采用微波等离子化学气相沉积技术， 以铌片作为基底， 制备了6种不同硼掺杂量的掺硼金刚石 （Nb/BDD）电极， 探究了不同硼掺杂量对Nb/BDD电极电化学性能及氧化全氟辛酸（PFOA）的影响， 并将其应用于不同全氟及多氟烷基类化合物（PFASs）的电化学去除. 结果表明， 随着硼掺杂量的增加， Nb/BDD薄膜的晶粒尺寸逐渐减小， 电极表面的电子转移速率逐渐增加， 但薄膜质量下降， 导致其脱落率增加. 以Na2SO4作为电解质， 在30 mA/cm2电流密度下， 以Nb/BDD电极为阳极在120 min内使PFOA的降解率达到78.3%， 矿化率在240 min内达到78.1%. 在6种不同硼掺杂量的Nb/BDD电极中， 中低掺杂的Nb/BDD电极对PFOA具有更高的降解和矿化能力， 说明通过调控BDD的硼掺杂量可实现PFAS的高效电化学去除. 对降解产物进行分析的结果表明， PFOA的电化学降解遵循碳链逐级去除的规律， 其中， 阳极与污染物之间的直接电子转移是降解的关键起始步骤. 通过对不同链长全氟磺酸（PFSA）和全氟羧酸（PFCA）的电化学降解发现， 碳链长度与PFAS的降解率和矿化率呈正比， 因此， 降解产生的短链产物是限制PFAS彻底矿化的主要原因. 未来需要更加关注短链和超短链PFAS的高效去除， 以满足通过电化学技术实现PFAS完全无害化处理的需求.
共价有机框架(COFs)是一种新型的共价连接晶体材料, 具有结构可预测性和永久孔隙度, 被广泛应用于异相催化. 本文以光活性芘基团的有机单体(TFPPy)和含苯并噻二唑(BTz)的有机单体作为构筑单元, 通过溶剂热法合成了一种Donor-acceptor(D-A)型TFPPy-BTz-COF纳米棒光催化剂. 利用扫描电子显微镜(SEM)、 高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、 X射线衍射仪(XRD)、 紫外-可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)、 傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和氮气吸附-脱附实验等手段表征了TFPPy-BTz-COF的形貌、 结构和组成. 得益于D-A型TFPPy-BTz-COF纳米棒优异的光生电子分离性能, 在室温、 氧气氛围及可见光照射条件下, TFPPy-BTz-COF纳米棒可将各种苄胺高效、 高选择性催化氧化成相应的偶联产物. 结合电子顺磁共振波谱(EPR)和活性物种捕获实验, 发现单线态氧(1O2)和超氧自由基(O2∙-)是关键活性氧物种, 并提出了TFPPy-BTz-COF可见光催化氧化苄胺偶联反应的催化机理.
通过动态共价二硫键/非共价氢键协同交联策略构建了自愈合聚氨酯水凝胶. 利用合成的四官能度 3，3′-二硫基双丙烷-1，2-二醇为交联剂对聚乙二醇基聚氨酯预聚物进行扩链固化， 经溶剂置换获得聚氨酯水凝胶(SPUG)， 并通过冷冻干燥得到相应的干胶(DSPUG). 对凝胶(或干胶)的理化性能进行了研究. 结果表明， DSPUG具有优异的热稳定性[5%热失重温度(T5%）高于250 ℃]和远低于室温的玻璃化转变温度(Tg<0 ℃)； 随着二硫键含量的增加， 水凝胶的表面亲水性和平衡溶胀率逐渐降低， 保水能力增强. 力学测试结果表明， SPUG呈现弹性形变， 具有优异的拉伸、 压缩韧性和压缩抗疲劳性能， 交联度适中的SPUG-II的最大拉伸强度、 断裂伸长率和断裂韧性分别达到112.2 kPa， 459.4%和267.6 kJ/m3. 动态键赋予了SPUG多重响应性： 在50 ℃下自愈合2 h的自愈合效率高于90%； 氧化还原刺激可实现凝胶-溶胶可逆转变. 噻唑蓝（MTT）法证实孵育72 h后的细胞增殖率>80%， 展现出良好的细胞相容性. 该水凝胶具有优异的力学性能、 凝胶-溶胶可逆转变、 高效的自愈合性能及良好的细胞相容性， 在医用材料领域展现出较好的应用前景.
针对镍基电催化剂在甲醇氧化反应（MOR）中活性位点不足、 导电性差和催化反应动力学速度慢等瓶颈问题， 本文通过晶格掺杂工程策略， 采用低成本钼酸铵前驱体结合煅烧工艺， 构建了氧空位与Ni3+活性位点协同增强的Mo掺杂NiO催化剂. 结果表明， 随着Mo掺杂量从0增加至28%（原子分数）， 催化剂表面氧空位浓度由30.18%梯度提升至56.59%， Ni3+物种占比从65.55%增至85.91%； 当Mo掺杂量为28%时， 在1.0 mol/L KOH/1.0 mol/L CH3OH电解液中， 1.7 V（vs. RHE）电位下获得280.8 mA/cm2的电流密度， 较未掺杂的NiO（21.7 mA/cm2）提升12.9倍， Tafel斜率由63 mV/dec显著降低至25 mV/dec. 通过X射线衍射仪（XRD）、 扫描电子显微镜（SEM）、 透射电子显微镜（TEM）、 X射线光电子能谱（XPS）等表征手段， 对Mo掺杂制备氧空位浓度和 Ni3+/Ni2+摩尔比可调变的NiO催化剂的形成机制和MOR电催化效果进行研究， 初步揭示了其原理和构效关联， 为设计具有高活性位点浓度的高效直接甲醇燃料电池（DMFC）阳极催化剂提供了新思路.
金纳米团簇的聚集诱导发光特性在生物成像、 化学传感和光电器件领域展现出重要的应用潜力. 然而, 如何通过有效设计增强金纳米团簇的聚集诱导发光性能仍具有挑战性. 本文报道了一种配体工程策略, 在Au8纳米团簇中实现了显著的聚集诱导发光增强. 与溶液状态相比, 聚集态Au8纳米团簇的量子产率提升约 90倍, 发射强度增强达560倍. 通过结合光学表征和聚集体系中亚稳态组分的追踪, 阐明了其聚集诱导发光机制. 由于该配体工程策略缩短了团簇间距(从1.31 nm压缩至0.72 nm), 进而有效了抑制分子间旋转/振动弛豫, 使得金纳米团簇的聚集诱导发光和结晶诱导发光均得到增强. 这种空间位阻缩减策略为精准调控金纳米团簇在聚集态和晶态的光致发光行为建立了新范式.
随着社会对丙烯需求的增长， 发展高效丙烯生产技术无论对于科学研究和经济发展都至关重要. 铂基催化剂由于具有较高的丙烷C—H键活化能力和丙烯选择性， 在丙烷脱氢(PDH)反应中得到了广泛的研究.然而在丙烷脱氢反应过程中， 由于Pt的烧结及积碳导致催化剂快速失活. 高稳定性小尺寸Pt基催化剂的开发至关重要. 本文以具有限域作用的介孔二氧化硅纳米粒子(MSN)为载体， 利用过渡金属锌为助剂调控活性组分Pt的电子性质及几何结构， 制备了一系列不同锌含量的PtxZn/MSN催化剂. 通过X射线衍射(XRD)、 N2气 吸附-脱附实验、 拉曼光谱、 CO漫反射红外傅里叶变换光谱、 扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对产物进行了表征， 并测试了其PDH性能. 结果表明, 锌的加入使Pt颗粒分割为更小的Pt物种， 提高了Pt的分散度， 从而减少了副反应的发生， 提高了催化剂的稳定性. 当锌负载量为0.5%(质量分数）时， Pt0.5Zn/MSN催化剂展示了最高的PDH性能， 其中， 丙烷初始转化率为47.9%， 丙烯选择性为97.0%， 反应6 h后， 丙烷转化率仍保持在45.8%， 选择性在97.0%， 丙烯生成速率为0.82 mmol/min·gcat.
偏二甲肼（UDMH）是导弹、 卫星和飞船发射试验以及运载火箭的主体燃料， 其生产的废水中含有高浓度盐、 碱及UDMH， 若直接排放会导致水体、 土壤污染， 严重危害人类健康. 本文设计了一种“电渗析+反渗透”双膜法对偏二甲肼高盐废水进行资源化处理， 首先， 采用电渗析对偏二甲肼废水中的盐、 碱等无机物杂质进行脱除， 之后利用反渗透进行浓缩， 从而实现偏二甲肼的高纯度回收， 同时考察了离子交换膜、 操作电压、 料液流量对电渗析脱盐过程的影响规律， 并优化了反渗透浓缩过程的工艺. 结果表明， 电渗析过程对废水中盐、 碱的去除率高达98.6%， 而偏二甲肼的损失率则低于13.5%， 其电流效率为53.1%， 过程能耗约1.02 kW·h/kg； 反渗透过程可将偏二甲肼浓缩浓度从1.1 g/L浓缩至6.3 g/L， 浓缩倍率高达5.6倍， 达到了偏二甲肼回收的要求.
针对锂金属电池存在锂枝晶生长、 不稳定的电极/电解液界面及在乙二醇二甲醚(DME)电解液中氧化稳定性差的问题. 本文以三甲氧基(3,3,3-三氟丙基)硅烷(TFS)作为电解液溶剂, 结合双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)设计了一种新型的氟化硅氧烷电解液. 采用密度泛函理论(DFT)和分子动力学模拟(MD)分析了电解液的锂溶剂化结构, 通过充放电、 循环性能和倍率性能测试对比分析了电池在氟化硅氧烷电解液和二甲醚(DME)电解液中的电化学性能, 并通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)对锂沉积形貌和电极界面成分进行分析. 结果表明, TFS中的Si—O键比DME中的C—O键具有更高的键能, 这可以增强电解液的氧化稳定性, 并能匹配高电压正极材料. TFS溶剂与Li+之间呈现相对较弱的结合能力, 这种独特的锂溶剂化结构有利于诱导FSI‒阴离子在锂金属负极表面优先分解, 并形成富含LiF的固态电解质界面膜(SEI膜), 有效抑制了锂枝晶生长, 稳定了电极界面, 并提高了锂金属电池的循环寿命. 在TFS电解液中, Li ‖ Cu 电池在1.0 mA/cm2电流密度下可以稳定循环300次, Li ‖ LFP 全电池在2.0C倍率下经过400次循环后, 其放电比容量没有出现明显的衰减, Li ‖ NCM811全电池在1.0C倍率下经过300次循环后放电比容量保持率仍达83%, 显示出优异的循环稳定性.
环肽分子具有独特的结构稳定性、 多样的生物活性和良好的靶向性， 是药物研发的重要先导化合物. 快速准确预测环肽构象稳定性， 不仅有助于揭示蛋白质错误折叠的分子机制， 还可为靶点识别与干预提供理论依据， 对理性设计结构稳定、 活性优良的环肽类药物具有重要意义. 本文将环肽分子中主链上C=O, N—H, C α —H化学键和侧链上C—O， O—H化学键视为键偶极， 使用固有偶极-固有偶极作用描述体系中的静电作用， 使用固有偶极-诱导偶极作用以及诱导偶极-诱导偶极作用描述极化作用， 并引入键长、 键角和二面角作用项描述成键作用， 从而将可极化偶极-偶极作用模型发展为可预测环肽分子不同构象相对稳定性的分子力场势函数. 将所得势函数应用于数据库中9个环肽分子共计33个不同构象， 快速计算其构象能， 并与高精度DLPNO-MP2/aug-cc-pVTZ方法和可极化分子力场AMOEBA方法计算所得构象能进行比较. 结果表明， 相对于DLPNO-MP2/aug-cc-pVTZ方法的环肽分子构象能， 本文方法的线性相关系数R2=0.9784， 均方根偏差RMSE=13.43 kJ/mol， 略优于AMOEBA方法（R2=0.9682， RMSE=16.28 kJ/mol）. 对环肽分子的结构优化和频率计算结果进一步表明了本文方法的合理性. 相较于AMOEBA可极化分子力场方法， 本文方法显著降低了静电作用项数.
甲烷作为一种重要化工原料， 具有储量大、 成本低及可再生的特点. 在当前碳中和及净零碳排放的背景下， 探索甲烷高值化学品转化的可行路径， 如转化为氢气、 甲醇、 烯烃、 芳烃和燃料等， 是甲烷资源化利用的重要方向. 开发温和反应条件、 低能耗且经济友好的高值转化路线， 以实现甲烷中碳（C）原子和氢（H）原子的高效利用一直是研究热点. 本文综合评述了近年来甲烷转化为高值化学品的研究进展， 并对热催化中不同转化路径的相关文献和专利进行了计量学分析， 在此基础上展望了甲烷转化未来面临的挑战和前景.
系统研究了硅烷偶联剂(SCA)界面改性对二氧化硅微粒/环氧树脂复合材料性能的影响. 通过表面能谱分析验证了硅烷偶联剂在二氧化硅微粒表面的成功接枝， 并制备了高填料含量(质量分数， 50%)的环氧树脂基封装膜， 对比了SiO2改性前后所得复合材料的综合性能. 研究结果表明： 由于环氧基团参与树脂交联反应， γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH-560)显著提升了界面结合强度， 对应复合材料的玻璃化转变温度(170.38 ℃)、 导热系数(0.15 W/mK)及拉伸强度(102.79 MPa)均最高； 由于苯环的疏水性与共轭效应， N-苯 基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷(KBM-573)赋予复合材料最大的水接触角(114.9°)， 但力学性能略低； 由于氨基极性， γ-氨丙基三甲氧基硅烷(KH-540)改性体系导致材料介电性能与疏水性改善有限. 研究结果表明， 改性二氧化硅微粒对“力学-热学-电学”性能具有协同作用， 为电子封装材料的性能定向优化提供了理论依据.
面对全球气候变化与城市热岛效应日益加剧的挑战， 开发兼具高近红外反射性能与热调控能力的节能功能材料已成为研究热点. 传统氧化物材料如Bi2MoO6在近红外波段的反射性能仍存在一定局限. 近年来， 稀土改性钼酸盐材料因其优异的光学响应特性及结构稳定性， 在近红外反射材料领域得以广泛关注. 本文采用固相合成法制备了Gd3+掺杂的近红外反射材料Bi2－x Gd x MoO6(x=0， 0.2， 0.4， 0.6， 0.8， 1.0)； 利用X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 能谱分析(EDS)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 拉曼光谱(Raman)、 近红外(NIR)反射测试、 热重-差热分析(TG-DSC)及隔热性能实验对样品进行了表征. 结果表明， 合成的样品具有良好的结晶度. Gd3+掺杂引起带隙收缩(2.87 eV至2.80 eV)， 导致吸收边红移， 增强了样品对450~600 nm蓝绿光的吸收， 使其呈现更明显的黄色调， 从而实现了色彩调控. Bi2－x Gd x MoO6系列样品皆表现出较高的近红外反射率， 均高于87.68%， 显著高于TiO2(75.66%). 尤其是x=0.4时， 样品的近红外反射率达到90.11%， 近红外太阳反射率为89.53%， 分别比TiO2高出14.45%和9.24%. 红外线灯照射实验进一步验证了其优异的节能隔热性能. TG-DSC分析表明， Bi2－x Gd x MoO6材料具有优异的热稳定性， 可在高温环境下长期使用， 为高效隔热材料提供了新的选择.
单线态氧(1O₂)是一种高度活泼的物质, 具有强氧化性, 在光动力治疗、 有机合成和材料科学等领域具有重要应用价值. 然而, 1O₂的短寿命和高反应性使其实际应用面临挑战. 为克服这些挑战, 开发可用于1O₂的高效捕获与可控释放的材料已引起了广泛关注. 共价有机框架(COFs)具有独特的晶体结构、 高孔隙度和优异的稳定性, 是理想的1O₂存储和传输材料. 本文设计并合成了以蒽为核心单元的二维COF(2D An COF), 并进一步通过剥离得到纳米片(2D An COF-nanosheet), 以提高其性能. 荧光光谱分析表明, 与块体2D An COF相比, 2D An COF-nanosheet表现出更高的1O₂捕获速率, 这归因于其更多暴露的活性位点. 2D An COF及其剥离后的纳米片在外部热或光刺激下, 1O₂释放过程表现出优异的可逆性, 且经过多次循环后性能无显著衰退. 研究结果突显了二维COF材料, 特别是纳米片形态的二维COF材料, 在1O₂存储和释放中的高效和稳定性. 本研究为设计基于二维共价有机框架的1O₂存储与释放材料提供了新的思路, 并为其在光动力治疗法和光催化等领域的应用奠定了理论基础.
离子液体的催化活性与其酸度的大小密不可分, 而Hammett酸度函数(H0)是一种表示酸度的重要参数. 本文合成了一系列可用于三聚甲醛合成过程的吡咯烷酮类和咪唑类离子液体, 并对其在水溶液中的H0进行了系统的实验和理论研究, 比较了阴、 阳离子结构和溶剂的选择对酸度的影响规律. 研究了盐效应对1-丙基磺酸-3-甲基咪唑甲烷磺酸盐([C3SMIM][MSA])、 甲烷磺酸、 三氟甲烷磺酸和硫酸的H0的影响. 结果表明, 阴离子对酸度的影响更加显著. 当阴离子相同时, 阳离子取代基的碳链越长, 酸度越强; 当阳离子相同时, 阴离子的电荷密度越小, 酸度越强; 对于同一类型的离子液体, 磺酸功能化的离子液体比未功能化的离子液体酸度要强. 大部分盐类起的是盐析效应, 对酸度起增强作用, 少数盐会减弱酸度, 如对甲苯磺酸钠和1-丙基磺酸-3-甲基咪唑内盐(C3SMIM)等, 这些盐的共同特点是具有较大的离子尺寸, 电荷密度较低.
化疗和热疗联用能有效覆盖整个肿瘤部位， 起到协同治疗的效果. 本文以具有独特孔道结构和良好化学稳定性的共价有机骨架（COFs）作为壳， 光热性质良好的Fe3O4纳米粒子作为核， 制备了粒径约为200 nm的核壳结构药物载体. 通过吸附作用将抗肿瘤药物盐酸阿霉素(DOX)封装至COFs孔道内， 随后以温敏材料聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)进行修饰， 封堵在复合材料表面. 采用波长808 nm的激光照射使 Fe3O4纳米粒子迅速将光能转化为热能， 导致温度发生变化. 一方面， 升温使PNIPAM达到临界温度发生相变， 其结构向内收缩， 从而实现对药物分子的可控释放； 另一方面， 产生的高温可有效杀灭癌细胞， 起到化疗和热疗联用抗肿瘤的效果. 最后， 在复合材料表面嫁接具有癌细胞主动靶向作用的叶酸碳点， 实现叶酸介导的靶向温度响应控释机制， 构建了温敏型药物控释系统， 并联合化学疗法和光热疗法， 有效提升了抗肿瘤效果.
构建了一种基于金属有机骨架（MOF）材料Ce-UiO-66-(COOH)2的荧光策略， 用于检测SO32-. 首先通过溶剂热法， 以均苯四甲酸为有机配体、 Ce4+为中心离子合成了Ce-UiO-66-(COOH)2材料， 并采用X射线衍射（XRD）、 红外光谱（IR）、 X射线光电子能谱（XPS）和扫描电子显微镜（SEM）等表征手段确认了其结构特征. 在Ce-UiO-66-(COOH)2的催化作用下， SO32-与苯甲酸组成的反应体系中， SO32-被催化转化为硫酸根自由基（SO4·-）， 进而诱导苯甲酸转化为具有荧光特性的2-羟基苯甲酸（水杨酸）， 从而实现对SO32-的定量检测. 通过荧光光谱和电子自旋共振谱（ESR）验证了该检测过程的机理. 考察了反应时间、 温度、 MOF材料用量及苯甲酸浓度等因素对检测性能的影响， 在优化的条件下获得40~120 mmol/L的线性检测范围， 检出限达8.3 μmol/L. 该方法对常见无机阴离子表现出良好的抗干扰性能， 可应用于雨水和自来水样品中SO32-的定量检测.
以聚(乙二醇)二丙烯酸酯(PEGDA)为多乙烯基单体(MVMs)， 4-氰基-4-(硫代苯甲酰硫基)戊酸(CPADB)为链转移剂， 2，2′-偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂， 采用一锅法可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合法， 通过调控反应参数特异性促进聚合过程中大分子间结合， 成功合成了两种支化度不同且带有大量悬挂双键的超支化聚乙二醇(HBPs). HBPs可与巯基化明胶(gel-SH)通过硫醇-烯点击化学反应交联形成HBP/gel-SH水凝胶， 用于人诱导间充质干细胞(iMSCs)培养. 采用凝胶渗透色谱仪(GPC)和核磁共振波谱仪对HBPs的化学组成和结构进行表征. 研究结果表明， 通过调控PEGDA单体反应浓度及n(PEGDA)∶n(CPADB)∶n(AIBN)能够有效调控HBPs的支化度. 流变仪表征结果表明， HBPs和gel-SH能够快速交联， 在2 min内形成水凝胶. 细胞培养实验证明， HBP/gel-SH水凝胶无明显细胞毒性， 且高支化度聚合物形成的水凝胶具有更好的生物相容性. 该水凝胶在干细胞培养和扩增领域有广阔的应用前景.
传统的芬顿氧化法通过Fe²⁺催化H₂O₂生成羟基自由基(•OH), 能够高效降解水中抗生素类有机污染物, 但铁泥产生量大、 Fe²⁺再生困难及二次污染的问题限制了其广泛应用. 电芬顿技术结合电化学和芬顿氧化过程, 可以显著提升H₂O₂的活化效率. 使用钴基金属有机框架(Co-MOFs)作为电芬顿催化剂不但具有高的催化活性和稳定性, 而且可以避免铁泥的产生, 达到高效降解去除水中抗生素类有机污染物的目的. 本文在碳纤维电极上原位生长Co-MOFs纳米晶材料, 并以该复合材料为阴极, 铂片为阳极, 构建了非均相电芬顿体系. 通过调控纳米晶材料的制备方法、 配体类型、 配体和金属比例、 煅烧温度及氛围、 体系电压及H2O2添加量等条件, 探索出最佳制备条件: 在水热反应条件下, 对苯二甲酸和钴盐以摩尔比1∶1配位合成Co-MOFs, 并原位生长于碳纤维基底上, 在100 ℃空气氛围下煅烧活化. 通过优化反应体系, 确定了最佳反应条件: 电压为-0.8 V, H2O2添加量为60 μL, 最终90 min时四环素的降解率为91%.
