金属纳米粒子/聚合物体系的稳定性及其机理

金属纳米粒子由于其小的尺寸和大的比表面积等特点,使其具有独特的热性能、电性能、磁性能和光性能,以及很强的团聚趋势。因此金属纳米粒子是否被稳定在纳米尺度内,是它们能否表现出独特性能的关键。本文综述了非离子聚合物、聚电解质、两亲聚合物、双亲水聚合物、树状聚合物对金属纳米粒子的稳定作用及其稳定机理的研究进展。

金属表面纳米粒子/聚合物复合防腐涂层的研究进展

纳米材料(NMs)具有独特的性能,由其构成的纳米粒子/聚合物复合涂层在金属表面防腐蚀方面是非常经济有效的。本文总结了氧化物基和碳基两种不同纳米材料对纳米粒子/聚合物涂层性能的影响,概述了典型纳米粒子/聚合物复合防腐涂层防腐机理,表明碳基纳米材料可以作为提高防腐涂层阻隔性能的较有前途的纳米填料。最后展望了将纳米粒子/聚合物材料有效应用到金属表面防腐涂层中所面临的挑战和未来发展前景。

金属卤化物钙钛矿纳米晶体/聚合物复合材料的研究进展

金属卤化物钙钛矿纳米晶体因其独特的光电特性,在光伏和光电等领域展现了巨大的应用前景,受到广泛的研究关注。但钙钛矿纳米晶体本身的离子晶体性质使其在水、热等环境下不稳定,从而限制了其实际应用。金属卤化物钙钛矿纳米晶体可以与聚合物结合形成纳米复合材料,具有许多优越的特性。聚合物基体可以赋予复合材料稳定性、可拉伸性和溶液加工性,而纳米晶体可保持其尺寸、形状和组成相关的光电特性。因此,这些纳米复合材料在下一代显示器、照明、传感、生物医学技术和能量转换等领域具有巨大的潜力。本文总结了金属卤化物钙钛矿纳米晶/聚合物纳米复合材料的最新研究进展。首先,讨论了制备金属卤化物钙钛矿纳米晶体/聚合物复合材料的各种合成策略。其次,介绍了金属卤化物钙钛矿纳米晶体/聚合物复合材料在发光二极管、激光和闪烁体等领域的应用。最后,提出了该领域未来的研究方向和挑战。

周期纳米颗粒阵列中聚合物链扩散行为的耗散粒子动力学模拟

聚合物纳米复合材料(polymer nanocomposite,PNC)因其兼具纳米颗粒(nanoparticle,NP)和聚合物的性质而展现出较好的力学性能,目前在材料领域和软物质科学研究中广受关注.由于聚合物在多尺度动力学特征方面研究的困难性,故预测聚合物在聚合物纳米复合材料中的扩散行为是一个亟待解决的问题.采用耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics,DPD)方法模拟了不同链长的聚合物在聚合物纳米复合材料中的扩散过程,并用一个关键的无量纲约束系数χ,即聚合物链首末端距离Lee与有效自由扩散长度Lf的比值,对聚合物链的扩散行为进行刻画.通过分析纳米颗粒的浓度、聚合物链的长度和聚合物纳米颗粒之间的相互作用对聚合物扩散的影响,提出了聚合物链的有效扩散率关于约束系数χ的标度率,并证实该标度关系可以准确预测低约束系数χ时的模拟结果.该工作对聚合物纳米复合材料的理论发展和应用研究有着一定的指导意义.

聚合物纳米粒子界面限域结晶连续化制备大面积MOFs杂化膜

金属有机框架(MOFs)作为一种新型结晶性多孔材料,具有高的比表面积和可调控的孔道结构,逐渐被用于制备高性能分离膜.近年来,已有大量的研究报道采用不同方法制备MOFs膜,其对溶液体系中物质的分离表现出高渗透性和分离选择性.然而,由于MOFs成膜结晶过程通常难以控制,易产生晶界缺陷,膜层较厚(一般为几百纳米至几微米);同时,MOFs结晶材料固有脆性以及在水溶液中结构不稳定性等问题,极大限制了MOFs分离膜的规模化制备及其在水溶液分离体系中应用.

ACQ、AIE聚合物纳米粒子发光性能及其在喷墨印花中的应用

为探究聚集诱导猝灭(ACQ)型和聚集诱导发光(AIE)型聚合物纳米粒子(PNPs)的发光性能,以及二者在喷墨印花中的应用效果,采用细乳液聚合技术原位包覆ACQ染料尼罗红(NR)和AIE染料四苯基乙烯(TPE),制得ACQ-PNPs和AIE-PNPs。采用重量法、动态光散射、扫描电镜、紫外-可见分光光度法和荧光光谱法等研究了染料用量对PMMA/NR NPs和PMMA/TPE NPs的最终转化率、颗粒特征和发光性能的影响;将poly(MMA-co-20%BA)/NR NPs和poly(MMA-co-20%BA)/TPE NPs乳液配制成墨水,用于棉织物的喷墨打印,探究两类墨水在棉织物上的喷墨印花效果。结果表明:当染料质量分数低于1.5%时,NR和TPE染料对PMMA/NR NPs和PMMA/TPE NPs体系聚合反应最终转化率和纳米粒子尺寸影响均较小,PMMA/NR NPs荧光强度随NR染料质量分数的增加呈现先增加后趋于稳定的趋势,而PMMA/TPE NPs荧光强度与TPE染料近乎呈线性正相关。此外,经poly(MMA-co-20%BA)/NR和poly(MMA-co-20%BA)/TPE NPs墨水喷墨打印后的棉织物,其图案分别呈现出明亮的红色和蓝色荧光。研究表明,在合适的染料浓度范围内,采用细乳液聚合法制得的ACQ和AIE聚合物纳米粒子乳液在喷墨印花领域中均有良好的应用前景。

基于金属纳米粒子的活性包装复合膜在生鲜食品保鲜领域的研究进展

近年来,人们对生鲜食品品质的关注不断提高。如何减少其腐败损失并保障消费者的食用安全对于支撑食品行业高质量发展、满足人民日益增长的美好生活需要具有重要意义。活性包装复合膜在改善生鲜食品品质方面作用显著。其中,基于金属纳米粒子与聚合物复合制得的复合膜能够抑制细菌的生长和代谢,减缓食品氧化过程,减少贮藏微环境中的有害成分,提高食品的安全性并延长保质期。金属纳米粒子/聚合物复合膜现已成为食品保鲜领域的研究热点。基于此,本文首先归纳总结了金属纳米粒子/聚合物复合膜的制备方法及特点;随后,从抗菌、抗氧化、清除乙烯、高阻隔性等方面综合分析了复合膜的保鲜机制,探讨了复合膜的传感功能及其生物安全性;最后,阐述了复合膜应用当前面临的挑战,并展望了未来发展的机遇,以期推动复合膜在生鲜食品包装领域的研究和应用。

基于CMWCNT/Nafion的增强型离子聚合物金属复合材料的制备及致动性能

离子聚合物金属复合材料(IPMC)是一种新型的电活性材料,具有体积小、质量轻、驱动电压低等优点,但驱动力小、稳定工作时间短等问题限制着其柔性致动性能。提出了一种基于银基IPMC的增强型致动器,通过在IPMC的基底聚合物中掺杂羧基化多壁碳纳米管(CMWCNT),来提高IPMC的整体机械性能和致动性能。其中,掺杂质量分数0.5%CMWCNT的IPMC的最大尖端位移和驱动力分别增加至未优化银基IPMC的1.60倍与2.32倍,该性能的提升归因于CMWCNT良好的导电性和羧基对水合阳离子迁移的加速作用。与未优化的银基IPMC相比,掺杂质量分数0.5%CMWCNT时IPMC驱动速率可提升至3.57倍。研究结果可为IPMC在各领域的应用发展提供参考。

金属基纳米粒子在控制根管感染中的应用

金属基纳米粒子具有良好的理化特性、生物相容性,以及特殊的光学和磁性能,广泛应用于口腔医学领域。金属基纳米材料可通过多种机制产生抗菌性能,包括氧化应激反应,直接破坏细菌细胞壁及细胞膜,以及释放金属离子等。根管治疗的目标是彻底消除根管系统内的感染,金属基纳米粒子可作为根管冲洗液、诊间药物和根管充填材料在根管治疗中发挥抗菌作用。目前在牙髓病学中有关银纳米粒子的研究比较充分。与传统的根管治疗材料相比,金属基纳米粒子具有更优良的抗菌表现。本综述为利用金属纳米粒子开发新的控制根管感染措施提供了思路和参考。

树枝状硅基纳米粒子对重金属去除研究进展

树枝状介孔二氧化硅纳米粒子(DMSNs)独特的三维中心辐射状孔道结构使其具有出色的比表面积和孔体积,表面硅羟基官能团可作为功能化活性位点。已有研究表明,DMSNs基新型吸附剂材料能够替代传统二氧化硅材料(如MCM-41和SBA-15),对重金属离子具有优异的去除作用。综述总结了DMSNs基新型吸附剂材料的功能化方法,比较了其和功能化MCM-41或SBA-15对不同重金属离子(Pb^(2+)、Cr^(6+)、Hg^(2+)等)和放射性金属离子(U(Ⅵ)、Th(Ⅳ)等)的吸附性能,以期为设计具有优越重金属离子去除能力的DMSNs基新型吸附材料提供理论指导。

银-铜双金属纳米粒子/聚乳酸复合纳米纤维膜的制备及其抗菌性能

为制备高效抗菌的生物可降解聚乳酸(PLA)静电纺丝纤维膜,首先利用L-抗坏血酸对银和铜的硝酸盐溶液进行化学还原,得到银-铜双金属纳米粒子(Ag-Cu NPs)。然后将Ag-Cu NPs与PLA纺丝液共混,通过静电纺丝技术制备了不同组成的Ag-Cu NPs/PLA复合纳米纤维膜,并对其形貌、结构、亲水性和抗菌性能等进行测试。结果表明:合成的Ag-Cu NPs的粒径约为32 nm,复合纳米纤维膜中Ag-Cu NPs被PLA基体包覆,且沿着纤维径向排列,纤维表面存在大量微小的孔洞;加入Ag-Cu NPs后,Ag-Cu NPs/PLA的水接触角略微降低,亲水性增加,且Ag-Cu NPs和PLA之间仅发生物理作用,未产生明显的化学作用;相比于纯PLA纳米纤维膜,Ag-Cu NPs/PLA的抗菌率明显提高,当纺丝液中Ag-Cu NPs相对于PLA质量为7%时,复合纳米纤维膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均达到99%。

双金属Ag-Cu纳米粒子负载的Fe_(3)O_(4)磁性复合材料的制备及其催化性能

通过溶剂热法合成中空多孔性Fe_(3)O_(4)@乙二胺四乙酸(EDTA)磁性载体;以柠檬酸钠和NaBH_(4)为共还原剂将双金属Ag-Cu纳米粒子负载于Fe_(3)O_(4)@EDTA磁性载体(Fe_(3)O_(4)@EDTA@Ag-Cu NPs)的孔道内外,并采用XRD、SEM、TEM、EDX和VSM等技术对制备的磁性复合材料进行详细表征。t=25℃考察了Fe_(3)O_(4)@EDTA@Ag-Cu NPs在NaBH_(4)体系中对4-硝基苯胺的催化还原性能。结果表明,Fe_(3)O_(4)@EDTA@Ag-Cu NPs的表观速率常数分别为Fe_(3)O_(4)@EDTA@Cu NPs、Fe_(3)O_(4)@EDTA@Ag NPs的6.5、2.1倍,均符合一级动力学方程,证实了Ag和Cu NPs之间具有明显的协同效应。Fe_(3)O_(4)@EDTA@Ag-Cu NPs经过5次循环利用后其催化降解率仍高于95%,表明该复合材料在水处理领域中具有潜在的应用价值。

原位电化学辅助还原制备石墨烯/银纳米粒子@多金属氧簇复合薄膜及其抗菌性能

结合层层自组装法和电化学辅助还原法,原位制备了一种还原态氧化石墨烯(rGO)/银纳米粒子(Ag Nps)@多金属氧簇(P_(2)W_(18))复合薄膜{(PEI/rGO)n-Ag@P_(2)W_(18)},并根据Kirby-Bauer法测试了该复合薄膜对枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能。通过与层层自组装法制备的{PEI/Ag@P_(2)W_(18)}n和{PEI/(rGO-Ag@P_(2)W_(18))}n薄膜比较发现,仅负载单层抗菌组分Ag@P_(2)W_(18)的{(PEI/rGO)3-Ag@P_(2)W_(18)}复合薄膜(对枯草芽孢杆菌抑菌环为17.2 mm)抗菌性能高于负载三层Ag@P_(2)W_(18)的{PEI/Ag@P_(2)W_(18)}3(对枯草芽孢杆菌抑菌环为14.8 mm),与负载三层Ag@P_(2)W_(18)的{PEI/(rGO-Ag@P_(2)W_(18))}3薄膜(对枯草芽孢杆菌抑菌环为17.4 mm)抗菌性能相当,说明电化学辅助还原法可以有效提升复合薄膜的抗菌性能。

植物中金属纳米粒子的转运与转化机制研究进展

金属纳米粒子(MNPs)的广泛使用对生态环境造成了较大的风险并引起了广泛的关注;虽然已有关于对植物毒害以及植物对其吸收的相关研究,但是MNPs在植物体内转运和转化的机制仍未得到系统的阐明。系统地阐述了MNPs在高等植物木质部、韧皮部中的转运机制,以及其在植物体内的溶解转化和化学转化机制,同时探讨了影响MNPs在植物体内转运转化的影响因素。结果表明:(1)MNPs首先吸附在植物的根部或叶部,再通过质外体或共质体途经向植物内部转移;(2)植物对MNPs的转化机制主要包括溶解转化、化学转化和生物转化(酶降解、蛋白质功能化等);(3)复杂的理化和生物因素(如粒子的种类大小、表面电荷、植物种类等)能够影响植物对MNPs转运及其形态转化。以期为金属纳米粒子污染土壤的生态环境治理和人类健康风险评估提供参考依据。

金属纳米粒子在聚合物中的磁致排列──实验及分子动力学模拟

用磁场控制碳包镍纳米颗粒在环氧树脂中的排列, 制备了具有优异电学性能的一维有序的纳米复合材料. 在添加质量分数为3%～10%的镍纳米颗粒时, 导电率提高了3个数量级, 介电常数增大了2～3倍. 对纳米颗粒的磁致排列进行了分子模拟, 结果表明, 偶极强相互作用是导致纳米粒子排列的主要原因, 排列过程经历了聚合、成链和粗化等阶段, 成链的时间尺度在秒数量级. 模拟结构与实验观察结果基本一致.

Cu-Fe双金属纳米粒子的制备及其抗菌活性

【目的】金属纳米材料的一经问世,便展现出优异的高效性,新型金属纳米抑菌材料在农业领域的应用仍需探索。【方法】以CuSO_(4)与FeCl_(3)为原料,研究Cu-Fe双金属纳米粒子(Cu-Fe NPs)的制备工艺,采用菌丝生长速率法测定了Cu-Fe NPs对几种常见植物病原菌的抑菌活性。【结果】将10 mLCuSO_(4)与FeCl_(3)的混合液以4 mL/min的速度滴加到30 mL pH为11浓度为0.001 mol/L的儿茶酚溶液中,超声反应30 min,可以获得形貌不规则,粒径分布均一,平均粒径30 nm的Cu-Fe NPs。Cu-Fe NPs能显著抑制几种常见的植物病原菌的生长,对黄瓜疫病菌(Phytophthora melonis)、番茄早疫病菌(Alternaria solani)、苹果腐烂病菌(Valsa mali)和萝卜黑斑病菌(Alternaria aphanin)的EC50分别为325.05、334.00、429.64和325.62 mg/L。【结论】Cu-Fe NPs具有良好的抑菌潜力,研究结果可为金属纳米粒子防治植物病原病害提供数据支撑,并为纳米农药的应用提供参考。

聚合物刷保护的贵金属纳米粒子的制备进展

近年来,贵金属纳米粒子由于在诸多领域的广泛应用而受到关注。聚合物刷稳定的金属纳米粒子稳定性好、溶解性好、与聚合物相容性和可加工性好已成为研究热点。本文综述了聚合物刷保护的金属纳米粒子的制备方法,包括引发法、偶联法和配体交换法,并对高热稳定性交联壳和聚合物刷稳定的纳米复合粒子的制备进行了阐述,提出了聚合物刷保护的贵金属纳米粒子的研究面临的问题。

掺杂银纳米粒子的钴基金属-有机框架纳米复合材料对土霉素的光催化降解

目的:采用超声还原法制备银纳米颗粒-羽片外壳ZIF-67纳米复合材料(Ag-ZIF-67p),测定土霉素(OTC)降解效果,探究其光催化性能。方法:采用超声法制备具有较大比表面积的羽片外壳的ZIF-67p,通过还原金属前驱体AgNO_(3),将纳米尺度Ag粒子负载到ZIF-67外壳羽片上得到Ag-ZIF-67p复合材料。通过SEM、TEM、XRD、XPS等对材料进行表征,光度法探究不同条件下复合材料对OTC的降解效果。结果:由于ZIF-67大孔隙率和表面积的协同特性以及Ag纳米颗粒的高导电性和优异的催化活性,对土霉素降解具有协同催化作用。结论:Ag-ZIF-67p可作为高效降解土霉素的催化材料。

锌/钴双金属无限配位聚合物纳米酶催化比色法快速检测单增李斯特菌

目的 基于锌/钴双金属无限配位聚合物(Zn/Co-bimetal infinite coordination polymers, Zn/Co-ICPs)构建快速检测单增李斯特菌的纳米酶催化比色法。方法 基于Zn/Co-ICPs过氧化物模拟酶活性、核酸适配体对类酶活性的增强作用及特异性识别能力,以3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(3,3’,5,5’-tetramethylbenzidine,TMB)为催化显色底物,建立Zn/Co-ICPs纳米酶催化比色法,对Zn/Co-ICPs的形貌和结构进行表征,并考察适配体浓度、pH、温度和反应时间等因素对催化效果的影响,并将该方法应用于饮用水和冷冻巴沙鱼样品中单增李斯特菌的测定。结果 在优选的条件下,单增李斯特菌的浓度与蓝色显色产物氧化型TMB (oxidized TMB,oxTMB)在652 nm处的吸光度呈负相关关系。该方法的线性范围为3.2×10^(2)~1.0×10^(5)CFU/mL, r^(2)为0.9964,检出限(limit of detection, LOD)为1.5×10^(2)CFU/mL。加标回收率为90.7%~108.7%,相对标准偏差为0.17%~7.20%。结论 该方法无需使用复杂昂贵的仪器即可实现可视化检测,且检测速度快、准确度高、选择性好,在复杂样品快速分析中具有一定潜力。

超支化聚合物作为金属纳米粒子稳定剂的研究进展

在本研究中,着重介绍了用作金属纳米粒子稳定剂的聚酰胺-胺、聚缩水甘油和聚乙烯亚胺等几类超支化聚合物的研究进展。聚酰胺-胺类超支化聚合物可用于堵水剂和化学驱油剂,用于金属纳米粒子反应器时既作还原剂,又作分散剂,能稳定分散金属纳米粒子,还能提高纳米复合材料的循环再生性能;聚缩水甘油类含有大量的端羟基,经修饰可得到两亲性的纳米胶囊,具有良好的生物相容性,可用作优质的原油破乳剂,金属纳米粒子的粒径可通过其相对分子质量来调控;聚乙烯亚胺-胺类具有众多的胺官能团,为金属离子的配位提供了丰富的位点,其包裹的金属纳米粒子可用于温敏材料等。结合超支化聚合物的结构可控性以及纳米金属优秀的催化性能,这类物质在石油工程领域中会有较大的应用前景。