基于Fe-MIL-88B-NO_(2)/MWCNTs复合材料对芬太尼的电化学检测

芬太尼作为一种强效麻醉性阿片类镇痛药物,在临床手术被用作静脉麻醉的同时也被吸毒人员滥用,导致的死亡人数也逐年增多,因此急需开发一种对芬太尼的快速筛查方法。在此,我们向金属有机框架MIL-88B(Fe)中引人硝基修饰,通过调控MIL-88B(Fe)中Fe(I)周围的电子密度,调节其得失电子能力,增加MIL-88B(Fe)的活性位点,后与多壁碳纳米管(MWCNTs)超声复合修饰玻碳电极构建电化学传感器用于对芬太尼的检测。合成的MIL-88B-NO_(2)/MWCNTs复合材料修饰玻碳电极具有更低的电化学阻抗和更大的电化学表面积,对芬太尼的电化学检测表现出较高的灵敏度,得到检出限(LOD)为0.025μM,线性范围为0.08~10μM,重现性、选择性和稳定性均良好。此外,所开发的复合材料修饰电极在实际样品中表现良好,在0.2-1μM浓度下,在尿液和血液中的回收率分别为61.69%~80.35%和85.70%~93.06%。因此,所提出的MIL-88B-NO_(2)/MWCNTs复合材料可作为一种新型的电极修饰材料用作芬太尼的电化学传感器,在公安禁毒工作中对芬太尼的快速筛查具有很大的潜力。

动态亚胺化学的分子设计及其动态性质研究

通过分子设计,成功制备了几种亚胺小分子单体,并结合在线核磁氢谱和GC-MS分析方法对亚胺小分子模型化合物之间的三类动态反应机制进行了探究。结果表明:将两类不同的亚胺小分子模型化合物进行混合,在无需催化剂条件下,亚胺键之间可发生复分解反应;其次,当体系内存在另一分子伯胺化合物时,亚胺键可发生转氨反应;此外,当处于酸性水溶液环境中,亚胺键易发生水解反应并水解成原先含醛基和氨基的小分子单体。

尼龙-6改性纤维素纸结合高效液相色谱技术检测水中7种酚类化合物

以纤维素纸张为基底,在甲酸中通过原位合成法在纤维素纸表面中引入尼龙-6,获得改性纤维素纸,并分析了改性纤维素纸的形貌和结构。利用改性纤维素纸作为固相萃取处理材料富集浓缩水体中的7种酚类化合物,建立了一套改性纤维素纸―高效液相色谱法检测水环境中7种酚类化合物的实验方法,并用于实际样品的检测,结果表明在3种实际样品中7种酚类化合物回收率的范围为59.0%~74.7%,其中检出限(LOD)范围为0.5~4.5 ng/L,定量限(LOQ)范围为6.9%~13.8%,基质效应为96.1%~104.6%,改性纤维素纸在分析与检测领域具有较好的应用前景。

基于纤维素膜的三氟苯甲醛改性聚乙烯醇水凝胶柔性传感器的制备及性能研究

以对甲苯磺酸为催化剂,将疏水单体3,4,5-三氟苯甲醛(TBA)通过缩醛反应接枝到聚乙烯醇(PVA)侧基中,通过溶剂置换策略激活内部疏水结构,从而制备一系列高拉伸抗溶胀聚乙烯醇水凝胶。对合成的水凝胶进行了拉伸实验、溶胀实验、含水量和传感性能测试。结果表明,随着三氟苯甲醛的含量由3%增加到4%时,水凝胶的拉伸性能产生了明显提高,拉伸强度达到1.3 MPa,断裂伸长率达到985%;当含量由4%增加到5%时其力学性能趋于稳定,不再发生明显变化。三氟苯甲醛的引入显著提高了PVA水凝胶的抗溶胀性能和疏水性。PVA-TBA水凝胶在水中浸泡5天后,溶胀率基本维持在0%,并且其含水量随着TBA含量的增加呈现下降趋势。将改性水凝胶与纤维素膜结合组装成柔性应变传感器,其不仅可以用作拉伸传感器对关节运动如手指弯曲、手腕弯曲和膝盖弯曲等进行检测,也可用作压力传感器对压力准确试别。综上三氟苯甲醛的引入显著改善了聚乙烯醇水凝胶的力学和抗溶胀性能,为水下传感器基体材料提供了一个可靠的选择。

基于聚多巴胺改性的木海绵/MOFs复合材料的制备及其吸附性能研究

经济发展过程中产生的环境污染已对生态环境和人类健康构成严重威胁。在众多材料中,金属有机骨架(MOFs)因其出色的吸附性能在污染物处理领域展现出巨大的潜力。然而,MOFs的刚性结构和粉末形态极大地限制了其实际应用范围。因此,寻找一种合适的载体以拓宽MOFs的应用途径显得尤为重要。随着全球资源日益紧张,可再生绿色纤维素材料受到了广泛关注。木海绵(WS)作为一种新型环保材料,以其独特的层级、管状多孔结构,高孔隙率和大比表面积等优点脱颖而出。这些特性使得WS成为MOFs的理想载体,两者的结合有望实现对有机污染物的高效吸附。针对MOFs机械强度弱、对有机污染物吸附容量低的问题,论文设计制备了一种ZIF-8@PWS的复合材料。首先利用多巴胺仿生矿化WS,得到表面覆盖有聚多巴胺的木海绵(PWS),随后在PWS表面生长沸石咪唑酯骨架(ZIF-8),形成ZIF-8@PWS复合材料。复合材料对亚甲基蓝(MB)的吸附容量可在180 min内达到151.3 mg/g,具有良好的吸附性能。

巯基改性AgNWs用于提升AgNWs/聚乙烯醇/硼砂水凝胶电导率

银纳米线(AgNWs)有着优异的导电性、可弯曲性和较大的长径比等性能,广泛应用在柔性电子器件领域。然而,银纳米线之间高的接触电阻和在基体中较差的分散性会极大地降低其导电网络地电导率。首先通过多元醇法成功合成了AgNWs,其平均长度为79.44μm,平均直径为102.29 nm。然后利用S跟Ag之间地强配位作用,采用含有-SH和-OH的改性剂对AgNWs表面进行改性,研究其在水凝胶中的分散性以及对水凝胶电导率的贡献。研究结果表明,采用硫代甘油(MPD)改性剂对AgNWs改性的效果最佳。当MPD的乙醇分散液(5 mM)与AgNWs的乙醇分散液(2 mg/m L)体积比为1∶1时,改性剂在AgNWs表面分布相对均匀,没有出现大面积的团聚现象。将改性的AgNWs加入到聚乙烯醇(PVA)/硼砂水凝胶中,当添加量为0.04%时,水凝胶电导率为0.858 S/m,相比于未改性AgNWs的PVA/硼砂水凝胶电导率提高了94%。

二苯基硅基改性的加成型聚二甲基硅氧烷离型涂层的合成及性能

以甲醇钾为催化剂,四(二甲基乙烯基硅氧基)硅烷(TVDMS)为封端剂,三(三甲基硅基)磷酸酯为中止剂,使用二甲基硅氧烷混合环体(DMC)、四乙烯基四甲基环四硅氧烷(V4)、八苯基环四硅氧烷(P8)为原料,通过高温阴离子开环聚合反应环境友好地成功合成了二苯基硅基改性的含乙烯基的聚二甲基硅氧烷,并利用FT-IR、HNMR和GPC对其结构和分子量数据进行了表征,将其制备成离型涂层后,通过180°剥离力测试、疏水角测量、折光率测量等对其性能进行了表征。结果表明,固化样品硬度高,透明性好,折光率随苯基含量的提高而提高,涂层具有100~110°的水接触角,随着苯基含量的提高,剥离力和残余接着率都有所下降。

铂修饰有机铟纳米材料对丙酮的选择性响应

采用水热合成法分步合成了铂―有机铟(Pt/Organo-In)纳米八面体结构,并且探究了它对丙酮、三乙胺、乙醇、甲醛等气体响应性能。当主要原材料硝酸铟水合物为0.33 g对应2 mL 5%的氯铂酸溶液的时候是最优比例,复合材料对丙酮的响应性能是最好的。在丙酮气体浓度为20 ppm,测试温度为260℃时,材料的响应值为3.83,响应时间为12 s,恢复时间为21 s。材料对于丙酮气体有较好的选择性,对于20 ppm下的其他干扰气体响应值很小或者是几乎没有,一定程度说明了气体传感材料的可靠性。通过SEM、XRD、BET、FT-IR和XPS的表征与分析,证明了铂―有机铟复合材料的成功合成,为后续研究人员探索有机铟领域提供了经验。最后,研究还设计丙酮传感报警器电路示意图,为后续商业化应用做铺垫,提供了一定的理论支持和实验经验。

长径比大于1200的超长AgNWs制备及影响因素

采用改进多元醇法制备了长径比大于1200的超长银纳米线(AgNWs)。系统研究了反应温度(120~170℃)、反应时间(0.5~3h)、搅拌速率(0~300rpm)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)分子量(58000~1280000 g/mol)、氯化铁(FeCl_(3))乙二醇溶液添加量(0~5.6 g,5 mM)和PVP添加量(0.2~1 g)对AgNWs形貌的影响。在最佳实验条件下,制备的超长Ag NWs平均长度约96.6μm,平均直径约80.0 nm。此外,通过简单的调控PVP添加量可以获得不同长度和直径的Ag NWs。

乙烯基POSS-丙烯酸酯杂化共聚物湿敏材料的湿度响应稳定性

八乙烯基POSS(OV-POSS)是由硅、氧、碳元素组成的一种笼状多面体结构的化合物,基于OV-POSS合成了有机-无机杂化丙烯酸酯共聚物Cop(MBHP_(0.23))。采用红外光谱仪测试材料的分子结构,证明了共聚物Cop(MBHP_(0.23))的成功合成。采用扫描电子显微镜和原子力显微镜观察材料薄膜的表面形貌特征和粗糙度,证明OV-POSS的加入提高了湿敏膜的感湿响应性能。采用热重分析仪测试材料热的稳定性,结果表明材料具有优异的热稳定性。采用LCR数字电桥测试叉指电极的阻值,结果表明材料的湿敏响应曲线具有较高的线性度(r=0.996),较短的响应/恢复时间(14.0s/68.5s),较小的湿滞(0.88%RH)和较低的温变系数(0.035%RH/℃)。采用电化学工作站测试材料薄膜的介电性能,研究了材料的湿度响应机理,表明在低、中湿度范围内由湿敏材料的本征导电占主导,在高湿度范围内由离子导电性占主导地位。

POSS基两亲性嵌段共聚物的合成及自组装行为

用不同结构三乙氧基硅烷为原料,通过水解缩合和环氧化的方法合成了环氧基苯基低聚笼型倍半硅氧烷,再利用胺基和环氧开环反应与聚醚胺反应合成POSS基嵌段共聚物(PEA-POSS),最后将苯基结构羧酸化合成两亲性嵌段共聚物(PEA-POSS-COOH)。利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(1H-NMR)表征了PEA-POSS-COOH的化学结构。采用溶剂挥发诱导法促使PEA-POSS-COOH自组装,形成以疏水POSS为核、亲水PEA链为壳的球形胶束。利用扫面电子显微镜(SEM)、能量分散型X射线光谱(EDS)、动态激光光散射(DLS)、小角X射线散射仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)表征了组装体的形貌与结构性能。结果表明,POSS基两亲性嵌段聚合物可组装成粒径约1.14μm的球形胶束,且POSS结构中的π-π堆叠作用使得球形胶束具有较为稳定结构,熔点提高。

疏水耐磨UV固化聚硅氧烷涂层的制备及性能

以含氢硅油、1,2-环氧-5-己烯和烯丙基苯基醚为原料,通过硅氢加成,采用一锅法合成了可UV固化的前驱体并固化得到了一系列无氟聚硅氧烷涂层。通过静态水接触角、耐磨擦、透过率、附着力及硬度的测试,考察了交联密度和芳香基团含量对UV固化聚硅氧烷涂层的性能影响。结果表明,提高交联密度有利于涂层的附着力,然而过高的交联密度会影响其透明性。芳香基团由于极性较低,可以提高涂层的疏水性,但其含量过高也会导致涂层附着力下降。当环氧基团和苯环数量为1∶1时,即涂层PSO-3,附着力水平为1级,在800 nm处透过率为86.71%,静态水接触角可达104°。同时,由于刚性的芳香基团的引入,涂层PSO-3还具有良好的耐磨性能,经20次摩擦循环后水接触角仍达98°。

机械球磨正交晶系磷烯的制备与结构形貌分析

磷烯自从被发现以来掀起了广泛的研究浪潮,其在催化、生物医药、能源、食品等研究领域得到了广泛的应用。磷烯是一种富含磷原子的二维材料,由于其表面存在孤对电子,磷烯极易与氧气和水反应而形成磷酸衍生物。微机械剥离法、电化学剥离法、高压均质法等方法存在不能大批量制备、样品尺寸较大且层间距较厚等缺点。机械球磨法的出现,具有省时高效操作简便等优点。因此采用机械球磨法制备磷烯,并通过拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)与X射线衍射(XRD)对磷烯进行结构表征,表明成功制备了正交晶系的磷烯。之后采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)等手段对剥离的磷烯进行形貌特征观测,表明了制备的磷烯具有较薄的片层结构。将为大批量制备尺寸均匀的磷烯提供一种新的策略。

湿气/热双重固化的聚酰亚胺有机硅涂层

以顺丁烯二酸酐、3-氨丙基二甲氧基甲基硅烷为原料,通过缩聚反应,采用一锅法合成了可固化的双马来酰亚胺单体PMI,并和3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷通过湿气/热双重固化得到了一系列聚酰亚胺有机硅涂层。固化过程首先是PMI和3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基甲基MQ硅树脂在潮湿的环境气氛中通过去乙醇化反应进行半固化,再通过热引发自由基聚合成功地获得了最终涂层。所得的预聚物分子骨架由酰亚胺键组成,产生强氢键和硅氧键,这有利于制备的涂层在极端条件下的稳定性和附着力。考察了涂层的水接触角、表面形貌、附着力及硬度,探究了涂层的交联密度和对固化聚硅氧烷涂层的性能影响。总体而言,制备的涂层具有疏水性、耐湿性、附着力强等特点,在防护领域具有巨大的应用潜力。

生物基有机硅材料的研究进展及前景展望

综述了生物基有机硅材料的研究进展及其应用前景。分别介绍了生物基材料和有机硅材料的基本特点,重点举例阐述了聚乳酸、壳聚糖、聚氨酯和聚酰亚胺等生物基材料与有机硅结合的不同制备方法。综合分析了这些生物基有机硅材料在阻燃、锂离子电池、柔性传感等领域的应用研究。总结了生物基有机硅材料在实现绿色产品、提升材料性能和拓展应用范围方面的发展前景,指出了未来研究的方向,包括对生物基及硅基材料的深入理解、在电子化学品领域的应用潜力,以及在3D打印技术中的应用前景。

六亚甲基二异氰酸酯与丙烯酸羟乙酯反应动力学及热动力学研究

研究了六亚甲基二异氰酸酯(HDI)与丙烯酸羟乙酯(HEA)在聚氨酯合成反应中的动力学和热动力学特征。在反应动力学方面,采用甲苯-二正丁胺滴定法获取了反应转化率数据,分别构建了二级动力学模型和Sato动力学模型来拟合实验数据。结果表明:该反应符合Van't Hoff近似规则;低转化率时,二级动力学模型拟合效果较好;而在高转化率时,由于存在自催化作用,Sato动力学模型具有更好的拟合优势;在热动力学方面,使用绝热加速量热仪(ARC)对反应放热进行了表征分析,结果显示该反应的热动力学反应级数为0.8,表观活化能为57.51 kJ/mol。该研究为聚氨酯的安全、高效和绿色合成提供了科学理论依据。

三乙胺催化双酚A环氧树脂与丙烯酸反应动力学

采用原位红外技术,研究了三乙胺(TEA)催化双酚A环氧树脂(E-51)与丙烯酸(AA)合成双酚A环氧丙烯酸酯的反应特性及反应温度对反应速率的影响,通过建立动力学模型,对反应体系酸值和酯基浓度的跟踪对反应动力学进行了研究。通过回归分析计算出的速率常数符合Arrhenius公式,进一步证实该反应是一级动力学反应;在90℃、100℃、110℃时反应速率分别为0.01448、0.02341和0.04229 min^(-1);反应表观活化能为57.98±0.71 kJ/mol,频率因子2.48×106 min^(-1)。该反应对温度较敏感,易受温度变化的影响,因此在合成过程中需控制反应温度,可有效防止体系由于反应放热导致反应失控。

埃洛石对杂化丙烯酸酯共聚物湿敏膜的灵敏度和稳定性的强化效果

聚合物材料在湿敏材料的制备中得到了广泛的应用,但其灵敏度低、响应速度慢、解吸附能力差等问题仍然存在,限制了其发展潜力。本文通过将聚丙烯酸树脂(HAC)与埃洛石纳米管(HNTs)复合,以提高聚丙烯酸树脂阻抗型湿度传感器的湿敏响应性能。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和原子力显微镜观察材料薄膜的表面形貌特征和粗糙度,证明HNTs的掺杂提高了复合材料的湿敏性能。采用红外光谱仪测试材料的分子结构,证明了HNTs成功掺杂形成复合材料。采用热重分析仪测试材料的热重曲线,表明材料具有良好的热稳定性。采用LCR数字电桥测试叉指电极的阻抗,结果表明,材料的湿敏响应曲线具有高的线性度(r=0.99986)、超快的响应/恢复速度(0.4 s/9.8 s)、小的湿滞(0.78%RH)和低的温变系数(0.013%RH/℃)。采用复阻抗谱法研究了材料的湿度响应机制,在低、中湿度范围内由湿敏材料的本征导电占主导,在高湿度范围内由离子导电性占主导地位。

基于纤维素膜的聚乙烯醇基抗溶胀水凝胶柔性传感材料的制备及性能研究

目前,基于水凝胶的柔性可穿戴传感器受到了人们广泛的关注。然而传统的水凝胶在水环境中的膨胀,限制了其应用。文中以聚乙烯醇(PVA)为基体,通过缩醛反应将4-乙炔基苯甲醛引入网络中,成功地制备了具有良好力学性能的抗溶胀水凝胶。该水凝胶通过破坏PVA分子链与水分子之间的氢键,降低溶胀的驱动力,π-π堆积增强链间相互作用减小孔隙度,抵抗水分子的渗透,使得溶胀率维持在5%。同时网络交联密度增加,改善了分子链间的间距,赋予水凝胶更高的韧性(断裂应力=1.4 MPa,断裂伸长率=528%)。考虑到生物相容性以及水环境的应用,使用无毒纤维素膜与水凝胶构建出一种用于人体动作监测的柔性应变传感器,拓展了可穿戴电子设备的潜在应用。

壳聚糖基自交联粘结剂的合成及其在硅碳负极中的研究

首先以壳聚糖为起始原料,通过羧甲基化处理,显著提升了其水溶性。随后,利用LiOH进行预锂化,并引入双丙酮丙烯酰胺(DAAM)和乙二酸二酰肼(ADH),成功制备了具有出色自交联性能的粘结剂CDD-Li^(+)。为了探究这一粘结剂的结构特性,采用了傅里叶变换红外光谱(FT-IR)技术进行了表征。在粘附性方面,通过180°剥离实验,验证了CDD-Li^(+)的强粘附能力。利用电化学工作站对电池进行了循环伏安曲线的测试。结果显示,CDD-Li^(+)粘结剂所制备的电池能够发生高效的电化学反应,展现出卓越的电化学性能。与常用的聚丙烯酸(PAA)粘结剂相比,CDD-Li^(+)粘结剂在电化学性能上表现更为出色,展现出其在电池领域上的巨大潜力。通过蓝电电池测试仪,进一步研究了电池的倍率性能、循环性能以及锂离子扩散系数,并计算了电池的首圈库伦效率(ICE)。结果显示,CDD-Li^(+)粘结剂制备的电池不仅拥有更优的倍率性能和循环性能,其锂离子扩散系数平均高达10-10数量级,ICE也高达95%。与PAA粘结剂相比,CDD-Li^(+)粘结剂在硅碳负极中展现出更优秀的性能。