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2022年 第43卷 第10期    刊出日期：2022-10-10

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高等学校化学学报2022年第43卷第10期封面和目次

2022, 43(10):  1-8. 

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相关文章 | 多维度评价

综合评述

用于抗新型冠状病毒的无机表面材料及其作用机制

李丹, 肖丽萍, 范杰

2022, 43(10):  20220301.  doi:10.7503/cjcu20220301

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由新型冠状病毒所导致的新冠肺炎疫情已对人类健康造成严重威胁, 病毒的大范围传播增加了对抗病毒表面材料(尤其是用于公共场所中)的需求. 本文综述了一系列具有抗病毒性能的无机表面材料, 包括金属单质及其衍生物、 石墨烯及其衍生物和沸石, 以及它们各自的抗病毒机制; 最后, 对无机抗病毒表面材料领域所面临的挑战与发展前景进行了总结与展望.



类水滑石材料在核废水处理领域的应用

郑美琪, 毛方琪, 孔祥贵, 段雪

2022, 43(10):  20220456.  doi:10.7503/cjcu20220456

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核能已成为我国能源结构的重要组成部分, 但含放射性物质的废水所带来的危害不容忽视. 如何高效解决核废水污染问题迫在眉睫. 类水滑石材料是一类阴离子型粘土化合物, 因其层板组成及层间阴离子种类的可调控性、 较大的比表面积及粒径和形貌的可调控性等特点已在含放射性核素废水的处理中崭露头角. 本文主要阐述了类水滑石材料对废水中放射性核素的吸附行为及其作用机制, 探讨了存在的问题及可能的解决方法, 并对其发展前景进行了展望.



超分子相互作用主导的纳米药物成核

许文哲, 张皓

2022, 43(10):  20220264.  doi:10.7503/cjcu20220264

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纳米沉淀法是目前制备纳米药物的主要途径, 是指通过向药物的良溶剂中引入不良溶剂产生过饱和体系, 进而形成纳米尺度药物颗粒的方法. 该方法操控灵活, 能够大范围地选择药物分子、 溶剂、 载体、 表面活性剂及其它赋形剂, 实现对纳米药物成核及生长过程的调控. π-π堆积和疏水相互作用等分子间弱相互作用能够主导纳米药物成核, 从而用于制备高生物安全性的无载体纳米药物(CFNs). 目前超分子自组装在成核过程中的具体作用、 协同效应及调控方法尚缺少归纳总结. 根据纳米沉淀法的成核理论, 本文对超分子相互作用在成核过程中的重要贡献进行了诠释; 基于目前单药自组装CFNs的进展, 对多药共组装CFNs的优势进行了强调; 并将超分子相互作用主导成核的概念拓展到通过金属离子螯合形成的CFNs. 从理论上阐明了超分子相互作用在纳米药物成核过程中的主导作用, 将极大促进以高生物安全、 多功能及以联合治疗为标志的下一代CFNs的发展.



微生物发酵诱导多孔材料: 制备方法和应用

田晓康, 张青松, 杨舒淋, 白洁, 陈冰洁, 潘杰, 陈莉, 危岩

2022, 43(10):  20220216.  doi:10.7503/cjcu20220216

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微生物发酵作为一种新的制备多孔材料的方式, 将微生物发酵工程与发泡工程有机结合起来, 克服了传统制备方法需要特殊设备、 操作复杂、 后处理繁琐、 化学药品污染和成本昂贵等缺点, 受到了广泛关注.本文基于微生物发酵多孔材料的研究, 围绕多孔材料的定义和多孔水凝胶的分类及制备方式进行总结.针对微生物发酵诱导制备多孔材料的制备方法, 综合评述了该方法在染料吸附、 海水蒸发脱盐、 电磁屏蔽以及制备新型功能性生物材料等方面的应用.最后, 对微生物诱导制备多孔材料的未来发展进行了展望.



研究论文: 无机化学

两个镉(II)金属有机骨架的可控合成与结构相关性

邢珮琪, 陆通, 李光华, 王力彦

2022, 43(10):  20220218.  doi:10.7503/cjcu20220218

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合成了2,5-二甲氧基-N,N'-双(4-吡啶基)对苯二甲酰胺(简称为dmbpt), 并以其和1,3,5-苯三甲酸(简称为H₃btc)为配体合成了2个新配合物[Cd₂(dmbpt)₂(Hbtc)₂]·2DMF·C₂H₇N·H₂O(1)和[Cd₃(dmbpt)₂(btc)₂]·4H₂O(2). 配合物1是具有3,5L2拓扑的二维金属有机骨架； 配合物2是具有jcr7拓扑的三维金属有机骨架, 这是一个稀有的拓扑结构. 配合物1和2都含有二级结构单元Cd₂(—COO)₄(—Py)₄. 在结构关系上, 配合物2的三维网络可以看作是由配合物1的二维网络通过形成新的配位键连接而成的. 在原料和溶剂相同的溶剂热反应条件下, 能以不同比例同时获得2种配合物. 产物中配合物1和配合物2的比例可以通过改变反应物的浓度来调控, 这可能与由DMF分解产生的二甲胺促进H₃btc的去质子化有关.



trz-Cl-Cu-PMo₁₂的合成、 表征及催化氧化碘离子性能

张太文, 郭军, 张丹, 袁常梅, 邱双艳

2022, 43(10):  20220215.  doi:10.7503/cjcu20220215

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以H₃PMo₁₂O₄₀为前驱体, 采用水热法使1,2,4-三氮唑-3-甲酸进行原位脱羧后, 合成了1,2,4-三氮唑修饰的Keggin型多金属氧酸盐基金属-有机框架化合物(trz-Cl-Cu-PMo₁₂), 并通过X射线单晶衍射、 红外光谱(IR)、 热重分析(TG)、 X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)及元素分析等手段对其进行了表征. X射线单晶衍射及元素分析表明, 该晶体化合物的结构式为[Cu₆Cl_0.5(C₂H₂N₃)₄][PMo₁₂O₄₀][Cu₆Cl_0.5(C₂H₂N₃)₄], 且由1个经典的 Keggin 型[PMo₁₂O₄₀]^3-和2个[Cu₆Cl_0.5(C₂H₂N₃)₄]^1.5+以近似中心对称的方式构成, 各组分之间通过超分子作用形成一维(1D)~三维(3D)结构. 催化性能研究结果表明, 该非均相催化剂在催化过氧化氢氧化碘离子为碘单质的反应中, 经4 min 35 s到达终点时, 反应速率高达1.42×10^-5 mol·L^-1· s^-1, 碘单质生成速率提高了约551倍. 催化剂重复使用8次, 转化率仍然高达99.6%, 表现出优异的催化活性, 且具有良好的可重复性.



Pd增强缺陷态TiO₂纳米管阵列的光催化产氢性能

姜珊, 申倩倩, 李琦, 贾虎生, 薛晋波

2022, 43(10):  20220206.  doi:10.7503/cjcu20220206

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通过光还原沉积法, 利用氧空位诱导作用, 在Ni掺杂的缺陷态TiO₂纳米管阵列(TNT-Ni)上得到金属 Pd含量不同的Pd-TNT-Ni催化剂. 采用场发射扫描电子显微镜(SEM)、 X射线光电子能谱(XPS)、 紫外-可见 漫反射(UV-Vis DRS)、 表面光电压(SPV)、 光致发光光谱(PL)和电化学测试等表征手段, 探究了Pd与Ni掺杂的缺陷态TiO₂纳米管阵列之间的强相互作用对其光吸收特性和载流子分离及传输效率的影响, 阐明了强相互 作用对材料光催化活性的调控机理, 提出了Pd增强Pd-TNT-Ni光催化性能的作用机理. 结果表明, 通过光还 原法制备的Pd纳米颗粒尺寸为10~20 nm的Pd₁₂₀-TNT-Ni样品的光响应值为4.22 mA/cm², 是未负载Pd样品光 响应值(1.14 mA/cm²)的3.7倍, 其具有最佳的平均产氢速率(5.16 mmol·g^?1·h^?1), 是TNT样品平均产氢速率 (0.45 mmol·g^?1·h^?1)的12倍, 表明Pd与缺陷态TiO₂纳米管阵列之间的强相互作用驱动了载流子的分离及传输, 且Pd作为电子捕获势阱及反应活性位点, 显著提高了材料的光催化性能.



中空纤维Au-CeZr/FAU催化膜的制备及在富氢气氛CO选择性氧化反应中的应用

魏李娜, 彭莉, 朱锋, 顾鹏飞, 顾学红

2022, 43(10):  20220175.  doi:10.7503/cjcu20220175

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采用浸渍法制备了一系列不同Ce/Zr掺杂比例的FAU分子筛膜, 并进一步负载纳米金, 制备了Au-CeZr/FAU催化膜. 对催化膜的微观形貌及结构进行了表征, 并对其在富氢气氛中催化CO优先氧化性能进行了研究. H₂-TPR结果表明, Ce/Zr掺杂比为1∶1时制得的催化膜Au-Ce₁Zr₁/FAU具有最好的被还原能力, 更有利于Au的分散与还原; O₂-TPD结果表明, 该样品的氧物种比其它样品上的氧物种活性更高. 更好的被还原性能和更高的氧物种活性使得制备的Au-Ce₁Zr₁/FAU催化膜性能最佳, 在60 ℃时CO转化率与O₂选择性可以同时达到100%, 并且在经过10次热循环测试后仍然可以保持稳定的催化性能.



高效广谱复合光催化抗菌剂Ag-AgVO₃/BiVO₄的设计合成及抗菌机制

邵文惠, 胡欣, 尚静, 林峰, 金黎明, 权春善, 张艳梅, 李军

2022, 43(10):  20220132.  doi:10.7503/cjcu20220132

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合成了一种具有树叶状形貌的Ag-AgVO₃/BiVO₄复合光催化抗菌剂, 并对其晶体结构、 形貌、 组成及光学性质等进行了表征. 研究结果表明, 以3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)的氧化反应为模型, Ag-AgVO₃/BiVO₄表现出优异的光响应类氧化酶活性. 光催化抗菌实验结果表明, Ag-AgVO₃/BiVO₄对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均具有良好的抗菌效果, 4 min内的抗菌效率可以达到99%以上. 采用多种实验方法系统研究了其抗菌机制: 活性物种捕获剂实验和细胞内活性氧荧光标记实验表明, 在可见光照射下, Ag-AgVO₃/BiVO₄所产生的电子与O₂反应生成的·O₂^?起主要作用; Live/Dead细胞的荧光实验、 扫描电子显微镜形貌观察实验以及处理前后细胞内外核酸和蛋白质含量的测定实验结果均证实了·O₂^?可以破坏细胞膜的完整性, 导致细胞内容物的破坏和流出, 从而造成细菌死亡. 另外, Ag-AgVO₃/BiVO₄对包括革兰氏阳性菌、 革兰氏阴性菌和真菌在内的9种致病菌均具有良好的抗菌效果, 说明其具有广谱抗菌性能.



分析化学

溶酶体靶向吲哚氟硼二吡咯光敏剂的合成、 双光子荧光成像及光动力治疗

刘苗, 刘瑞波, 刘巴蒂, 钱鹰

2022, 43(10):  20220326.  doi:10.7503/cjcu20220326

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通过Knoevenagel缩合反应制备了一个具有溶酶体靶向的近红外光敏剂IMBDP-Lys, 用于双光子荧光成像和光动力治疗. IMBDP-Lys由2个吲哚吗啉功能团连接到氟硼二吡咯(BODIPY)母核的3?位和8?位构筑而成, 是一种重原子诱导的光敏剂. 采用高斯09W理论计算光敏剂S₁态和T₂态能量值相差0.12 eV, 可以有效地发生系间窜越. 在二氯甲烷溶液中, 光敏剂IMBDP-Lys的最大吸收波长为631 nm, 最大发射波长为684 nm. 在 660 nm的光照下, 以亚甲基蓝为参比, 单线态氧量子产率经计算为48.3%. 此外, 含有2个吗啉基团的光敏剂IMBDP-Lys具有良好的生物相容性和精准的靶向能力, 可以快速地进入斑马鱼体内进行双光子荧光成像, 并且与溶酶体绿色染料Lyso-Tracker Green共定位系数为0.95. 溴化噻唑蓝四氮唑(MTT)实验结果表明, 光敏剂具有低的暗毒性(≥85%)和高的光毒性(IC₅₀=0.52 μmol/L). 在660 nm的光照下, 利用活性氧荧光探针2’，7’-二氯二氢荧光素二乙酸酯（DCFH-DA）证明光敏剂可以产生活性氧, 同时吖啶橙/溴化乙锭(AO/EB)染色实验和细胞迁移实验表明产生的活性氧不仅能诱导A549细胞凋亡, 还能有效地抑制肿瘤细胞迁移. 因此, 近红外光敏剂IMBDP-Lys在双光子荧光成像和溶酶体靶向的光动力治疗中具有重要的应用价值.



Li-Ga液态金属电池界面反应过程的原位检测

王玮, 邹秉辰, 侯捷, 周万里, 罗建平, 王康丽, 蒋凯

2022, 43(10):  20220261.  doi:10.7503/cjcu20220261

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采用A型扫描超声脉冲反射技术, 对40 ℃ Li-Ga液态金属电池放电过程进行实时原位检测. 通过辨识正极界面超声信号指纹区, 发现正极界面的回波声压随液态金属电池放电容量的增加而增大, 表明放电产物Li₂Ga₇的声阻抗大于液态金属Ga; 当放电产物Li₂Ga₇完全覆盖正极表面时, 正极界面的回波声压较初始状态增大约45%； 归纳了不同放电阶段超声回波声压随放电容量的变化规律, 提供了判断电池状态的依据. 采用全聚焦相控阵超声三维成像技术, 对放电产物Li₂Ga₇在正极界面的形成过程进行可视化分析, 发现放电产物优先在正极界面中心区形成并聚集, 与放电1.4 mA·h的光学成像结果吻合, 揭示了Li-Ga液态金属电池放电过程中正极界面的传质特性. 总结归纳了超声回波信号与电池放电容量间的耦合关系, 建立了定量分析的工作曲线, 发展了一种液态金属电池正极界面过程原位无损检测的新方法.



席夫碱共价有机框架的合成及对I ^‒ 的识别

王迪, 钟克利, 汤立军, 侯淑华, 吕春欣

2022, 43(10):  20220115.  doi:10.7503/cjcu20220115

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设计合成了一种新型共价有机框架类荧光探针TpPa-COOH COF, 该探针在THF/H₂O(体积比1∶1)混合溶液中能够高选择性识别I^?. 向体系中加入I^?后, 溶液由浅红色变为黄色, 317 nm处荧光强度明显降低. 该探针具有良好的选择性, 抗干扰能力强, 检出限为0.028 μmol/L, pH适用范围广(1~13), 具有良好的应用前景.



有机化学

可见光诱导邻烯基甲酰苯胺环化合成2-喹啉酮

张晓斐, 刘佳鑫

2022, 43(10):  20220274.  doi:10.7503/cjcu20220274

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使用廉价易得的邻烯基甲酰苯胺在可见光的诱导下发生自由基环化反应, 以良好至优秀的产率合成了15种2-喹啉酮衍生物. 该方法简单高效、 条件温和、 产率较高, 具有优异的官能团兼容性, 不仅拓展了邻烯基甲酰苯胺参与的新型有机反应, 也为光催化合成喹啉酮类化合物提供了一条新途径.



一种基于二氢吩嗪的三维共价有机框架的合成、 结构与表征

王凯旋, 黎子平, 陈先阳, 崔勇

2022, 43(10):  20220210.  doi:10.7503/cjcu20220210

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二氢吩嗪衍生物由于其独特的氧化还原活性而备受关注. 本文先设计合成了一种含有二氢吩嗪基团的单体5,10-二(4-甲酰基苯基)-5,10-二氢吩嗪(M1), 再采用溶剂热法, 通过亚胺缩合反应制备了一种新型三维共价有机框架(3D COF, 3D-PN-2). 通过粉末X射线衍射(PXRD)、 氮气吸附-脱附、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)和固体碳核磁共振波谱(¹³C CP/MAS NMR)等表征方法, 并结合理论模拟对其结构信息进行了研究, 得出3D-PN-2是具有十一重穿插金刚石(dia)拓扑结构的3D COF. 采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其形貌进行了表征. 稳定性研究结果表明, 3D-PN-2具有较好的热稳定性和化学稳定性. 通过固体紫外-可见漫反射光谱研究了3D-PN-2的光吸收性能, 结果表明, 其在紫外和可见光区具有较宽的吸收范围(吸收边为 630 nm), 且具有较窄的能带间隙(2.11 eV). 通过循环伏安法研究了其氧化还原性能, 并计算得出其最高占有轨道能级(E_HOMO)为-4.50 eV, 最低空轨道能级(E_LUMO)为-2.39 eV.



物理化学

泛Kennard-Stone算法的数据集代表性度量与分块采样策略

武晴滢, 祝震予, 吴剑鸣, 徐昕

2022, 43(10):  20220397.  doi:10.7503/cjcu20220397

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在大数据机器学习时代, 选择更具代表性的数据集对于模型的训练和验证尤为重要. Kennard- Stone(KS)算法及其各种变种(泛KS算法)是一大类优异的数据集分割方法, 但其采样比例或采样数的选择仅能依靠经验或根据建模结果事后评判. KS算法依据原始文献的计算复杂度为\mathrm{O}\left(K^{\mathrm{3}}\right), 难以用于超大数据样本量的计算. 本文基于数据集完备性的讨论, 提出泛KS算法的数据集代表性度量, 以简正振动采样的甲烷分子中碳氢键数据特征分布为例展示采样集代表性效果. 简化KS采样过程的筛选算法, 提高算法效率至\mathrm{O}\text{'}\left(K^{\mathrm{2}}\right). 提出将数据集切分成多个子集分别实施KS采样的分块采样策略, 可进一步提高算法效率至\mathrm{O}″\left(K\right). 偏最小二乘回归测试结果表明， 该方法在提高采样效率的同时仍可保障采样集的代表性.



RDX分子内振动能量重分配的动力学研究

张伶育, 张继龙, 曲泽星

2022, 43(10):  20220393.  doi:10.7503/cjcu20220393

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基于从头算分子动力学(Born-oppenheimer molecular dynamics, BOMD)模拟, 构建了环硝胺六氢-1,3,5-三硝基-1,3,5-三嗪(RDX)单分子不同振动模式之间的耦合矩阵, 并计算了在不同加载能量下从低频振动模式到高频振动模式的最优能量传输路径. 结果表明, RDX单分子中—NNO₂基团更有利于能量局域化, 振动模式v₃和v₄在从低频振动模式到高频振动模式的能量传输过程中扮演着重要角色. 通过对v₃和v₄两个振动模式的进一步分析发现, 加载能量的不同会导致RDX单分子能量传输路径的不同. 当加载能量较低时, RDX单分子倾向于从低频振动模式到中频振动模式再到高频振动模式的能量传输路径; 当加载能量较高时, 能量更倾向于从低频振动模式直接传输到高频振动模式上. 揭示了RDX分子内振动耦合能量转移的微观机制, 为进一步探索RDX将“机械能”转化为“化学能”的微观过程提供了理论基础.



硅表面活性剂增强的双网络耐高温多孔有机硅弹性体

乔政华, 范琪, 郝京诚

2022, 43(10):  20220384.  doi:10.7503/cjcu20220384

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采用聚醚改性三硅氧烷表面活性剂、 丙烯酸酯改性硅油和水3种组分制备了稳定的油包水(W/O)乳液, 经酸碱催化水解、 紫外引发聚合和干燥除水过程得到了双网络多孔有机硅弹性体. 扫描电子显微镜(SEM)分析结果表明, 所制备的有机硅弹性体具有丰富的孔径结构分布. 压缩强度测试结果表明, 弹性体具备良好的耐压缩性能, 45%压缩应变下循环50次, 仍具备良好的回弹性能. 有机硅弹性体具有优异的耐高温性能, 分解温度为370 ℃, 高于绝大多数多孔有机硅弹性体材料的分解温度. 丙烯酸酯改性硅油的制备工艺成熟、 廉价易得, 显著降低了多孔有机硅弹性体的生产成本, 为规模性开发有机硅材料提供了新的思路和应用前景.



多孔碳基复合膜的真空冷冻干燥制备及高效太阳能水蒸发性能

许晓坚, 李博, 林猛枭, 詹硕

2022, 43(10):  20220361.  doi:10.7503/cjcu20220361

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以多壁碳纳米管(CNTs)和聚偏氟乙烯(PVDF)为原料, 通过相转化法形成均匀共混的胶体, 利用真空冷冻干燥(冻干)技术使胶体固化, 并在真空状态下使部分溶剂挥发， 制备了具有多孔结构的CNTs/PVDF复合膜. 实验结果表明, 冻干CNTs/PVDF复合膜具有优异的光吸收能力、 极佳的表面亲水性能. 在1 kW/m²光照强度下, 其水蒸发速率可达1.95 kg·m^-2·h^-1、 光热转化效率为92.9%. 搭载了冻干CNTs/PVDF复合膜的蒸发器在处理模拟海水和染料废水时, 均表现出良好的抗盐污染性、 显著的稳定性和优异的太阳能蒸发性能.



5-巯基-1, 3, 4-噻二唑-2-硫酮微溶剂团簇的光谱和理论计算研究

王园月, 安梭梭, 郑旭明, 赵彦英

2022, 43(10):  20220354.  doi:10.7503/cjcu20220354

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微溶剂作用(即溶剂化过程)广泛存在于所有物理、 化学和生命过程中. 在液相化学反应体系中, 几乎是一切化学反应的基础. 通过傅里叶变换拉曼光谱(FT-Raman)并结合密度泛函理论(DFT), 表征了固态5-巯基- 1, 3, 4-噻二唑-2-硫酮(MTT)的结构, 并进一步确认了MTT在乙腈、 甲醇和水中微溶剂团簇的大小和氢键位点. 通过探究MTT在不同溶剂及pH条件下的紫外-可见吸收光谱(UV-Vis), 结合含时密度泛函理论(TD-DFT)计算, 揭示了溶剂和pH对MTT电子跃迁带的影响, 进一步解释了其光谱位移. 结合能量计算可以得出, MTT分别与1个乙腈、 2个甲醇和2个水分子形成MTT(CH₃CN), MTT(CH₃OH)₂ 和MTT(H₂O)₂团簇.



N-CNTs/NiCo-LDH复合材料的制备及电化学性能

侯从聪, 王惠颖, 李婷婷, 张志明, 常春蕊, 安立宝

2022, 43(10):  20220351.  doi:10.7503/cjcu20220351

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通过高温碳化聚吡咯纳米管制备了氮掺杂碳纳米管(N-CNTs), 并采用共沉淀法将镍钴层状双氢氧化物(NiCo-LDH)原位生长在N-CNTs上, 制备出具有三维互联网状结构的N-CNTs/NiCo-LDH复合材料. 研究了镍钴摩尔比对N-CNTs/NiCo-LDH复合材料形貌结构和电化学性能的影响. 结果表明, 当镍钴摩尔比为1∶2时, N-CNTs/Ni₁Co₂-LDH具有最佳的电化学性能. 在1 A/g电流密度下, 其比电容可达1311.8 F/g; 当电流密度为 10 A/g时, 电容保持率高达88.3%, 展现出优异的倍率性; 在经过2500次循环后, 电容保持率仍可达76.4%, 具有良好的循环稳定性.由N-CNTs/Ni₁Co₂-LDH与活性炭(AC)电极所构建的N-CNTs/Ni₁Co₂-LDH//AC水系混合型超级电容器, 在750 W/kg功率密度下, 具有27.19 W·h/kg的高能量密度.



·OH自由基引发CH₃SSC{\mathbf{H}}_{\mathrm{3}}^{•}⁺自由基裂解反应机理的理论研究

程媛媛, 郗碧莹

2022, 43(10):  20220271.  doi:10.7503/cjcu20220271

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采用UωB97X-D/6-311+G^**方法, 研究了气相、 甲苯和水中OH自由基(·OH)引发CH₃SSCH₃自由基阳离子(CH₃SSC{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}^{?}⁺, DMDS^?+)裂解的反应机理, 并讨论了溶剂效应对反应的影响. 结果表明, ·OH和DMDS^·+首先形成自由基耦合产物CH₃S(OH)SCH₃⁺(R1)和氢提取产物复合物[CH₂=SSCH₃+H₂O]⁺(R2); 随后R1裂解直接发生 S—S键断裂协同质子转移, 而R2裂解依次发生构象变化、 C=S键亲碳加成和S—S键断裂协同质子转移. 去质子化的裂解产物为CH₃SOH, CH₂=S和HSCH₂OH. 甲苯略微降低了裂解反应速控步骤的自由能垒. 水溶剂有利于R1裂解, 但不利于R2裂解, 尤其是单个水分子参与反应. 在气相、 甲苯和水中, 以·OH和DMDS^·+为初始反应物, 虽然速控步骤的自由能垒为167.6~202.8 kJ/mol, 但裂解反应均是放热反应(?154.3~?31.4 kJ/mol).



纳米铜修饰三维锌网电极的制备及锌离子电池负极的电化学性能

姜宝正, 黄文婷, 刘文宝, 郭荣胜, 徐成俊, 康飞宇

2022, 43(10):  20220257.  doi:10.7503/cjcu20220257

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设计构建了纳米铜修饰的三维锌网电极(Nano Cu@3D Zn Mesh, 简称3D Cu-Zn电极), 并将其作为锌沉积的宿主材料用作锌离子电池的负极, 获得了稳定的、 具有长循环寿命的锌负极材料. 3D Cu-Zn电极的三维(3D)锌网骨架和表面均匀分布的3D树枝状纳米铜可以降低局部电流密度, 并为锌的沉积提供结构支撑和容纳空间. 锌网表面具有的较强锌结合能力的铜和后续原位形成的铜锌合金, 可以有效降低锌形核的过电势, 并作为均匀分布的形核位点引导锌的均匀成核和沉积. 这种3D Cu-Zn电极宿主材料表现出较低的形核过电势和界面阻抗, 并在对称电池中表现出优异的循环稳定性, 在0.5 mA/cm²的电流密度下可以稳定循环超过1100 h. 3D Cu-Zn电极与MnO₂组装的全电池表现出更小的极化、 良好的倍率性能和循环性能.



电子能量对沿面介质阻挡放电等离子体化学产物的影响

刘坤, 左杰, 李华, 项红甫, 冉从福, 杨明昊, 耿文强

2022, 43(10):  20220249.  doi:10.7503/cjcu20220249

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基于光电倍增管研制了一套无触发信号的双通道光学探测系统, 并组装了测试样机, 实现了对沿面介质阻挡放电(SDBD)等离子体约化电场的测量, 进而通过BOLSIG+软件获得了电子能量. 采用原位紫外吸收光谱和傅里叶变换红外光谱, 研究了SDBD等离子体在不同电压和频率下的化学产物的浓度变化, 并结合空气等离子体化学反应揭示了产物相互作用的微观机理. 结果表明, 电子能量能够改变电子碰撞反应的速率系数, 调控化学反应的源头活性粒子的浓度, 进而影响到化学产物的生成和猝灭.



等离激元共振光转热增强负载纳米金对丁二烯选择性加氢的催化性能

李学宇, 王朝, 陈雅, 李可可, 李建全, 金顺敬, 陈丽华, 苏宝连

2022, 43(10):  20220174.  doi:10.7503/cjcu20220174

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采用阳离子吸附法制备了氧化石墨烯负载纳米金(Au)催化剂(Au/GO)， 通过调变Au的负载量(质量分数0.2%~2%)， 实现了Au在10~21 nm粒径的可控制备. 室温下热红外测试显示0.2 W/cm²光照条件下， 随着金属负载量和粒径的增加， Au/GO光热温度可升高至110 ℃， 且光热转换效率高达88%. 研究发现， 以丁二烯的选择性催化加氢作为探针反应， 在0.2 W/cm²光照条件下， 丁二烯的转化率随Au负载量的增加先升高后降低， 丁烯选择性在90%以上； 当金负载量为0.5%(颗粒尺寸约15 nm)， 光热转换温度为100 ℃时， 样品表现出较高的丁二烯转化率(99%)和丁烯选择性(90%)， 且催化剂经过144 h稳定性测试无失活趋势. 与同等条件下的热催化反应相比， 光-热驱动的Au/GO的催化活性提高了5倍. 原位X射线光电子能谱测试分析表明， Au/GO催化性能的提升主要来源于等离子体光转热过程中激发纳米金表面产生了大量的Au ^δ+活性位点.



多级孔芳香骨架材料的合成及固载硫脲催化剂的研究

孙金时, 陈鹏, 景丽萍, 孙福兴, 刘佳

2022, 43(10):  20220171.  doi:10.7503/cjcu20220171

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合成了一种多级孔芳香骨架材料(PAF-70); 使用由氨基修饰过的单体, 应用该合成策略得到了同样具有窄分布介孔的含有氨基活性位点的PAF材料, 并通过硫脲单体与其氨基活性位点的反应, 将硫脲基团引入PAF-70材料中, 获得了含有硫脲催化位点的材料(PAF-70-thiourea). 氮气吸附-脱附测试结果显示, PAF-70存在孔径分布较窄的介孔, 介孔孔径为3.8 nm, 与模拟计算值(约3.7 nm)吻合. 热重分析结果表明, PAF-70具有很高的热稳定性. PAF-70在大多数溶剂中可以稳定存在, 具有良好的化学稳定性. 将PAF-70-thiourea作为催化剂, 应用在N-溴代琥珀酰亚胺(NBS)氧化醇类的反应中, 其表现出较高的催化活性、 较高的稳定性和广泛的底物适用性. 与含有相同硫脲催化位点的金属有机框架(MOF)材料(IRMOF-3-thiourea)作为催化剂对比, 进一步证实PAFs材料非常适合作为催化有机反应的固载平台.



高分子化学

铝纳米粒子表面引发聚合制备核壳纳米结构

陶幸福, 韩成龙, 杨扬, 刘堃

2022, 43(10):  20220367.  doi:10.7503/cjcu20220367

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利用硅烷偶联剂引发法制备核壳结构金属铝纳米粒子(Al NPs)@聚合物, 并研究了聚合反应时间和单体浓度对核壳结构尺寸的影响. 首先合成了硅烷偶联引发剂{2-溴-2-甲基-[3-(三甲氧基硅基)丙基]丙酰胺}, 并通过在甲苯中回流的方法, 将其锚定在金属铝纳米粒子表面. 然后, 在粒子表面引发甲基丙烯酸甲酯的原子转移自由基聚合, 形成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)壳层. 通过核磁共振波谱仪(NMR)和傅里叶变换红外光谱仪 (FTIR)证明了引发剂和PMMA的成功接枝. 透射电子显微镜(TEM)图像表明, PMMA改性后的金属铝纳米粒子的尺寸和形貌基本不变, 且被厚度约为15 nm聚合物壳层完整均匀地包覆. 此外, 利用动态光散射(DLS)进一步揭示了聚合时间和单体浓度对核壳结构水合直径(D_h)的影响, 发现延长聚合时间或增加单体浓度均可显著提高核壳结构尺寸.



硅烷类外给电子体对丙烯-丁烯序贯聚合的调控作用

周成思, 赵远进, 韩美晨, 杨霞, 刘晨光, 贺爱华

2022, 43(10):  20220290.  doi:10.7503/cjcu20220290

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外给电子体(ED)作为负载型Ziegler-Natta催化剂的一个重要组分, 在影响α-烯烃的催化活性及聚合物的立构规整性方面发挥着重要作用. 本文研究了4种不同结构及电子密度的硅烷类外给电子体[二甲基二甲氧基硅烷(D1)、 二丁基二甲氧基硅烷(D2)、 二苯基二甲氧基硅烷(D3)及二环戊基二甲氧基硅烷(D4)]对丙烯均聚及丙烯(一段)-丁烯(二段)序贯聚合的影响. 结果表明, ED对烯烃聚合的催化活性、 活性中心数及活性中心定向能力都具有显著的影响. 密度泛函理论(DFT)模拟计算表明, 随着ED的空间位阻和电子密度增加, ED在MgCl₂表面的吸附能降低, 吸附稳定性降低; ED的空间位阻和电子密度增加有利于提高丙烯聚合活性中心的定向能力, 当n(D4)/n(Ti)=20时, 合成的聚丙烯(PP)中的等规聚丙烯(iPP)组分含量达到92.8%. 当n(ED)/n(Ti)=15时, 丙烯聚合的聚合速率常数达到最大值; 具有更大空间位阻和电子密度的ED使得丙烯-丁烯序贯聚合的活性中心具有更强的定向能力, ED对丁烯(二段)聚合活性及聚丙烯/聚丁烯合金（PBA）中等规聚丁烯(iPB)组分的熔点影响更显著.



离散型立构规整性碳酸环己烯酯寡聚物的合成与表征

孙星宇, 罗婧, 王霞弟, 朱晴, 周辉, 吕小兵

2022, 43(10):  20220204.  doi:10.7503/cjcu20220204

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以手性1,2-环己二醇为原料, 选择正交保护基团和酰化试剂, 通过迭代偶合法合成了聚合度从2到12的碳酸环己烯酯的离散型全同和间同寡聚物. 利用核磁共振波谱和高分辨质谱精确表征了其微结构, 通过比对聚碳酸环己烯酯的核磁共振碳谱中羰基碳区域各个峰的积分面积可以定量计算其立构规整度.



聚乙烯醇载银海绵的制备及界面光热驱动水蒸发性能

杨兆华, 成鸿静, 杨弋, 刘辉, 杜飞鹏, 张云飞

2022, 43(10):  20220181.  doi:10.7503/cjcu20220181

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利用光热材料的太阳能水蒸发技术是一种绿色、 环保地解决淡水资源短缺的重要技术, 但光热材料的制备成本、 蒸发效率和热损失等因素限制了其推广应用. 本文采用一锅法制备了聚乙烯醇载银海绵(AgNPs/PVA)太阳能界面蒸发器, 并研究了AgNPs含量对AgNPs/PVA在太阳能驱动水蒸发过程中光热性能的影响. 研究结果表明, 当AgNPs的质量为PVA的10%时, 制备的AgNPs/PVA在1 kW/m ²的太阳光强度下具有最优的蒸发速率, 水蒸发速率可达1.62 kg?m ^?2?h ^?1, 为纯水(0.42 kg?m ^?2?h ^?1)的3.9倍. 本文制备的AgNPs/PVA具有制备工艺简单、 亲水性能优良和蒸发性能良好的特点, 在太阳能驱动水蒸发领域具有较大的应用前景.



UV/Vis-LED激发的香豆素吡啶鎓盐光引发剂的合成及性能

李伦, 张静妍, 罗静, 刘仁, 朱乙

2022, 43(10):  20220178.  doi:10.7503/cjcu20220178

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设计合成了3种基于香豆素骨架的紫外-可见发光二极管(UV/Vis-LED)可激发的新型吡啶鎓盐光引发剂, 并研究了这3种香豆素吡啶鎓盐的构效关系及其作为单组分自由基光引发剂在丙烯酸酯体系中的光引发活性. 紫外-可见吸收光谱分析表明, 这3种香豆素吡啶鎓盐在300~400 nm区域有较强吸收. 在LED@365 nm和LED@405 nm光源辐照下, 研究了3种光引发剂的稳态光解和光聚合动力学. 研究表明, 这3种香豆素吡啶鎓盐光引发剂在相应光辐照下都具有较好的光解速率. 此外, 3种光引发剂对丙烯酸酯都具有较好的引发活性. 构效关系研究表明, 吡啶环4号位引入推电子的甲氧基会使其引发丙烯酸酯单体聚合的活性降低; 而引入吸电子的乙酰基会使其引发丙烯酸酯单体聚合的活性增加. 差示扫描量热(DSC)实验表明, 此类吡啶鎓盐光引发剂具有较好的热稳定性. 当3种光引发剂与丙烯酸单体混合时可提升体系的热稳定性; 通过电子自旋共振(ESR)证明了活性物种的产生, 并对该类引发剂的引发机理进行了探讨.



链段刚性对非溶剂致相分离成膜过程影响的耗散粒子动力学模拟

唐元晖, 李春玉, 林亚凯, 张春晖, 刘泽, 余立新, 王海辉, 王晓琳

2022, 43(10):  20220169.  doi:10.7503/cjcu20220169

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通过分子动力学(MD)模拟映射方法构建了符合聚醚砜(PES)刚性结构的耗散粒子动力学(DPD)简谐力场, 并研究了PES链段刚性对PES/N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)/水体系非溶剂致相分离(NIPS)过程的影响. 结果表明, 由于非溶剂和溶剂在两相界面上发生的质量交换, 导致在相界面处PES链段发生堆积, 形成了薄而致密的聚合物表层, 在PES溶液内部, 由于非溶剂的侵入导致体系发生了旋节相分离, 从而在整体上得到了明显的非对称结构; 同时, PES链段刚性的提升能够明显加快体系的相分离速度, 导致相界面处的PES薄层形成得更加快速, 薄层更加致密、 孔径更小, 而对内部的疏松结构影响较小; 此外, 结合不同力场下聚合物浓度对相分离过程的影响可以发现, 不同PES浓度下, 链段刚性的提升对相分离过程的特征和演变趋势没有造成根本性的影响, 与经典的弹簧力场的模拟结果在整体趋势上有相似性. 研究结果表明, 简谐力场能提升PES链段的刚性, 从而能更真实地模拟实际体系的非溶剂相分离法成膜过程.