微生物−无机杂化材料的研究进展

在利用微生物合成微生物−无机杂化材料的合成过程中,由于生物元素N、P等的自然掺杂,使该类材料具备了普通杂化材料所不具有的优越性能,因而研究与应用发展迅速.目前微生物−无机杂化材料已被广泛应用于抗菌剂、生物催化、光催化、污染物去除和抗肿瘤等众多领域.尽管微生物−无机杂化材料种类繁多,但根据微生物的参与方式,可将这些杂化材料分为全细胞−无机杂化材料和非细胞−无机杂化材料两类.文章依据这两类杂化材料的典型特征对其最新研究进展进行了综述,着重介绍了不同类型微生物−无机杂化材料的合成方法和应用,并对该领域研究前景进行了展望.

石墨烯基杂化材料在微生物燃料电池电极中的应用

微生物燃料电池(MFC)是利用生物催化剂将污水有机物中的化学能直接转化为电能的技术,因其功率密度和能量转化效率低,电极制作成本高,限制了其大规模实际应用。因此如何提高电极的催化性能并降低电极制作成本成为MFC的研究重点方向。由于石墨烯基杂化材料具有良好的导电性和催化特性,因此石墨烯基杂化材料成为在MFC电极应用中的热点之一。本文综述了近年来MFC石墨烯基杂化电极材料的最新研究进展,重点讨论了改性石墨烯电极、金属及非金属/石墨烯杂化电极、金属氧化物/石墨烯杂化电极、聚合物/石墨烯杂化电极和石墨烯凝胶电极的设计思路和制备方法及其催化性能,着重分析了石墨烯基阳极和阴极杂化材料对MFC产电性能的影响。最后对石墨烯基杂化材料在MFC应用中存在的问题及研究前景进行了总结和展望。

一种基于2,6-双(1,2,4-三唑-1-基)吡啶的新型多酸基无机-有机杂化材料的合成、结构与质子导电性能研究

采用水热法合成了一种新型多酸基无机-有机杂化材料{[Co(btp)(Hbtp)(H_(2)O)_(3)](PW_(12)O_(40))·3H_(2)O}_(n)(1),并对化合物1进行了结构测定。X射线单晶衍射结果显示,Co(Ⅱ)离子通过btp配体连接形成一维链,[PW_(12)O_(40)]^(3-)游离于相邻一维链相互交叉形成的孔隙中,从而扩展成三维结构。热重分析表明化合物1具有良好的热稳定性。此外,还对化合物1的质子导电性能进行了研究。结果表明,化合物1在358 K和98%RH条件下的质子电导率为6×10^(-5)S·cm^(-1)。

两个基于八钼酸盐的无机-有机杂化材料的合成、结构和光催化性能

通过水热法成功合成了两个新的基于(β-Mo_(8)O_(26))^(4-)构型的无机-有机杂化材料,分子式分别为{[Ni(β-Mo_(8)O_(26))(H_(2)O)_(4)](H_(2)Fbix)2H_(2)O}_(n)(1)和{[Co(β-Mo_(8)O_(26))(H_(2)O)_(4)](H_(2)Fbix)2H_(2)O}_(n)(2)(Fbix=2,3,5,6-四氟-二(1,4-咪唑-1-甲基)苯)。利用X-射线单晶衍射、X-射线粉末衍射、红外光谱、热重分析和元素分析等对该化合物的结构和性能进行了表征。晶体结构分析表明:化合物1和2为同构化合物。在化合物1中,扭曲八面体构型的Ni^(Ⅱ)与两个β-[Mo_(8)O_(26)]^(4-)单元和4个水分子配位形成一维无机阴离子直链,质子化的Fbix配体未配位,起到抗衡阳离子的作用。在化合物1的结构中,一维无机链[Ni(β-Mo_(8)O_(26))(H_(2)O)_(4)]^(2-)与H_(2)Fbix和客体水分子之间通过氢键堆积形成最终的3D结构。此外,还对化合物1和2进行了光催化性能测试。结果表明:化合物1和2在紫外光作用下可以有效非均相催化降解亚甲基蓝染料(MB),催化剂循环使用4次后其结晶度和光催化性能均没有明显降低。

有机-无机杂化材料膜制备生物传感器用于在线生化需氧量的测定

用溶胶凝胶与接枝共聚物组成的有机无机杂化材料固定皮状丝孢酵母制备BOD生物传感器,在研制的在线BOD监测仪上考察其性能。结果表明,该传感器线性高达85.0mg/LBOD,稳定性良好、使用寿命长,可连续使用90d以上,保存14个月后仍可保持70%以上的活性。本方法用于实际样品分析,得到了与传统的5d法较一致的结果,可用于污水的在线监测。

溶胶-凝胶法制备生物活性有机-无机杂化材料的研究进展

已经应用于临床的骨修复材料主要是生物活性陶瓷和金属如钛及其合金制成的生物材料,它们能与生物骨结合但与人体松质骨相比弹性模量高且柔韧性较低。需要研究一种具有与天然生物骨相类似力学性能的生物活性材料。目前已通过溶胶-凝胶法分别用PDMS、明胶、MPS及PTMO与无机系统合成了生物活性的有机-无机杂化材料,材料通过在有机基体中引入Ca2+和特殊的功能化基团如Si—OH等获得生物活性。其今后主要发展方向在于有机成分的引入以达到最佳的柔韧性和力学强度以及作用机理的研究以提高生物活性。

基于应用于生物传感器的新型有机-无机杂化材料

制备了一种应用于生物传感器的新型有机-无机杂化材料,这种杂化材料由二氧化硅溶胶和聚乙烯醇接枝巯基乙酸组成。此杂化材料克服了普通溶胶凝胶容易脆裂的特点,杂化材料中的巯基可以与金原子形成牢固的配位键从而使杂化材料很好地附着在金电极表面。对杂化材料进行了红外光谱、石英电子微天平、原子力显微镜分析。为了检验杂化材料的应用效果,以此杂化材料作为包埋材料在金电极上制备了葡萄糖氧化酶电极。研究了此酶电极的响应速度和稳定性,结果表明此酶电极具有较快的响应速度(响应时间为2.2s)、较好的稳定性(响应电流在70d后衰减9.6%)。

β-环糊精衍生物/TiO_2有机-无机杂化材料的制备及表征

以钛酸丁酯作为无机前驱体,两种β-环糊精衍生物作为有机体,运用溶胶-凝胶法制备了β-环糊精衍生物/TiO2有机-无机杂化材料,运用IR、TG、SEM、激光粒度对合成杂化材料进行了表征。结果表明:合成的新型杂化材料不仅具有环糊精特征结构的有机组分和TiO2的无机组分;且具有较好的热稳定性,呈较均匀球形颗粒等特点。同时,利用苯酚-硫酸法测定了β-环糊精衍生物/TiO2中环糊精衍生物的含量。

花状聚合物-铜复合物纳米材料和有机无机杂化材料构建的电流型过氧化氢生物传感器

过氧化氢的检测在制药，环境，临床和工业研究中起到关键的作用，因此对可靠，简单，快速检测过氧化氢的方法研究有很大的需求。近年来，随着高灵敏度，高选择性和低检测限的酶生物传感器的研究发展，使其成为检测过氧化氢的重要方法之一。

PDMS-BG-TiO_(2)有机无机生物杂化材料的制备和性能研究

具有良好生物活性的有机无机杂化材料已成为生物材料科学领域的重点研究内容。本题目以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为改性剂,采用溶胶-凝胶法制备基于生物活性玻璃(PDMS-BG)的有机-无机杂化生物活性材料(PDMS-BG-TiO_(2)),研究了加入不同配比的正硅酸乙酯(TEOS)与异丙醇钛溶液(TIPT)对有机无机杂化材料成型能力和生物活性的影响。研究表明:与未在体液培养的试样相比,将试样在模拟体液SBF培养3d后,由试样的SEM图、XRD图和FTIR图谱可得这些材料均具有较好的生物矿化能力,当正硅酸乙酯∶异丙醇钛为12∶1时,制备的薄膜材料不易发生断裂,并且生物矿化能力表现得更为突出。这种有机无机杂化生物活性材料(PDMS-BG-TiO_(2))可能用做骨替代或者骨修复等生物材料。

应用于空间微生物防护的多尺度杂化抗菌剂研究

由于航天员的参与,载人航天活动中难以避免微生物防护的问题,而航天器环境密闭、空间狭小,难以采用地面常用的喷洒一次性有机消毒剂、紫外线杀菌等方式进行微生物防护。通过采用无机抗菌剂,结合纳米技术和杂化结构耦合所产生的协同作用来获得综合性能优异的无机抗菌剂,并采用适当的技术将其应用到航天器上是一种可行的办法。通过热分解前驱体和还原金属离子的方法分别在T-ZnO和CNTs上杂化纳米银和纳米铜,获得了多尺度纳米杂化抗菌剂。采用表面涂覆、浸渍和挤压法及活化接枝的方法分别探究了纳米抗菌剂在铝合金、芳纶布和树脂等材料中的应用。3种基体材料经抗菌改性后对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抗菌率都可达到99.9%,对黑曲霉及其孢子的防霉等级都达到了0级,而且改性后的材料具有很好的耐老化、耐水性及良好的耐擦洗性能。该方法在深空探测活动中的微生物防护方面有很大发展前景。

介孔硅基有机-无机杂化材料的研究进展

介孔硅基有机-无机杂化材料(PMOs)是一种分子水平上有机组分与无机组分在孔壁中杂化的材料,这类材料有着许多独特的性质:有机官能团均匀分布在孔壁中且不堵塞孔道,有利于客体分子的引入和扩散;骨架中的有机官能团可以在一定程度上调节材料的物化性质,如机械性能,亲/疏水性;可以同时实现对孔道和孔壁功能性的调变.正因如此,PMOs已成为当今材料科学领域的一个研究热点.本文综述了PMOs的最新研究进展,包括其合成方法、表征及其在催化、吸附、分离、光电等领域的应用.最后展望了该类材料的发展前景.

有机-无机杂化氧化硅基介孔材料

有机基团可以通过嫁接或共聚的方法引入到氧化硅基介孔材料的孔表面或材料的骨架中,形成表面结合型和桥键型两大类有机无机杂化氧化硅基介孔材料。本文综述了有机无机杂化氧化硅基介孔材料的最新研究进展,介绍了其合成方法、应用及潜在的应用领域,详细总结了目前已报道的有机无机杂化氧化硅基介孔材料的种类,展望了桥键型有机无机杂化氧化硅基介孔材料的发展及应用前景。

有机-无机杂化材料负载钯催化苯酚氧化羰化合成碳酸二苯酯(英文)

采用溶胶凝胶法合成了有机无机杂化材料(OIH),通过与PdCl2(PhCN)2反应,制备了固载化PdCl2/OIH非均相催化剂.考察了此催化剂在苯酚直接氧化羰化合成碳酸二苯酯反应中的催化活性,并与均相PdCl2催化体系进行了比较.结果表明,负载型催化剂的催化活性与均相体系相当.当使用Cu2O和四氢呋喃分别作无机助剂和溶剂时,PdCl2/OIH催化剂重复使用5次后,碳酸二苯酯的产率基本保持不变,钯流失量仅为12.3%.

新型有机-无机杂化材料(C_3H_5N_2)_4·PMo~ⅤMo_(11)^(Ⅵ)O_(40)·4DMF·2H_2O的合成、结构及抗前列腺癌活性研究

制备了有机 -无机杂化材料 (C3H5N2 ) 4PMo Mo 1 1 O4 0 · 4DMF· 2 H2 O.用元素分析、红外光谱和 X射线衍射对其进行了表征 ,该晶体属三斜晶系 ,P1空间群 ,晶胞参数为 a=1 .2 42 3 (3 ) nm,b=1 .2 666(3 )nm,c=1 .3 3 41 (3 ) nm,V=1 .742 3 (6) nm3,α=70 .5 6(3 )°,β=71 .1 6(3 )°,γ=64.1 8(3 )°,Z=1 ,R1 =0 .0 5 85 ,w R2 =0 .1 885 .结构解析表明 ,十二钼磷酸阴离子和质子化的咪唑分子通过静电引力和氢键相互作用 .采用 MTT法 。

聚氨酯/SiO_2有机无机杂化材料研究

以正硅酸乙酯(TEOS)水解缩合,合成表面带有羟基(-OH)的活性S iO2粒子,利用甲苯二异氰酸酯(TD I)和聚乙二醇(PEG)的预聚体与活性S iO2粒子表面的-OH原位聚合反应,制备聚氨酯(PU)/S iO2有机无机杂化材料。FT-IR分析表明,弥散在杂化材料中的S iO2粒子与PU基体以化学键键合;DSC分析表明,随S iO2含量的增加,杂化材料的玻璃化温度Tg升高。与纯PU相比,S iO2含量为4%时,杂化材料的Tg由90℃升高至132℃,但当S iO2含量超过4%达到6%时,S iO2粒子破坏了PU链段的规整性,基体PU的热分解温度由387℃降低至382℃。TEM显示,杂化材料内部弥散的S iO2粒子分布比较均匀,且大部分粒子的尺寸在50 nm左右。

溶胶-凝胶法制备无机-有机杂化材料 Ⅰ.无机-有机杂化材料的分类及制备方法

无机－有机杂化材料的研制日益引起材料科学领域的广泛关注，它的性能决定于其制备方法以及由此产生的微观网络结构。本文综述了溶胶－凝胶法制备无机－有机杂化材料的主要途径和产物的结构特点。

水滑石类有机无机杂化材料的合成与嫁接作用

以硝酸根型水滑石为前驱体,采用阴离子直接交换法制备了水杨酸根柱撑水滑石有机-无机杂化材料,在对样品进行结构表征的基础上,用DTAI、R和XRD等手段研究了主体层板和客体阴离子柱之间的相互作用.结果表明,有机阴离子插入水滑石层间,由于主客体相互作用,可使水滑石层的脱羟基温度和有机阴离子的燃烧分解温度得到较大幅度的提高.不同温度处理样品的XRD和IR研究表明,样品的热处理过程实质上是一个促进主客体相互作用的过程,即客体阴离子向主体层板的嫁接过程,其直接结果是形成氢键.通常,对嫁接温度的选择应是在样品的脱除层间水和羟基完全脱去的温度之间.

溶胶-凝胶法制备无机/有机杂化材料研究进展

本文介绍了溶胶－凝胶法的基本过程，对无机／有机杂化材料进行了分类，描述了溶胶－凝胶法制备无机有机杂化材料的常用方法，对杂化材料进行了评述，并预测了将来的发展趋势。

新型无机-有机杂化中孔发光材料(phen)_2Eu/MCM-41的合成与表征

合成出了担载稀土有机配合物的无机 -有机杂化中孔发光材料 ( phen) 2 Eu/MCM-4 1 ,用 X射线衍射、红外光谱、荧光光谱和紫外 -可见漫反射光谱对所得样品进行了表征 ,并与相应的纯稀土配合物进行了比较 .结果表明 ,所得杂化材料具有典型的中孔材料 MCM-4 1的结构 ,且经组装后孔结构保持不变 ,在紫外光照射下 ,发出稀土离子的特征谱线 ,但与纯稀土配合物相比 ,其激发光谱发生蓝移 ,稀土 Eu3+ 所处的格位对称性降低 ,荧光寿命延长 .另外 ,对光谱性质进行了讨论 .