一种新型的胞外多糖——普鲁蓝

普鲁兰是一种由出芽短梗霉产生的胞外多糖,具有无毒、黏度低、可塑性强、成膜性好等特点,广泛应用于食品、制药、化工、石油等轻工业领域及其他制造业。本文主要介绍了它的一些结构、特性及生物合成,并对它的生产和在食品加工工业上的应用进行了论述。

出芽短梗霉色素变异菌株R45的普鲁蓝糖发酵研究

用正交实验确定了出芽短梗霉（Aureobasidiumpullulans）色素变异菌株R45的发酵优化条件。在此条件下，摇瓶培养的普鲁蓝糖产量最高可达82．4g／L，转化率为54．9％。实验表明，CaCO3是多糖发酵的重要影响因素，多糖的合成与发酵pH值及细胞形态密切相关。

普鲁蓝酶在木薯粉酒精生产中的应用研究

对普鲁蓝酶在木薯粉酒精生产中的应用进行了研究。添加普鲁蓝酶能提高原料出酒率约3％,其作用的最适条件:酶添加量为0.3pun/g原料,作用温度为45～55℃,作用pH值为5.5。

普鲁蓝酶逆向合成麦芽糖基β-环状糊精

以麦芽糖和β-环状糊精作为底物,利用酸性普鲁蓝芽孢杆菌普鲁蓝酶的逆向合成作用合成麦芽糖基β-环状糊精。产物经纸色谱、HPLC和IR进行鉴定并用纸色谱对其分离纯化。对可能影响麦芽糖基β-环状糊精合成的pH、反应温度、加酶量、麦芽糖与β-CD的摩尔比、底物浓度及反应时间等各因素分别作了单因素实验,确定最佳反应条件为温度70℃,pH值4.5,麦芽糖和β-环状糊精摩尔比为12:1,底物浓度80%～85%,加酶量200U/gβ-CD,反应时间60h。

基于普鲁士蓝纳米粒子的免疫层析法检测小麦中的呕吐毒素

该研究采用普鲁士蓝纳米粒子(Prussian blue nanoparticles,PBNPs)作为信号标签,通过制备PBNPs和聚多巴胺包裹普鲁士蓝纳米粒子(polydopamine coated Prussian blue nanoparticles,PB@PDA),优化测试参数、测试试纸条灵敏度和特异性等,研究PBNPs和PB@PDA对呕吐毒素(deoxynivalenol,DON)的检测性能。结果表明,在最优实验条件下,所构建的基于PBNPs和PB@PDA的免疫层析试纸条对DON标准溶液视觉检出限分别为1.0 ng/mL和0.2 ng/mL,在0.1~0.5 ng/mL保持良好的线性关系,PB@PDA比PBNPs-LFIA检测灵敏度提高5倍,2种试纸条均显示良好的特异性。将PBNPs和PB@PDA两种试纸条应用于小麦样品检测,显示试纸条能排除小麦基质干扰,其检测限分别为20 ng/g和5 ng/g,且PB@PDA检测灵敏度高于商品化胶体金试纸条(10 ng/g)。可见,PB@PDA试纸条表现高灵敏性和抗干扰性,可满足呕吐毒素国家安全标准的限量检测要求,为现场快速筛查小麦中呕吐毒素污染提供一种新方法。

普鲁士蓝纳米颗粒促进糖尿病皮肤创面愈合

背景:炎症、氧化应激及细菌感染是糖尿病创面难愈合的主要原因,近年来各种无机纳米材料以其抗菌活性被广泛应用于皮肤创面愈合的治疗,但抗氧化和抗炎方面的作用有限。目的:考察普鲁士蓝纳米颗粒在抗氧化、抗炎和光热抗菌多方面的糖尿病创伤修复的效果。方法:制备普鲁士蓝纳米颗粒并进行表征。(1)体外实验:采用MTT法检测不同浓度普鲁士蓝纳米颗粒的生物相容性;在过氧化氢条件下,检测普鲁士蓝纳米颗粒的细胞保护作用及活性氧荧光表达;检测普鲁士蓝纳米颗粒分解过氧化氢和超氧阴离子自由基的能力;考察普鲁士蓝纳米颗粒抑制脂多糖诱导巨噬细胞炎症的作用;采用平板菌落计数法检测普鲁士蓝纳米颗粒的光热抗菌能力。(2)体内实验:腹腔注射链脲佐菌素建立糖尿病ICR小鼠模型,使用打孔器在背部建立直径6 mm全厚皮肤创面,分对照组(未给予治疗)、普鲁士蓝组及普鲁士蓝光照组干预,观察创面愈合与组织形态学变化。结果与结论:(1)体外实验:普鲁士蓝纳米颗粒在25-200μg/mL质量浓度下对细胞无毒性;普鲁士蓝纳米颗粒具有极强的抗氧化能力,能够抑制氧化应激条件下过度活性氧的产生及对细胞的杀伤,对过氧化氢有降解活性且具有很强的清除超氧阴离子自由基的能力;普鲁士蓝纳米颗粒还显示出显著的抗炎活性,并且在光照后显示出极强的抗菌能力。(2)体内实验:造模14 d后,普鲁士蓝组、普鲁士蓝光照组创面明显缩小,其中普鲁士蓝光照组创面愈合速度最快。苏木精-伊红和Masson染色显示,普鲁士蓝组、普鲁士蓝光照组创面可见大量的肉芽组织形成及胶原沉积,其中以普鲁士蓝光照组最多;免疫荧光染色显示,与对照组比较,普鲁士蓝组和普鲁士蓝光照组α-SMA和CD31表达明显增多(P<0.05),F4/80表达明显减少(P<0.05),其中以普鲁士蓝光照组改善更明显。(3)结果表明,普鲁士蓝纳米颗粒通过发挥抗炎、抗氧化及抗菌作用促进糖尿病小鼠模型皮肤创面的愈合。

普鲁士蓝类钠离子电池正极材料导电性研究进展

发展具有快充性能(即超高倍率性能)的钠离子电池是目前储能领域研究的重点和热点。普鲁士蓝及其类似物(PBAs)具有有利于钠离子储存和扩散的开放式三维骨架结构,已经被证明作为钠离子电池正极材料具有巨大的潜力。然而,目前所制备的PBAs大多数存在结构缺陷和结晶水,以及其本身较差的电子电导率,导致其倍率性能不理想。本文针对PBAs导电性差的问题,从离子导电和电子导电两个方面进行讨论,首先分析了PBAs中结构缺陷以及结晶水的存在对离子导电的影响以及其本身价键结构对电子电导的影响。综述了近期对于提高PBAs导电性的相关研究:①改变晶体结构,通过减少PBAs晶体内部缺陷及结晶水,从而降低钠离子迁移距离及减少阻碍;②设计特殊的PBAs晶体结构,能有效减少钠离子传输路径;③采用复合导电材料,能构建新的电子运输途径。最后对提高PBAs导电性的三种策略进行了总结和展望,指出应该在优化PBAs结构的基础上,复合导电材料,同时增强离子电导和电子电导,以期达到最佳的倍率性能。

学科前沿案例融合下的物理化学实验教学设计——以“高熵普鲁士蓝的合成及应用”为例

培养更多拔尖创新人才是现阶段大学教育的重要任务。化学专业学生的培养不仅需要重视扎实的专业知识学习,还要重视科研创新思维的培养。系统熵变是热力学部分的重要教学内容,在课程原来包含的实验中,有的实验开了十几年甚至几十年,更新速度缓慢,跟不上科研发展的步伐,缺乏新颖性、趣味性及时代性。因此,设计开展高熵材料的合成及应用的创新型实验,不仅可以让学生掌握合成高熵材料的方法,了解高熵材料的研究进展,而且能够让学生探究熵值对材料性质的影响,为后续科学研究打下良好的基础。

基于低含水量普鲁士蓝正极的准固态钠离子电池

与锂离子电池相比,钠离子电池具有成本低、低温性能与安全性更佳等优势,在成本与可靠性敏感的应用领域备受瞩目。高容量、低成本的普鲁士蓝类材料(PBAs)是极具前景的钠离子电池正极材料,但结构中存在的结晶水导致电池性能快速衰减,是限制其应用的瓶颈。本研究提出了一种简便易行的热处理策略,以高效脱除PBAs正极材料中的结晶水,340次循环后的容量保持率由73%提升到88%。利用原位技术揭示了PBAs正极在充放电过程中,其晶体结构由三方向立方发生不可逆转变是造成首次库仑效率损失的机制,并针对性地提出在正极中添加Na_(2)C_(2)O_(4)钠补偿剂可以解决这一问题。在此基础上,采用高离子电导率、高电化学稳定性的聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)准固态电解质,匹配添加Na_(2)C_(2)O_(4)钠补偿剂的低含水量PBAs正极与硬碳(HC)负极,构建了高性能准固态钠离子电池。此类电池在20~500mA·g^(-1)电流密度下的比容量为58~105mAh·g^(-1),并可稳定循环超过200次。研究表明高效脱除结晶水,可以显著提高PBAs正极的稳定性与比容量。

不同Fe/Ni比值普鲁士蓝类正极材料的制备及储锂性能的研究

采用络合剂辅助共沉淀法合成了不同Fe/Ni比值的铁镍普鲁士蓝化合物(FeNiHCF)粉末,并将制得的FeNiHCF粉末进行了储锂性能探究,利用X射线衍射(XRD)、X光电子能谱(XPS)和扫描电镜(SEM)对于材料的微观结构和形貌进行表征,使用蓝电系统进行恒流充放电测试表征材料的储锂性能。结果表明:不同Fe/Ni比值的掺杂会影响材料的储锂性能及循环稳定性,总体而言,随着镍离子掺杂量的增加,材料的循环稳定性不断上升,但容量有一定的下降。在m(FeCl_(3)·6H_(2)O)∶m(NiCl_(2)·6H_(2)O)=1∶4,1C的电流密度下,首次放电比容量为46.2mAh/g,经500圈循环后放电比容量仍达47.6mAh/g。同时,经过20C的高循环倍率测试后,电流密度回到1C时,比容量仍能恢复到倍率性能测试前,表现出了优异的倍率性能。

阶梯形貌铁基普鲁士蓝制备及性能

采用柠檬酸辅助单一源法水热制备了具有表面从边缘向中心依次凹陷降低形貌的铁基普鲁士蓝(SFePBA)。与典型立方形貌FePBA(C-FePBA)相比,BET测试证明阶梯型特殊形貌使其具有增大一倍的比表面积,EIS测试证明其具有更低的阻抗。不同扫描速率下的循环伏安分析证明其具有赝电容效应,从而具有优异的倍率性能。电流密度由0.1 A/g增大到5 A/g,容量几乎不变,保持率为94%。此外不同电压下的非原位XRD测试证明其具有良好的结构可逆性,循环稳定性优良,在0.6 A/g电流密度下循环1500次后容量保持率为89%。

NiCo普鲁士蓝类似物中空纳米泡的制备及其Cs^(+)吸附性能研究

铯离子(Cs^(+))的高效分离在资源利用和生态安全上都具有重要意义。开发具有高容量和高选择性的Cs^(+)吸附剂是一项具有挑战性的任务。以棱柱状四方乙酸钴镍前驱体为模板,采用自模板法绿色高效地成功合成了用于有效去除Cs^(+)的Ni Co-PBA中空纳米泡吸附剂(Ni Co-PBA HNB)。通过傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和能谱仪(EDS)等对Ni Co-PBA HNB进行了表征。实验结果表明:Ni CoPBA HNB具有高比表面积(195.09 m^(2)/g)和介孔(10.21 nm)分布。得益于其独特的纳米结构和孔特性,Ni Co-PBA HNB能够在30 min内达到吸附平衡,其最大吸附容量可达317.59 mg/g,吸附过程符合准二级动力学模型。即使在高浓度K+(0.1 mol/L)共存的情况下,分布系数(8.82×10^(3)m L/g)仍保持在较高水平。此外,Ni Co-PBA HNB的吸附机理主要为晶体内的K+与溶液中的Cs^(+)的离子交换。

表面硫化普鲁士蓝比色法测定GSH的综合实验设计

设计了以硫化法制备表面硫化的普鲁士蓝催化剂,用于比色法检测谷胱甘肽(GSH)。该催化剂可以有效消除本身蓝色的干扰,显著提升类过氧化物酶活性。在H_(2)O_(2)存在下,该催化剂催化3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)氧化形成蓝色的氧化型TMB(oxTMB)。动力学分析表明,催化剂与底物的亲和力强,呈现优异的类过氧化物酶活性。硫化的普鲁士蓝用于比色法检测GSH时表现出较高的灵敏度和选择性。实验包含材料制备、仪器表征和检测,可分割成多个模块在无机化学、仪器分析和生物化学中开展,有利于增强学生创新实践能力,提高学生整合所学知识的能力。

水热-辐射联用技术制备普鲁士蓝/MPC/蚕丝布复合材料及其ROS清除性能研究

以蚕丝布作为基底原料,通过水热法使普鲁士蓝纳米颗粒(PBNPs)在蚕丝布的表面生长,再通过辐射接枝法将2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)接枝在蚕丝布上,制备了普鲁士蓝/MPC/蚕丝布复合材料(PMS),通过XRD、FTIR、TG、DTG、XPS等手段对PMS进行了表征,并探究了PMS的活性氧自由基(ROS)清除能力。结果表明,PBNPs成功在蚕丝布上原位生长,MPC成功接枝在蚕丝布上;PMS的结构稳定,具有良好的ROS清除能力,可以有效保护细胞免受ROS攻击。PMS有望成为一种性能优异、有前景的糖尿病伤口护理敷料。

基于MWCNTs和Co-Fe双金属普鲁士蓝类似物的电化学传感检测牛奶中的H_(2)O_(2)

该研究构建了钴铁普鲁士蓝类似物(Co-FePBA)和多壁碳纳米管(MWCNTs)修饰的无酶电化学传感器(NF/Co-FePBA/MWCNTs/GCE),Co-FePBA模拟过氧化氢酶对H_(2)O_(2)进行电催化还原,产生较强的电流响应,用于牛奶中H_(2)O_(2)的快速、灵敏电化学检测。在最优条件下,该传感器对H_(2)O_(2)的电流响应有较宽的线性范围(0.01~5.0 mmol/L),检出限(LOD,S/N=3)为0.52μmol/L。此外,该传感器具有较强的抗干扰能力和良好的重复性、重现性和稳定性,用于实际牛奶样品检测中回收率为91.3%~103%,相对标准偏差(RSD)≤2.7%(n=3)。该电化学检测方法可以实现牛奶中H_(2)O_(2)的低成本、简单、快速、高灵敏检测。

普鲁士蓝及其类似物的研究进程及应用

普鲁士蓝(PB)材料及其类似物(PBAs)具有理论容量高、离子交换能力优越、电化学稳定性好等优势,被广泛应用于环境等诸多领域,具有重要研究意义。结合近年来的研究热点,综述了普鲁士蓝及其类似物在电池、环境、医疗、催化剂、检测等领域的研究进展及具体应用,详细介绍了普鲁士蓝的特点与性能优化方法,为重金属吸附剂、比面积优化的电极材料等设计与开发提供了新思路,且为深入了解类普鲁士蓝吸附机理、电催化析氧性能增添了新见解,并结合目前尚存在的不足,对普鲁士蓝材料的未来应用空间和发展前景进行了展望。

铜掺杂聚多巴胺包裹改性普鲁士蓝的制备及性能研究

本文以改性普鲁士蓝(PB-NO)为基体,制备出一种铜离子掺杂聚多巴胺包裹PB-NO的材料(PNPC)。研究了材料的光热性能、化学动力学反应能力、一氧化氮(NO)释放水平与细胞毒性(MTT)。结果表明,在相同条件下,PNPC较PB-NO有着更好的光热能力与更强的一氧化氮(NO)释放水平,并且聚多巴胺中的铜离子赋予了材料消耗还原性谷胱甘肽、催化过氧化氢生成活性氧的化学动力学反应能力。PNPC施加5 min的808 nm(1 W/cm^(2))激光照射后,与其共孵育的4T1细胞的存活率明显下降,表明其具有一定的癌细胞毒性。总的来说,PNPC是一种具备光热、化学动力学反应、释放NO能力的材料,有治疗肿瘤的潜力。

普鲁士蓝类钠离子正极材料的制备及改性研究进展

普鲁士蓝类似物(PBAs)具有较高理论比容量和开放式三维框架结构,被认为是最具应用前景的钠离子正极材料之一。然而,大部分通过水溶液反应合成的PBAs,普遍存在[Fe(CN)_(6)]_(3)-/[Fe(CN)_(6)]^(4-)空位,水分子不可避免进入PBAs框架中形成配位水,占据了原本Na+的容纳点位,影响了Na+的正常传输,降低了PBAs材料的比容量。PBAs晶体框架受空位影响,其离子导电性和循环稳定性在长时间循环下退化并变差,同时配位水与电解液发生副反应,进一步降低了电池的电化学性能。为解决上述问题,提高钠离子电池中PBAs基正极的比容量、循环稳定性、倍率性能和整体能量密度,重点介绍了PBAs正极材料的制备及改性方法,并总结了各制备及改性方法的特点及效果。PBAs的制备方法包括水热法、共沉淀法和单一铁源自分解法。改性方法包括制备工艺优化和材料复合改性,其中制备工艺优化包括螯合剂、脱水、提高前驱液Na+浓度和结构纳米化,材料复合改性包括元素掺杂、表面涂层、异质结构和复合材料。研究表明,在富含Na+的前驱液中,采用螯合剂辅助共沉淀法,通过合成过程的水浴加热及样品制备后的真空干燥,可获得空位少、水分少的高结晶度PBAs。将制备的PBAs样品与导电剂进行复合,可进一步改善其电子导电率及倍率性能,有望获得高容量、高循环特性及满足高倍率需求的正极材料。综上所述,PBAs作为钠离子正极材料,可通过对其合成方法和改性研究的不断创新,进一步优化其电化学性能,使其在未来具有广阔的应用前景。

普鲁士蓝类似物作为钠离子电池正极材料的应用进展

目前,锂离子电池被应用在多种储能领域,锂资源的持续消耗导致锂离子电池的成本高昂。由于丰富的钠资源储量以及价格优势,钠离子电池被认为是一类具潜力的新型储能装置。相对于锂离子来说,钠离子较大的离子半径对于电极材料的稳定性存在威胁。普鲁士蓝类似物具有易于调控的骨架结构、简单的合成工艺、较低的成本和环境友好等特点,适合作为钠离子电池正极材料。本文总结了普鲁士蓝类似物的结构与电化学性能之间的关系,并对其作为钠离子电池电极材料的研究方向进行了展望。

锰基普鲁士蓝作为钠离子电池正极材料的研究进展

近年来,由于锂资源的短缺和快速消耗,锂离子电池的成本急剧增加,因此寻找新型储能系统显得日益重要。钠离子电池具有和锂离子电池相似的工作原理,可以作为锂离子电池的一种经济高效的替代品。锰基普鲁士蓝材料因其原材料分布广泛、成本低、结构稳定、环境友好且制备工艺简单等优点,是一种极具潜力的钠离子电池正极材料。综述了有关锰基普鲁士蓝材料的储钠机理、合成方法、修饰路线及材料应用的最新进展,从迁移离子、过渡金属、结合水与空位分析了普鲁士蓝材料对钠离子电池电化学性能的影响,并对可能的发展方向进行了展望。