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2023年 第44卷 第2期    刊出日期：2023-02-10

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高等学校化学学报2023年第44卷第2期封面和目次

2023, 44(2):  1-6. 

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综合评述

纤维素纳米晶的空间受限自组装: 从胶体液晶到功能材料

段一雄, 杨柏, 李云峰

2023, 44(2):  20220474.  doi:10.7503/cjcu20220474

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作为最有前途的生物衍生材料之一, 纤维素纳米晶体(CNCs)具有来源广泛、 生物相容性好和可形成光子结构等优点, 在能源、 生物医学和光子材料领域具有重要的应用价值. 本文总结了CNCs的制备、 CNCs形成的胆甾型胶体液晶及CNCs衍生的光子材料的研究进展， 重点评述了CNCs在液滴和毛细管中的自组装和基于CNCs空间受限组装的功能材料研究进展， 并讨论了空间受限CNCs自组装研究面临的挑战和未来的发展方向.



研究论文: 无机化学

铝纳米粉末活化树突状细胞的作用

朱歌, 李知涵, 刘堃, 孙天盟

2023, 44(2):  20220602.  doi:10.7503/cjcu20220602

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采用电爆炸法制备金属铝纳米粉末(ALEX), 验证了其免疫增强效应及肿瘤预防效果. 首先, 利用铝金属丝电爆炸法, 并应用羧基端基聚合物配体反应的方法合成了分散性良好的ALEX. 利用静电物理吸附将抗原卵清蛋白(OVA)、 抗原多肽(Peptide)接枝于ALEX表面, 傅里叶变换红外光谱检测证明抗原与ALEX成功覆合. 其次, 验证了ALEX增强特异性免疫反应的效果. 通过体外实验证明, ALEX可提高树突状细胞(DCs)的抗原提呈效果; 同时, 对免疫后小鼠血清抗体进行了定量检测, 结果表明ALEX可显著提高小鼠体内抗原特异性抗体的水平. 最后, 利用小鼠黑色素瘤模型, 验证了含有ALEX的肿瘤疫苗能够有效预防肿瘤的发生.



分析化学

框架核酸高通量检测芯片

宋璐, 张舒阳, 王丽华, 左小磊, 李敏

2023, 44(2):  20220563.  doi:10.7503/cjcu20220563

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构建了一种基于框架核酸的高通量生物检测芯片. 利用超微量移液自动化平台, 将包含框架核酸探针的液滴按照预设命令固定至生物芯片微阵列上, 在探针捕获核酸靶标后利用集成的基因芯片扫描仪对芯片进行成像, 通过分析荧光强度定量化分析靶标浓度. 结果表明, 此框架核酸芯片能够实现框架核酸探针的高通量制备, 24 h即可制备具有15万个点的微阵列, 且点间距离的相对偏差W≤10%、 荧光强度的变异系数CV=3.30%, 具有较高的稳定性, 远高于国家标准. 此外, 该芯片具备高灵敏度、 可寻址的高通量生物分析能力, 对核酸靶标的检测限可达100 pmol/L. 随着多种探针技术的发展, 生物检测微阵列技术在高通量生物分析领域展示出巨大的潜力.



共轭尺寸和表面氧化协同触发的红色荧光碳点用于有机溶剂中痕量水的检测

符芳媚, 徐梦如, 梁梓珊, 黄斯锐, 李晖, 张浩然, 李唯, 郑明涛, 雷炳富

2023, 44(2):  20220464.  doi:10.7503/cjcu20220464

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以邻苯二胺和盐酸多巴胺为前体, 利用磷酸调节反应体系的pH值(pH=7, 3, 1), 制备了荧光逐渐红移的碳点(CDs）： CDs-7(绿光)、 CDs-3(橙光)和CDs-1(红光). 通过透射电子显微镜(TEM)、 拉曼光谱(Raman)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 X射线电子能谱(XPS)、 紫外-可见吸收光谱和荧光衰减曲线分析表明, 反应体系pH值的减小促进了前体碳化交联, 导致sp²共轭域尺寸和石墨化程度增加, 从而使CDs的荧光红移. 另外, 酸性环境有利于使CDs表面氧化形成羧基, 促进CDs荧光红移的同时改善了量子效率(QY). 利用CDs-1量子产率高(14.8%)和发光的溶剂依赖特性, 将其作为荧光探针分别检测了乙醇(EtOH)、 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和1,4-二氧六环(DIO)中的痕量水, 检出限分别为0.86%, 0.123%和0.023%， 表明CDs-1在痕量水的检测方面具有应用潜力.



有机化学

空间接近二酰胺的多米诺类型反应及其在有机合成中的应用

张佳玲, 吴源源, 张曼, 陶正煜, 田勇攀, 张千峰, 童碧海, 何谷峰, 孔辉

2023, 44(2):  20220597.  doi:10.7503/cjcu20220597

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发现了空间接近的双温勒伯(Weinreb)酰胺与格氏试剂在温和条件下的单取代反应, 该反应普适性强、 操作简便且产率高, 反应存在动力学控制和热力学控制2种产物. 机理分析表明, 该反应发生了分子内亲核取代反应, 并生成了稳定的单取代中间体, 从而避免了双取代反应的发生. 通过该反应制备了一系列4-取代酞嗪酮类化合物, 合成了基于酞嗪基团的纯红光三环金属化铱(Ⅲ)配合物, 采用该配合物制备的有机电致发光器件表现出高效率[最大外部量子效率(EQE_max)=10.3%]和低浓度猝灭性能.



钯催化炔丙醇与叔丁基异腈选择性合成吡咯并呋喃衍生物和氨基甲酸酯

林俊旭, 习志威, 李志平, 王迎春

2023, 44(2):  20220473.  doi:10.7503/cjcu20220473

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报道了钯催化下炔丙醇与叔丁基异腈反应高选择性合成吡咯并呋喃衍生物和氨基甲酸酯的新方法. 在10%(摩尔分数)Pd(OAc)₂与110%(摩尔分数)LiBr存在下, 一分子炔丙醇与三分子叔丁基异腈在水的参与下发生“有序的”异腈三重插入反应, 以56%~73%的产率高选择性地生成了吡咯并呋喃衍生物; 而在10%(摩尔分数)Pd(PPh₃)₄和110%(摩尔分数)K₃PO₄存在下, 一分子炔丙醇与一分子叔丁基异腈在空气中氧气的参与下发生简单氧化偶联反应, 以51%~74%的产率生成了氨基甲酸酯. 该方法仅通过简单改变钯催化剂与盐的种类就能得到不同产物, 且反应选择性高, 分别为吡咯并呋喃亚胺衍生物和氨基甲酸酯提供了有吸引力的合成途径.



物理化学

锂硫电池中硒缺陷WSe₂催化性能的理论研究

胡平澳, 张琪, 张会茹

2023, 44(2):  20220595.  doi:10.7503/cjcu20220595

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二硒化钨具有优异导电性、 高比表面积和大间距层状结构等特点, 能作为催化材料有效提升锂硫电池的性能; 然而少量的边缘活性位点阻碍了其催化活性的进一步提升. 通过引入原子空位制造表面缺陷, 可使其暴露更多的表面活性位点, 提高催化活性. 本文通过第一性原理计算考察了不同Se空位缺陷浓度(3.125%, 6.25%, 9.375%和12.5%)WSe₂表面的多硫化物吸附能力、 锂离子迁移能力和多硫化物转化能力, 探究了缺陷改性硒化钨在锂硫电池中的应用潜力. 结果表明, 6.25%中等空位缺陷浓度的WSe₂表面具有适中的多硫化物吸附能力、 快速的锂离子迁移和对于充电放电过程的同步促进作用, 是最优势的表面; 3.125%的低空位缺陷WSe₂表面对于多硫化物吸附、 锂离子迁移和充放电过程均不利; 9.375%和12.5%的高空位缺陷WSe₂表面虽然有利于锂离子迁移, 但是对于短链多硫化物的吸附能力过强， 同时不利于放电过程.



新型卟啉基多孔有机聚合物COP-180负载钯催化剂的制备及应用

何建云, 蒋云波, 张爱敏, 唐振艳, 李鸿鹏

2023, 44(2):  20220535.  doi:10.7503/cjcu20220535

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以对硝基苯甲醛、 乙酸酐和吡咯为原料, 丙酸为溶剂, 经缩合反应制得5,10,15,20-四(4-硝基苯基)- 21H,23H卟啉(TNPPH₂), 并以TNPPH₂和对苯二胺为原料, N,N'-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂, 合成了卟啉基多孔有机聚合物COP-180; 进一步以COP-180为载体, 氯钯酸为前驱体, 不使用还原剂, 采用浸渍法制备了催化剂Pd@COP-180. 利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 示差扫描量热法-热重分析(DSC-TG)、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线光电子能谱(XPS)和N₂吸脱附实验对载体和催化剂的结构进行了表征; 分别以Suzuki-Miyaura偶联反应和对硝基苯酚（4-NP）加氢还原反应为模型反应对催化性能进行了测试. 结果表明, 当催化剂用量为0.5%(摩尔分数), 以碘苯与苯硼酸为底物, 80 ℃下的Suzuki偶联反应中表现出高效性, 且在催化剂使用10次后, 仍有较高的收率; 当催化剂用量为0.01%(摩尔分数)时, 转化频率(TOF)接近10000 h^‒1; 而在室温下, 使用8.00 μg催化剂可于10 min内将20.46 μg 4-NP完全还原, 标准化活性参数(k_n)为894.60 s^‒1·g^‒1Pd.



介孔二氧化硅负载高分散钒催化剂的制备及乙烷选择氧化性能

宋佳欣, 崔静, 范晓强, 孔莲, 肖霞, 解则安, 赵震

2023, 44(2):  20220532.  doi:10.7503/cjcu20220532

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以高比表面积的介孔二氧化硅为载体, 采用等体积浸渍法制备了一系列介孔二氧化硅负载钒催化剂, 并探究了其乙烷选择氧化反应性能. 利用X射线衍射(XRD)、 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和氢气程序升温还原(H₂-TPR)等方法对催化剂的物化性质进行了表征, 研究了钒负载量对催化剂结构特征的影响. 结果表明，随着钒负载量的增加, 钒物种在催化剂表面的存在形式由高分散低聚的VO _x 转变为高聚的VO _x, 其中高分散钒物种有利于提高目标产物乙烯和乙醛的选择性.



电吸附除氯过程的电化学阻抗谱及动力学研究

孙竹梅, 傅杰, 李鑫, 王海芳, 卢静, 童天星, 朱明飞, 舒余德, 王云燕

2023, 44(2):  20220528.  doi:10.7503/cjcu20220528

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借助三电极体系, 基于电化学交流阻抗谱图, 提出了一种对已吸附Cl^-的活性炭再次吸附一个Cl^-弛豫 时间的测定方法, 根据弛豫时间确定速率控制步骤. 研究了阳极电势、 预处理时间和预处理浓度对电化学 过程的影响, 基于得到的电化学交流阻抗谱图上的参数, 求出不同条件下电吸附Cl^-的弛豫时间及覆盖度. 结果表明, 不同条件下得到的复数平面图均由一个容抗弧和一个感抗弧构成, 分别代表Cl^-在阳极上发生电荷转移的过程和Cl^-在活性炭电极上的吸附过程. 增加阳极极化可有效缩短弛豫时间, 阳极极化时, 弛豫时间为2.0×10^-5 s; 增加预处理时间, 弛豫时间逐渐增加, 预处理时间为180 min时, 弛豫时间增加到4.9×10^-5 s; 预处理浓度对弛豫时间的影响可忽略. 弛豫时间分析结果表明， Cl^-吸附速率比扩散速率小, 吸附是电吸附过程的速率控制步骤. 电极表面的覆盖度较低, 仅有10^-4数量级.



Cu-NIC-TMED富集黄芩中黄芩苷的规律及机理

郭文娟, 张颖, 于洁, 代昭, 侯伟钊

2023, 44(2):  20220511.  doi:10.7503/cjcu20220511

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以烟酸(NIC)为配体制备了金属-有机骨架材料(MOFs)铜-烟酸-四甲基乙二胺配位聚合物(Cu-NIC-TMED), 并将其用于黄芩中黄芩苷的吸附、 分离和纯化, 建立了一种无毒无害、 环境友好、 流程简化且效率较高的提取方法. 采用溶剂热法合成Cu-NIC-TMED, 然后对其进行结构表征, 以实现适当的配位及准确合成. 研究了Cu-NIC-TMED吸附黄芩苷的规律和机理: 该吸附符合准二级动力学方程, 平衡吸附数据符合Langmuir吸附等温模型. 同时, 通过对响应面(RSM)进行优化得到最佳吸附参数. 在最佳吸附参数条件下, Cu-NIC-TMED对黄芩中黄芩苷的吸附率高达84.08%, 且对黄芩中其它成分的吸附效果微乎其微. 使用pH=6.8的磷酸盐缓冲溶液（PBS）作为解吸溶液, Cu-NIC-TMED解吸黄芩苷的解吸率为41.24%, 黄芩苷的纯度由吸附前的21.55%提高到解吸后的75.77%, Cu-NIC-TMED在吸附前后具有良好的稳定性, 回收率达到78.64%. 因此, Cu-NIC-TMED在黄芩苷的吸附纯化中具有应用价值.



介质阻挡放电等离子制备5Ni-5La/SiO₂催化剂及其甲烷干重整反应催化性能

王雅芝, 贾显枝, 张宏港, 刘璐, 赵彬然

2023, 44(2):  20220503.  doi:10.7503/cjcu20220503

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利用介质阻挡放电等离子体法制备了5Ni-5La/SiO₂催化剂, 并用于甲烷干重整反应. 在常压, 700 ℃, 空速为4.8×10⁴ mL·g^‒1·h^‒1时, 等离子体法所制催化剂催化甲烷干重整反应的CH₄和CO₂的转化率分别为81.2%和88.4%, 且在30 h内保持稳定; 而传统催化剂的CH₄和CO₂初始转化率分别为81%和88.4%, 30 h后下降到58.8%和68.6%. 研究结果表明, 介质阻挡放电等离子体法制备的催化剂具有更高的分散性和更强的金属与La₂O₃的相互作用. 等离子体处理增加了Ni周围的电子密度, 增强了CO₂在催化剂表面的吸附能力和活化能力, 促进了HCOO^‒中间体的生成, 有利于反应正向进行.



天然产物法卡林二醇与人类GABA_A受体相互作用的机制

沈琦, 陈海瑶, 高登辉, 赵熹, 那日松, 刘佳, 黄旭日

2023, 44(2):  20220500.  doi:10.7503/cjcu20220500

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通过分子动力学模拟、 伞形采样模拟、 结合自由能计算和分子对接等方法, 研究了法卡林二醇在γ-氨基丁酸A型(GABA_A)受体上结合作用的模式和对GABA_A受体动态属性的影响, 确定了3个有效结合位点均对此受体产生拮抗作用, 为后续研究聚乙炔醇类化合物对GABA_A受体作用及相应药物开发提供了理论依据.



纤维素纳米晶模板法制备多级孔炭材料及其电化学性能

王鹏飞, 富文豪, 孙少妮, 曹学飞, 袁同琦

2023, 44(2):  20220497.  doi:10.7503/cjcu20220497

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以纤维素纳米晶(CNC)为模板, 酚醛树脂为碳源, KOH为活化剂, 通过高温碳化制备了多级孔炭材料. 采用透射电子显微镜(TEM)、 扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)等手段对合成的一系列炭材料进行了表征. 结果表明, 前驱体中CNC的降解会形成与CNC直径相当的介孔, KOH活化则会导致炭材料产生大量的微孔和大孔, 以及部分4 nm左右较小尺度的介孔, 所制备炭材料呈现明显的多级孔特性, 其比表面积达554.7 m ²/g, 总孔体积为0.323 cm ³/g. 以CNC为模板, KOH活化的炭材料作为电极材料时, 在1.0 A/g电流密度下其比电容达202.8 F/g, 当电流密度升高至40.0 A/g时, 其电容保持率仍达69%, 表明该炭材料具有优异的倍率性能； 由该电极材料组装的超级电容器在10000次充放电循环后, 电容保持率达 95%以上, 具有良好的循环稳定性.



Pd催化糠醛加氢反应中溶剂依赖效应的理论计算

邓园, 王思, 丰海松, 张欣

2023, 44(2):  20220486.  doi:10.7503/cjcu20220486

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糠醛催化加氢反应工艺主要分为气相、 液相以及催化转移加氢等. 相比于糠醛气相加氢, 液相加氢为反应提供了更多的可持续性和自由度, 但其中溶剂依赖现象对糠醛定向催化转化的影响机制尚不清晰. 针对上述问题, 本文选用3种溶剂(甲醇、 水和环己烷)为研究对象, 采用密度泛函方法, 从理论计算角度探究了Pd催化糠醛加氢反应中溶剂效应对反应活性和选择性的重要作用. 结果表明, 在糠醛加氢反应过程中, 溶剂一方面能够形成氢键网络促进质子穿梭, 另一方面能够稳定反应物、 中间体以及生成物, 有效降低C=O加氢的能垒. 自由能计算结果表明, 在液态水、 甲醇和环己烷中, 随着溶剂极性的降低(水>甲醇>环己烷), 第一步C=O氢化的能垒逐渐降低(0.70 eV>0.68 eV>0.44 eV). 在水和甲醇介导的糠醛加氢反应过程中, 第一步C=O加氢的反应势垒进一步降低为0.47和0.41 eV. 差分电荷密度以及Bader电荷分析表明, 反应过程中存在糠醛和Pd催化剂之间的电荷转移. 分波态密度(PDOS)分析表明, 溶剂的加入使d带中心向靠近费米能级的方向移动, 表明Pd催化剂的催化活性得到提高.



制备高活性纳米零价铁的甘露醇改性机理

贺玉婷, 牛慧斌, 张兆年, 张静, 付桂荣, 陈春城, 黄应平, 方艳芬

2023, 44(2):  20220470.  doi:10.7503/cjcu20220470

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纳米零价铁(Nano zero-valent iron, nZVI)被广泛应用于水污染治理, 高纯度且分散性良好的nZVI的制备方法一直是研究热点. 本文采用含不同羟基数目的醇(乙醇、 乙二醇、 赤藓糖醇、 甘露醇和山梨醇)作为改性剂, 分别制备得到nZVI-EA, nZVI-EG, nZVI-ER, nZVI-M和nZVI-S样品. 将上述样品应用于水中微囊藻毒素(Microcystin-LR, MC-LR)的还原去除. 结果表明, 随着改性剂羟基数目的增多, 改性nZVI的抗氧化能力和分散性增强, 对MC-LR的降解反应速率也随之提高. nZVI-M去除MC-LR的表面积校正特征速率常数(79.35×10^-5 L·m^‒2·min^‒1)是nZVI-S(8.55×10^-5 L·m^‒2·min^‒1)的9.3倍, 是未改性样品nZVI₀(1.30×10^-5 L·m^‒2·min^‒1)的61.0倍. 通过X射线衍射(XRD)、 能谱分析(EDS)和重铬酸钾滴定法等表征发现, 这可能是由于nZVI-M的Fe⁰纯度最高(总铁含量为83.5%). 用光学显微镜观察nZVI-M的制备过程发现, Fe⁰表面有透明棒状的甘露醇晶体簇形成, 提高了nZVI的抗氧化能力和在水中的分散性, 实现了对MC-LR的高效降解. 与山梨醇的羟基呈“两极”分布不同, 甘露醇羟基呈“锯齿状”分布， 且其O_2p 轨道易发生电子离域, 能与Fe³⁺形成强配位.



CoO纳米颗粒/石墨烯纳米纤维复合材料的制备及电化学性能

胡诗颖, 沈佳艳, 韩峻山, 郝婷婷, 李星

2023, 44(2):  20220462.  doi:10.7503/cjcu20220462

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用石墨烯和Co(CH₃COO)₂·4H₂O作为原料, 利用超声辅助法合成了锂离子电池的负极材料CoO纳米颗粒/中空石墨烯纳米纤维复合物. 采用X射线衍射(XRD)确定材料的物相组成, 采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察材料的表面形貌和微观结构, 采用X射线光电子能谱(XPS)确定材料的价态结构. 采用循环伏安、 恒电流充放电和交流阻抗谱表征材料的电化学性能. 结果显示, 在100 mA/g的电流密度下, 循环了160次后, 可逆容量仍超过800 mA/g, 库仑效率保持在99%以上. 该材料优异的电化学性能主要归因于石墨烯的中空纤维结构, 中空内部可以容纳电解液, 能直接将离子输送到颗粒表面, 实现了离子的快速传输; 二维中空纤维搭建成三维网络结构, 实现了三维电子传导网络.



预测金属有机骨架甲烷和氢气输送能力的迁移学习建模

陈少臣, 程敏, 王诗慧, 吴金奎, 罗磊, 薛小雨, 吉旭, 张长春, 周利

2023, 44(2):  20220459.  doi:10.7503/cjcu20220459

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基于深度神经网络(DNN)和迁移学习(TL), 使用少量数据建立TL模型, 精准预测了金属有机骨架(MOFs)的甲烷和氢气输送性能. 首先, 使用8414个MOFs在298 K/65 bar~298 K/5.8 bar(1 bar=0.1 MPa)条件下的甲烷输送数据训练一个决定系数(R^{\mathrm{2}})为0.973的DNN[源任务(ST）模型]. 随后, 将ST模型的部分参数冻结, 使用100个MOFs在233 K/65 bar~358 K/5.8 bar条件下的甲烷输送数据和100个MOFs在198 K/100 bar~298 K/5 bar条件下的氢气输送数据分别微调ST模型, 进行TL建模. 结果表明, 两个TL模型的R^{\mathrm{2}}分别为0.968和0.945, 均高于其它5个传统的ML模型. 所开发的TL模型在预测小数据集时具有高精度与高稳定性. 最后, 使用排列特征重要度方法来计算描述符重要度, 明确了模型之间的“知识”共享情况, 并在此基础上探讨了重要描述符和输送能力之间的关系.



以TDI和IPDI为单体合成聚氨酯微胶囊及其摩擦学性能

张瑞, 杨琦, 陈斯佳, 王立娟, 赵增辉, 崔宇超, 田宇轩

2023, 44(2):  20220444.  doi:10.7503/cjcu20220444

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分别以甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为单体, 通过原位聚合法制备了离子液体@聚脲(PU)微胶囊, 并与环氧树脂共混制得环氧树脂复合材料. 利用扫描电子显微镜分析了微胶囊及复合材料的表面形貌, 通过电子万能试验机和摩擦磨损试验机探究了微胶囊改性复合材料在不同情况下的力学性能和摩擦学性能, 用傅里叶变换红外光谱对微胶囊进行表征. 分析结果表明, 以IPDI为单体合成的微胶囊摩擦学性能更加优异, 并且随着微胶囊用量的增加, 复合材料的摩擦学性能有明显提高, 当微胶囊添加质量分数为20%时, 含有微胶囊的复合材料具有较低的滑动摩擦系数并且摩擦面较光滑, 这是由于在实验过程中, 随着微胶囊壁材的破损, 芯材离子液体被释放, 形成了一层致密的润滑膜.



基于苯并噻吩平面格的张力与重组能的理论研究

彭辛哲, 葛娇阳, 王访丽, 余国静, 冉雪芹, 周栋, 杨磊, 解令海

2023, 44(2):  20220313.  doi:10.7503/cjcu20220313

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有机半导体材料在有机发光二极管(OLED)、 有机场效应晶体管(OFET)和有机太阳能电池(OSC)等领域应用广泛, 但由于各类结构缺陷和迁移率较低, 不利于载流子的传输. 本文基于苯并噻吩设计并研究了一系列新型有机电荷传输纳米分子, 利用密度泛函理论研究了分子轨道、 电离能、 电子亲和势、 张力能和重组能等分子结构和电子性质； 利用约化密度梯度函数和正规模式(NM)分析方法计算了分子内的弱相互作用和每个振动模式对重组能的贡献. 结果表明, 苯并噻吩格子化(形成四元格)之后, 与其单体相比, 分子的电子重组能降低了至少0.394 eV, 空穴重组能降低了至少0.056 eV, 证明格子化是降低重组能的一种有效策略.



高分子化学

电场下离子型聚合物复合囊泡结构变化的分子动力学模拟

李吉辰, 蔡珊珊, 彭巨擘, 李宏飞, 段晓征

2023, 44(2):  20220553.  doi:10.7503/cjcu20220553

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利用粗粒化分子动力学模拟研究了电场作用下离子型聚合物复合囊泡形变与破裂的过程. 定量分析了囊泡破裂过程中的结构变化, 包括囊泡的形变程度、 破裂速度、 组分分布以及破裂后的结构. 研究表明, 电场强度较弱时, 囊泡表面所吸附的聚电解质首先脱落, 囊泡由球形结构转变为椭球结构. 随着电场强度增大, 离聚物的离子侧基发生重新排布, 囊泡表面电荷的有序结构被破坏, 导致囊泡的结构无法维持而破裂, 囊泡塌缩, 分裂形成离聚物团簇, 并进一步破裂为小尺寸的离聚物聚集体, 均匀分散于溶液中. 本文利用分子动力学模拟明确了电场中离子型高分子复合囊泡破裂过程的分子机理, 为药物释放技术的优化及发展提供了理论支持.



形状记忆磁性润滑表面的制备及对超顺磁液滴的滑动操控

胡栋栋, 来华, 刘宇艳, 宋颖斌, 罗欣, 张东杰, 樊志敏, 谢志民, 成中军

2023, 44(2):  20220442.  doi:10.7503/cjcu20220442

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将磁性粒子与形状记忆聚合物复合, 通过设计渐变式构型构筑了梯度形状磁性材料, 并与润滑涂层相结合, 制备了一种磁性润滑表面. 在磁性梯度的作用下, 超顺磁液滴在表面上能够自发定向运动. 借助于材料形状记忆效应对表面区域形态进行可逆调控, 进一步展示了超顺磁液滴自发定向运动过程中的启停开关式控制, 实现了将液滴定向自发运输与启停控制相结合. 考察了磁性粒子含量对材料形状记忆性能的影响, 以及区域形态调控尺寸与液滴滑动性能间的相互关系. 机理分析进一步阐明磁场梯度提供的定向驱动力促使液滴定向自发输运, 表面区域形态控制的可逆调控则可以在液滴运动过程中增加/消除黏滞阻力, 基于两种因素的协同作用, 可以实现对超顺磁液滴运动的智能操控.