高等学校化学学报

高等学校化学学报2020年第40卷第2期封面和目次

2020, 41(2): 0-0.

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可双光子激发的聚集诱导发光光敏剂及其生物医学应用

武文博,刘斌

2020, 41(2): 191-203. doi:10.7503/cjcu20190614

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综合评述了双光子激发的聚集诱导发光(AIE)光敏剂的研究进展, 重点讨论了双光子激发的AIE光敏剂的设计思路及在生物医学中的应用, 并对其发展前景进行了展望.

金属有机框架材料的结构、动力学行为和主客体相互作用的固体核磁共振研究

肖宇情,李申慧,汤晶,徐君,邓风

2020, 41(2): 204-220. doi:10.7503/cjcu20190620

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金属有机框架材料(MOFs)在绿色能源气体储存、二氧化碳捕获、化学分离、化学传感和多相催化等领域有着广泛的应用前景, 与其分子结构、动力学行为以及与客体分子的相互作用密切相关. 固体核磁共振(NMR)能提供原子水平的结构距离信息, 能从多个时间尺度反映分子动力学行为, 能通过极化转移揭示主客体相互作用. 本文综述了近年来先进的固体核磁共振方法在研究MOFs的结构、动力学行为以及主客体相互作用等方面的研究进展. 多核、多维固体NMR可给出MOFs材料的金属中心以及有机配体的局部配位状态, 变温固体NMR可以反映MOFs的分子柔性以及有机配体在不同温度下的运动模式及速率. 固体NMR还可用来研究MOFs与吸附客体分子(如甲烷、二氧化碳等)之间的相互作用模式. 通过固体NMR技术获得的结构信息有助于人们理解MOFs材料的构效关系, 并为合理设计新型的MOFs材料提供依据.

大面积多元化表面等离激元金纳米粒子结构的制备

李东,孙迎辉,王中舜,黄晶,吕男,江林

2020, 41(2): 221-227. doi:10.7503/cjcu20190658

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具有显著表面等离激元共振效应的贵金属纳米粒子因其独特的光电学性质在许多领域表现出了潜在的应用价值. 结合纳米压印技术与自组装技术发展了一种高效的多元化纳米粒子结构的制备方法, 并制备了一种由不同尺寸金纳米粒子构成的周期性表面等离激元纳米粒子结构. 实验结果证明此种方法在大批量制备和结构多元化的控制方面具有独特的优势. 利用不同的表面等离激元纳米粒子结构对不同荧光分子增强效果的差异, 设计了2种具有明显明暗差异的荧光条码, 展示了多重的荧光增强响应.

基于酸性离子液体填充注射器的泡腾辅助微萃取法测定果汁样品中三嗪类除草剂

朴惠兰,马品一,覃祖成,姜延晓,孙颖,王兴华,宋大千

2020, 41(2): 228-234. doi:10.7503/cjcu20190605

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开发了一种高效、环保的基于酸性离子液体填充注射器的泡腾辅助微萃取法, 用于测定果汁样品中三嗪类除草剂. 萃取分散采用酸性离子液体[C₄mim][HSO₄], 它对三嗪类除草剂具有较高的溶解度, 其酸性可与碳酸盐反应产生二氧化碳, 从而加速萃取过程. 该实验的提取和分离步骤在注射器中完成, 整个预处理过程完全不需要任何设备辅助. 对碳酸氢钠用量、酸性离子液体用量、盐添加量及洗脱溶剂体积等影响萃取效率的实验条件进行了优化. 在最佳条件下, 三嗪类除草剂浓度在1~200 ng/mL范围内获得了良好的线性关系, 相关系数大于0.9984; 检出限(LOD)和定量限(LOQ)分别为0.06~0.18和0.21~0.61 ng/mL, 日间及日内精密度低于8.3%. 实验结果表明, 该方法可用于果汁样品中三嗪类除草剂的测定.

聚谷氨酸接枝聚乙二醇@碳酸钙遮蔽体系用于提高聚乙烯亚胺基因转染效率

郭兆培,林琳,陈杰,田华雨,陈学思

2020, 41(2): 235-242. doi:10.7503/cjcu20190637

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设计并合成了聚谷氨酸-聚乙二醇@碳酸钙(PPG@CaCO₃)纳米遮蔽体系, 用于遮蔽聚乙烯亚胺(PEI). 一方面, 聚谷氨酸-聚乙二醇(PPG)可以降低PEI引起的细胞毒性, 更有利于体内应用; 另一方面, CaCO₃可有效改善PPG导致的转染效率下降, 并在一定程度上提高PEI的细胞转染效率. 对比遮蔽体系PPG@CaCO₃和聚谷氨酸-聚乙二醇@磷酸钙[PPG@Ca₃(PO₄)₂]发现, PPG@CaCO₃在微酸性环境中释放二氧化碳气体是提高细胞转染效率的关键因素. 小鼠体内循环实验表明, PPG@CaCO₃遮蔽体系可以增加载体在血液中的循环时间. 因此, PPG@CaCO₃遮蔽体系对于改善阳离子类基因载体的体内应用起到重要作用.

基于萘普生-芳基金属配合物的抗癌及抗炎性能

薛旭玲,陈俊,张自由,王萌萌,吕梦迪,郝元元,胡炯圣,葛超,苏志,钱勇,刘红科

2020, 41(2): 243-252. doi:10.7503/cjcu20190534

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以萘普生(NPX)为前体, 分别与芳基钌(Ru)、锇(Os)及铱(Ir)二聚体反应制备了3个单核配合物[Ru(η ⁶-p-cymene)(NPX-bpy)Cl]Cl(1), [Os(η ⁶-p-cymene)(NPX-bpy)Cl]Cl(2)和[Ir(η ⁵-Cp ^*)·(NPX-bpy)Cl]Cl(3). 利用元素分析、电喷雾质谱和核磁共振波谱对3个配合物的组成和结构进行了表征, 并研究了其细胞毒性. 结果表明, 3个配合物对几种肿瘤细胞株均无毒性(IC₅₀>100 μmol/L), 仅配合物1对NB-4细胞有中等程度的毒性(IC₅₀=45.2 μmol/L), 且毒性大于配合物2和3, 这可能与配合物1在细胞核内具有更高的富集量有关. 此外, 3个配合物均可有效抑制COX-2的表达, 保留了萘普生的抗炎性质, 实现了金属配合物抗癌及抗炎的多功能化应用.

4-(4-羧基苯氧基)间苯二甲酸构筑的过渡金属配位聚合物: 合成、晶体结构、荧光传感与光催化

刘东枚,苏雅静,李姗姗,许奇炜,李夏

2020, 41(2): 253-261. doi:10.7503/cjcu20190493

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采用水热法合成了4个配位聚合物[Zn(Hcpoia)(2,2'-bpy)·H₂O]_n(1)和[M(Hcpoia)(phen)]_n·nH₂O[M=Zn(2), Mn(3), Co(4); H₃cpoia=4-(4-羧基苯氧基)间苯二甲酸; 2,2'-bpy=2,2'-联吡啶; phen=1,10-邻菲罗啉], 利用X射线单晶衍射分析确定了配合物的晶体结构. 配合物1为一维链状结构, 中心Zn ²⁺离子的配位环境为[ZnO₄N₂]扭曲的八面体构型, 配体Hcpoia ^2-以μ₁∶η ¹η ⁰和μ₁∶η ¹η ¹配位模式桥连相邻的Zn ²⁺离子. 配合物2和4的结构与配合物1类似, 是由配体Hcpoia ^2-以μ₁∶η ¹η ⁰和μ₁∶η ¹η ¹配位模式联接[MO₄N₂]结构单元而形成的一维链状结构. 配合物1, 2和4中均存在分子间氢键(O—H…O), 氢键的存在使一维链连接形成二维超分子结构. 配合物3为二维网状结构, Mn ²⁺离子的配位环境为[MnO₄N₂]扭曲的八面体构型, 配体Hcpoia ^2-以μ₂∶η ¹η ¹配位模式桥连相邻Mn ²⁺离子形成[Mn₂COO₂]结构单元, 该结构单元被Hcpoia ^2-连接形成二维结构. 在4个配合物中, 2,2'-bpy和phen配体均以端基的形式与金属离子螯合配位. 研究了水溶液中抗生素分子和Fe ³⁺离子对配合物1与荧光强度的影响, 实验结果表明, 甲硝唑、 Fe ³⁺离子对配合物1有荧光猝灭作用, 并进一步考察了甲硝唑浓度和Fe ³⁺离子浓度对配合物1荧光强度的影响. 基于荧光猝灭机理, 配合物1可以用作荧光传感器检测水溶液中的甲硝唑和Fe ³⁺离子. 研究了配合物4对罗丹明B(RhB)的催化降解性能, 发现在氙灯照射和H₂O₂存在条件下, 配合物4对RhB具有较好的光催化降解作用.

基于氧化镍沉积硅胶固相萃取与液相色谱-质谱联用技术的2型糖尿病血清中咪唑丙酸的检测

王天琦,余琼卫,冯钰锜

2020, 41(2): 262-267. doi:10.7503/cjcu20190483

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咪唑丙酸可以通过哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1(mTORC1)路径引起人的胰岛素抵抗, 从而导致2型糖尿病(T2D), 因此, 咪唑丙酸的准确定量可辅助2型糖尿病的诊断. 本文利用NiO与咪唑基团之间的配位作用, 采用氧化镍沉积硅胶(NiO@SiO₂)萃取材料对咪唑丙酸进行选择性富集和萃取. 首先对NiO@SiO₂ 固相萃取(SPE)条件进行优化: 吸附剂用量为200 mg, 上样液为20 mmol/L的磷酸盐缓冲溶液(pH=3.0), 解吸液为1.0 mL含1%(质量分数)NH₃·H₂O的水溶液; 然后, 对萃取液进行高效液相色谱-质谱(HPLC-MS)分离分析, 建立了血清中咪唑丙酸的检测方法. 结果表明, 咪唑丙酸浓度在0.05~10 ng/mL范围内对质谱响应值具有良好的线性关系(R ²≥0.996), 检出限和定量限分别为0.02和0.05 ng/mL, 加标回收率为84.0%~119%, 相对标准偏差RSD<17.2%. 将该方法用于检测2型糖尿病患者与正常人血清样品中的咪唑丙酸, 发现在2型糖尿病患者与正常人的血清中咪唑丙酸含量存在显著性差异, 说明咪唑丙酸的准确定量对2型糖尿病具有医学诊断上的潜力.

基于单(6-巯基-6-去氧)-β-环糊精修饰金电极对L-半胱氨酸的快速灵敏检测

彭与煜,王煜,于鑫垚,曾巨澜,肖忠良,曹忠

2020, 41(2): 268-276. doi:10.7503/cjcu20190448

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将单(6-巯基-6-去氧)-β-环糊精(HS-β-CD)通过金硫键自组装在金电极(GE)表面, 构建了一种简单、快速、灵敏的超分子识别L-半胱氨酸(L-Cys)的电位型电化学传感器. 通过循环伏安法和交流阻抗法研究了膜表面的电化学行为; 通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)表征了电极表面的膜组装效果, 其作用机制是固定在金电极表面的HS-β-CD空穴可通过分子间作用力吸附结合带负电的L-Cys, 使电极表面的膜电位发生改变, 导致对L-Cys的超分子选择性识别作用, 从而实现对L-Cys的定量分析. 在优化的实验条件下, 该电极在pH=6.0的磷酸盐缓冲溶液中对L-Cys有良好的电位响应性能, 线性范围为1.0×10 ^-7~1.0×10 ^-4 mol/L, 斜率为(-65.29±1.0) mV/pc(25 ℃), 检测下限达到6.0×10 ^-8 mol/L; 电极响应速度快、稳定性和重现性好、抗干扰能力强. 将该电极用于实际猪血清和猪尿液样品中L-Cys含量的测定, 回收率为95.0%~104.7%, 表明该新型电极在生命科学等领域具有良好的应用前景.

八元瓜环与常山碱的相互作用模式

蒋静,陈晓丽,黄亚励,张奇龙,徐红,杨小生

2020, 41(2): 277-283. doi:10.7503/cjcu20190380

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利用紫外吸收光谱、荧光光谱、核磁共振氢谱及红外光谱等方法考察了八元瓜环(Q[8])对常山碱(Feb)的包结作用; 采用紫外吸收光谱法研究了Q[8]对Feb理化性质的影响及不同pH条件下Q[8]/Feb包合物溶液中Feb的释放及Q[8]/Feb包合物在人工肠液和人工胃液中的释放. 结果表明, 在pH=1.2的盐酸介质中, Q[8]与Feb可形成摩尔比1∶1的稳定主客体包合物, 结合常数为4.20×10 ⁴ L/mol. 在pH=1.2(人工胃液的pH值)时, Feb可与Q[8]形成稳定包合物; 在pH=6.8(人工肠液的pH值)时, Q[8]/Feb包合物可释放出单纯的游离Feb. 因此, Q[8]可作为Feb的一种潜在药物载体为减轻Feb呕吐副反应提供借鉴.

碱活化多孔碳用于分离甲苯及活化/吸附机理

李博文,汪若蘅,黎丽,肖杨

2020, 41(2): 284-292. doi:10.7503/cjcu20190496

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采用生物质木质素磺酸钠(SLS)为碳源, 先与硬模板NaCl混合预碳化, 再加入活化剂NaOH在氮气保护下升温至850 ℃碳化, 得到SLS基碱活化的多孔碳吸附剂(SPCN). 将SPCN用于吸附液体石蜡中芳香烃甲苯, 对比研究了不同活化剂加入量对SPCN结构、性质及吸附效果的影响. 结果表明, SPCN表面具有丰富的官能团和发达的微/介孔结构, 活化剂加入量对比表面积的影响为先增大后减小, 碱/碳质量比为1∶1时比表面积达到最大值(710.4 m ²/g); 吸附量与比表面积呈正相关, 样品SPCN-1的最大吸附量为2875.17 mg/g, 远高于商业吸附剂, 经5次吸附-解吸循环后仍保持92.5%的吸附效率. 探究了活化机理, NaOH、碳质和气体发生氧化还原反应释放气体留下孔隙, 经充分酸洗、水洗后得到永久孔道. 最后, 结合扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)、 X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和比表面积分析等结果证明了吸附机理主要是孔隙填充效应、范德华力、 π-π相互作用及电子供/受体作用的共同作用. 首次报道了SPCN应用的新方向并探究了活化与吸附机理, 制备方法简易、经济, 产品循环稳定性好、无污染, 有望用于工业化生产.

流动控制沉积法制备PMMA叠层光子晶体薄膜及其光学性能研究

李杰峰,赵江红,赵永祥

2020, 41(2): 293-299. doi:10.7503/cjcu20190482

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采用流动控制沉积法, 通过调控泵速和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体微球溶液的浓度, 制备出微球排列高度有序且薄膜紧密附着于基底的高质量光子晶体薄膜. 获得了制备高质量PMMA光子晶体薄膜的组装条件范围, 发现在该条件范围内, 当泵速或胶体微球溶液浓度一定时, PMMA光子晶体薄膜的厚度随胶体微球溶液浓度的增加或泵速的降低而增加. 研究了组装条件对PMMA光子晶体薄膜光学性能的影响, 发现光子禁带位置随光子晶体薄膜厚度增加或减少而红移或蓝移. 在此基础上, 控制组装条件得到了不同尺寸微球堆叠而成的叠层光子晶体薄膜, 并研究了其光学性能的变化规律. 结果显示, 叠层光子晶体薄膜的光子禁带峰为各层叠层光子晶体禁带峰的简单叠加, 且峰强度受光入射角方向影响.

激光直写微型RGO/MWCNT/CF平面柔性超级电容器的制备及性能

关芳兰,李昕,张群,龚,林紫钰,陈耀,王乐军

2020, 41(2): 300-307. doi:10.7503/cjcu20190480

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将采用改性Hummers法制备的氧化石墨烯与多壁碳纳米管(MWCNT)复合, 通过激光直写的方法制备了以棉织物(Cotton fabric, CF)为基底的石墨烯复合碳纳米管的同心圆形织物柔性平面超级电容器(RGO/MWCNT/CF). 通过扫描电子显微镜、 X 射线衍射和拉曼光谱技术对RGO/MWCNT/CF进行了表征, 并对超级电容器的电导率和电化学性能进行了测试. 结果表明, 电极材料经激光还原后导电率达到了7.19×10 ⁴ S/m, 表现出良好的导电性能. 以RGO/MWCNT/CF为工作电极、 PVA/LiCl凝胶为电解质组装的超级电容器具有良好的电化学性能, 在电位窗口为0~1 V、电流密度为40.8 mA/cm ²时比电容达到24 mF/cm ², 功率密度为61 mW·h/kg, 能量密度为1.22 mW·h/kg, 且循环1000次仍能保持92%的比电容.

同轴静电纺丝法制备ZnO/Ag₂O纳米纤维材料及其光电催化性能研究

韩志英,李佑稷,陈飞台,汤森培,王鹏

2020, 41(2): 308-316. doi:10.7503/cjcu20190478

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以醋酸锌和乙酰丙酮银为前驱体, 通过同轴静电纺丝和热处理过程在氟掺杂氧化锡(FTO)导电玻璃上制备了ZnO/Ag₂O同轴纳米纤维. 采用X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段对材料进行了表征. 以氙灯模拟可见光光源, 亚甲基蓝为目标降解物, 考察了所制备纳米纤维的光电催化活性. 结果表明, 同轴ZnO/Ag₂O纳米纤维具有壳核类似结构(ZnO为壳, Ag₂O为核), Ag₂O与ZnO形成的异质结和杂质能级降低了ZnO的带隙能, 提高了对可见光的利用率. 在可见光下, 与纯ZnO相比, ZnO/Ag₂O具有很强的光电催化能力, 并且Ag₂O的量对同轴纤维光电催化活性影响很大, 在同样光电催化条件下, ZnO/Ag₂O-7同轴纳米纤维的光电催化效果最好, 亚甲基蓝降解率达93%, 动力学常数最大为1.13×10 ^-2 min ^-1.

铁基离子液体/NHD吸收氧化H₂S的反应动力学

张丽,钱明超,刘雪珂,高帅涛,余江,谢海深,王宏斌,孙风江,苏向红

2020, 41(2): 317-323. doi:10.7503/cjcu20190474

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以铁基离子液体(Fe-IL) /聚乙二醇二甲醚(NHD)为脱硫体系, 通过静态吸收反应装置研究了共溶体系吸收氧化H₂S的动力学过程. 结果表明, 纯Fe-IL脱硫体系的动力学方程可表示为r=54.62exp(-11720/RT)· $c H 2 S$ ·c_Fe(Ⅲ), Fe-IL/NHD吸收氧化H₂S属于快速拟一级反应, 复配NHD后, 对Fe(Ⅲ)的反应级数随NHD复配比的增大而增大, 提高温度和NHD的复配比可强化传质过程, 提高脱硫过程的反应速率.

双亲性石墨烯量子点的合成及对L-薄荷醇的缓释作用

李明,崔小倩,汪璇,李在均

2020, 41(2): 324-330. doi:10.7503/cjcu20190445

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将柠檬酸和直链烷基胺混合后热解, 制备了烷基胺功能化的双亲性石墨烯量子点. 研究结果表明, 烷基碳链长度对石墨烯量子点的表面活性有较大影响. 采用十二烷基胺为功能试剂时, 石墨烯量子点的表面张力降低到30.8 mN/m, 与典型的阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠相当. 此双亲性石墨烯量子点被用作固体粒子表面活性剂稳定L-薄荷醇/水Pickering乳液时, 所形成的乳液具有较高的稳定性, 液滴平均粒径为10 μm. 该乳液冷却至室温后析出结晶, 将晶体过滤、干燥后得到负载L-薄荷醇的石墨烯量子点. 采用热风吹扫方式研究石墨烯量子点对L-薄荷醇的缓释行为. 在80 ℃下, 负载型样品完全释放薄荷醇所需要的时间分别为混合型样品和空白样品的4.6倍与9.2倍, 表明石墨烯量子点对L-薄荷醇具有明显的缓释作用.

Ca₁_-xPr_xFeO₃催化热解甘蔗渣木质素制备酚类化合物

韩洪晶,葛芹,陈彦广,王海英,赵宏志,王怡真,张亚男,邓冀童,宋华,张梅

2020, 41(2): 331-340. doi:10.7503/cjcu20190439

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采用溶胶-凝胶法合成了一系列镨掺杂的铁酸钙氧化物(Ca_1-_xPr_xFeO₃, 简称CPF-x), 优化了其焙烧机制, 研究了其对甘蔗渣木质素(BL)的催化热解作用, 考察了其再生性能. 研究结果表明, CPF-x适宜的合成及焙烧参数分别为: x=0.5, 焙烧温度为800 ℃, 焙烧时间为6 h, 在该条件下得到的CPF-0.5-800-6呈立方晶相, 为疏松多孔结构; 掺杂Pr后, 其比表面积提高了近3倍. CPF-0.5-800-6对BL催化热解最佳工艺参数为: m(CPF-0.5-800-6)∶m(BL)=1∶3, 热解温度为650 ℃, 液相收率最大可达20.73%, 其中主要产物为紫丁香酚类、苯酚类及愈创木酚类, 其总选择性为63.21%. 以CPF-0.5-800-6为催化剂, 紫丁香酚类化合物选择性由20.60%增大到29.59%, 实现了提高BL催化热解中某种单酚化合物的选择性. CPF-0.5-800-6经5次催化热解-再生循环反应后, 仍具有良好的反应活性和结构稳定性.

单、双及双混氮杂卟啉的结构和电子吸收光谱

曹洪玉,马子辉,张文琼,唐乾,李如玉,郑学仿

2020, 41(2): 341-348. doi:10.7503/cjcu20190413

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利用密度泛函和含时密度泛函理论对卟啉(FBP)、单氮杂卟啉(N/Neo-CPs)、双氮杂卟啉(DNCPs)及双混氮杂卟啉(Neo-C-NCPs)的结构与电子吸收光谱进行了研究. 结果表明, 由于N/C位置改变, 分子对称性和轨道组成发生改变, 氮杂卟啉中2-NCP-2H, 2,18-DNCP-2H 和1,17-Neo-C-NCP的各前线和近前线轨道能级发生较大变化, 光谱峰红移较显著; 电子-空穴分布图表明3类氮杂卟啉电子跃迁途径更丰富. 进一步探讨了水、氯仿和苯3种溶剂对4类卟啉分子的影响. 结果表明, 随着溶剂极性减小, FBP, N-/Neo-CPs, DNCPs和Neo-C-NCPs的Q带吸收峰红移越明显, 吸收略有增强.

PVA微晶交联和SA/PAA双网络协效增强增韧SA纤维

闫铭,周炜东,张鸿,石军峰,赵云鹤,叶泳铭,郭静,于跃

2020, 41(2): 349-357. doi:10.7503/cjcu20190473

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为了提高海藻酸钠(SA)纤维的断裂强度和断裂伸长率, 以丙烯酸(AA)为化学交联组分, SA为离子交联组分, 聚乙烯醇(PVA)为微晶交联组分, 采用湿法纺丝和冻融循环方法制备含有PVA微晶交联点和海藻酸钠/聚丙烯酸(SA/PAA)双网络结构的海藻酸钠/聚丙烯酸/聚乙烯醇(SA/PAA/PVA)复合纤维. 通过流变性能、力学性能、红外光谱、 X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)测试研究了交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)含量和PVA微晶交联对SA/PAA/PVA纺丝原液和复合纤维的结构与性能的影响. 结果表明, 当MBA质量分数为0.5%时, 纺丝原液的损耗模量(G″)最小, 可纺性最好, 复合纤维的断裂强度达到2.83 cN/dtex, 断裂伸长率达到9.38%, 比再生SA纤维分别提高了15.98%和38.96%; PVA冷冻之后形成微晶交联点并且PAA和PVA已经复合到体系中; PAA和PVA的加入提高了复合纤维的结晶度; 复合纤维的表面形貌趋于光滑和规整, 纤维断面更加致密.

超亲水聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备及性能

程继锋,蒋团辉,詹晓梅,祁娅婷,杨园园,康逊,秦舒浩

2020, 41(2): 358-364. doi:10.7503/cjcu20190374

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采用超声辅助接枝聚合技术, 将甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)接枝到聚偏氟乙烯(PVDF)膜表面, 制备PVDF-g-GMA膜; 再利用氨基诱导环氧基团发生开环反应, 将苏氨酸(Thr)接枝到PVDF-g-GMA膜表面, 制备了具有两性离子结构表面的PVDF-g-GMA-Thr膜. 通过衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、 X射线光电子能谱(XPS)、接触角测试仪、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和牛血清白蛋白(BSA)过滤实验等系统研究了改性前后PVDF膜表面的化学组成、润湿性能、表面形貌和抗污染性能. 研究结果表明, 随着PVDF-g-GMA接枝Thr反应时间的增加, PVDF-g-GMA-Thr膜的亲水性能明显提高, 接触角从90°降为0°, 呈现出超亲水性能. 同时PVDF-g-GMA-Thr膜的水通量明显提高, 当Thr诱导开环反应时间为12 h时, PVDF-g-GMA-Thr膜的水通量高达686 L/(m ²·h), 与PVDF原膜相比, 水通量提高了204.5%. 在BSA的过滤测试中, 与PVDF膜相比, PVDF-g-GMA-Thr膜呈现出良好的截留性能和抗污染性能, BSA截留率从42%提高到84%,水通量恢复率从53%提高到87%, 不可逆污染率从47%降到12%, 表明通过接枝Thr构筑两性离子结构表面可以有效减小膜污染.

高支化梳型聚芳醚砜/咪唑鎓盐功能化氧化石墨烯阴离子交换复合膜的制备与性能

方明亮,刘东,胡美韶,王雷

2020, 41(2): 365-374. doi:10.7503/cjcu20190361

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通过Williamson反应, 在羟基化氧化石墨烯(GO-OH)表面修饰1-(6-溴己基)-3-甲基咪唑溴化物(6BrIm), 合成了1-(6-溴己基)-3-甲基咪唑溴化物功能化氧化石墨烯(6BrIm-GO). 将6BrIm-GO引入高支化梳型聚芳醚砜(ImHBPES-8)基体中, 经物理共混、浇铸成膜及离子交换, 制备了一系列阴离子交换纳米复合膜(ImHBPES-8/x-6BrIm-GO). 6BrIm-GO的引入, 既作为一种功能纳米填料, 又提供了更多OH ^-离子传输位点, 在提高ImHBPES-8膜机械强度的同时保证了离子电导率. 研究了引入6BrIm-GO的含量对ImHBPES-8膜结构与性能的影响. 研究结果表明, 引入6BrIm-GO后, ImHBPES-8膜整体性能均得到改善. 当6BrIm-GO含量为0.75%时, ImHBPES-8/0.75%-6BrIm-GO复合膜的综合性能最佳, 其拉伸强度为18.32 MPa, 与ImHBPES-8膜相比, 提高了22.9%; 80 ℃下OH ^-离子电导率最高达79.8 mS/cm. 将ImHBPES-8/0.75%-6BrIm-GO复合膜浸泡在60 ℃的1 mol/L KOH溶液中进行碱稳定性测试, 300 h后离子电导率保留在初始的70%以上, 远高于ImHBPES-8膜(56%), 表明ImHBPES-8/0.75%-6BrIm-GO复合膜具有良好的耐碱稳定性. ImHBPES-8/0.75%-6BrIm-GO复合膜整体性能优异, 有望应用于碱性聚电解质燃料电池中.

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