刻的认识,促使了硫键概念的形成。此后,化学家分别于2002年和2010年开发了硫键超分子自组装和阴离子识别功能,并开始重视硫键在固体和溶液中的应用。随着对新型分子间作用力关注度的提高,硫键会越来越受到人们的重视,其应用也会有更广阔的前景。

手性金属有机骨架构筑的电化学传感器对色氨酸对映体的识别

本文以Cu(Ⅱ)、1,10-菲咯啉(Phen)和L-谷氨酸(L-Glu)为原料,通过一锅法合成了手性金属有机骨架L-Glu-Phen-Cu(Ⅱ),其作为一种新型的电化学传感界面具有良好的对映体选择性(I_(L)/I_(D)=2.24),被用于色氨酸(Trp)对映体的手性识别。Cu(Ⅱ)和L-Glu配位实现了L-Glu-Phen-Cu(Ⅱ)立体选择性的构建,Cu(Ⅱ)和Phen配位增强了电化学信号。本研究不仅为高效的Trp对映体检测提供了一种易于调节、低成本的传感界面,而且为直接合成用于手性识别的手性MOFs提供了一种可行的新思路。

热电池正极材料的研究进展

热电池是一种热激活贮备式电池,由于其优良的贮存稳定性、放电可靠性等特点,广泛应用于多种军用武器的内部电源。为了满足当前不同军用武器装备的需求,热电池的发展趋于在提高电化学性能的同时实现小型化、微型化。热电池电化学性能的提高主要取决于正极材料的发展,目前对现有正极材料的优化改性和新型正极材料的开发是提高热电池性能的主要方法。本文从合成和改性方法的角度综述了近年来硫化物、氯化物、氟化物热电池正极材料的研究进展,并对其材料特性和放电性能进行了综合评估。最后,基于热电池特殊的应用场景,从热稳定性、放电电压、电导率等方面对热电池正极材料未来的发展方向进行了总结与展望。

微塑料去除技术研究现状及进展

微塑料作为一种新型的污染物,由于其粒径小、化学性质稳定不易降解,对水体环境、水生动植物以及人体健康造成了严重威胁,目前尚未形成针对微塑料的标准去除或分离方法。本文通过对国内外与微塑料去除相关最新技术的综述,从物理分离、化学去除、生物去除以及近年新兴的去除技术四个方面进行了系统的分析,同时对各技术适合的工况及优缺点进行了较全面的阐述。传统的物理分离、化学去除和生物去除技术对粒径较大的微塑料具有较好的去除效果,然而对于粒径小于20μm的微塑料无法完全去除;改进的传统技术及新兴技术虽然能有效去除微塑料,然而其成本较高,仍需进一步深入研究和可行性论证。希望本文有助于研究人员了解各类微塑料分离方法的优缺点,为在实际处理不同类型微塑料时选择合适的去除方法提供借鉴。

无机填料在改性两亲性水凝胶防污材料中的应用研究

水凝胶防污材料因其环保特性成为当前海洋防污领域的研究热点,然而其黏附及力学性能的不足仍是限制其实际应用的技术关键。本研究在油性结构单元增加黏附的两亲性水凝胶的基础上,通过物理共混引入Al_(2)O_(3)、TiO_(2)、蒙脱土和高岭土赋予两亲性水凝胶涂层更多的黏附机制并考察它们对水凝胶涂层其他性能的影响。研究发现,随着无机填料的引入和含量的增加,水凝胶涂层的黏附性能大幅增加,静态泡板和动态划水的不脱落时间分别提高6倍和2.5倍。其中,TiO_(2)和高岭土能使水凝胶涂层的应力明显增强。虽然,无机填料的加入使两亲性水凝胶涂层抑制牛血清蛋白及小新月菱形藻吸附的能力下降,但在实海挂板实验中依然表现出相当的防污能力,且具有一定的实际应用价值。本研究为探讨无机填料对水凝胶涂层性能的影响提供了一些参考,并对提高两亲性水凝胶涂层黏附及力学性能提供了一种策略。

离子型共价有机框架材料的制备及其对染料的吸附性能研究

茜素红(Alizarin Red S)具有毒性高、结构复杂以及化学需氧量(COD)大的特点,是水中难处理的污染物之一。本文采用三醛基间苯三酚和溴化乙锭作为构筑单元,在溶剂热条件下合成一种二维离子型共价有机框架材料TpEB-COF,并通过X射线衍射、扫描电镜和能量色散谱等对其进行结构表征。将制备的TpEB-COF作为固体吸附剂应用对水中茜素红的吸附,考察了吸附时间和pH对吸附过程的影响。结果表明,TpEB-COF对于茜素红的吸附符合准二级动力学方程和Langmuir吸附模型,吸附效率为82.8%,最大吸附量为828mg/g。本研究可为COFs材料的设计和合成提供参考,拓展了离子型COFs材料的应用范围。

生物质气化技术的研究进展

生物质能是一种可再生能源,它来源于生物体(如植物、动物、微生物等)通过光合作用将太阳能转化为化学能,并以有机物的形式储存。生物质能可以在适当的条件下被转化为热能、电能、生物燃料等,是一种重要的替代传统化石能源的可持续能源。生物质气化作为生物质的开发路径之一,是利用生物质生产合成气的有效方式。本文综述了生物质气化技术的研究,包括传统气化技术、共气化技术、化学链气化技术以及超临界气化技术等。介绍了每个气化技术的实验研究,阐述了各个气化技术的特点;详细介绍了化学链气化中载氧体与共气化中掺杂剂的使用。本文旨在探索使生物质气化效率达到最优的方案,并列举了目前存在的局限性,为进一步发展生物质气化技术以及生物质气化研究提供有益参考。