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2023年 第44卷 第4期    刊出日期：2023-04-10

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高等学校化学学报2023年第44卷第4期封面和目次

2023, 44(4):  1-6. 

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研究论文: 无机化学

PW₁₁M@Cu₃(BTC)₂杂化物的合成及燃料油深度脱硫活性

韩旭, 白雪, 张仲, 杨琰莉, 崔红, 刘术侠

2023, 44(4):  20220702.  doi:10.7503/cjcu20220702

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合成了过渡金属单取代的Keggin型钨磷酸盐(PW₁₁M, M=Ti⁴⁺, Cr³⁺, Mn²⁺, Fe³⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺和Zn²⁺), 并将其担载在Cu₃(BTC)₂金属有机框架中, 合成了一系列过渡金属取代的多酸基金属有机框架杂化物[PW₁₁M@Cu₃(BTC)₂]. 通过单晶X射线衍射分析、 元素分析(ICP)、 粉末X射线衍射(PXRD)、 热重分析(TG)和氮气吸附-脱附实验等确定了杂化物的组成、 结构和多孔性. 该类杂化材料对燃料油中二苯并噻吩具有良好的吸附作用, 并催化其快速氧化为二苯并噻吩砜, 实现了以氧气为氧化剂的燃料油深度脱硫.



生物质巨菌草衍生炭的合成及在超级电容器中的应用

刘军辉, 李紫家, 吴树昌, 谢在来, 陈艺全

2023, 44(4):  20220653.  doi:10.7503/cjcu20220653

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将巨菌草低温预碳化处理, 得到粉末炭质材料(JPC), 再用不同比例的KOH在不同温度下进行活化处理, 得到了以微孔和介孔分布为主的无定形炭材料(JPCK1). 所合成的炭材料JPCK1-900-4X的比表面积高达3368 m²/g, 具有较大的孔隙体积和0.95%（原子分数）的氮含量. 电化学测试结果表明, JPCK1-900-4X在超级电容器应用中表现出优异的储能潜力; 在电流密度为0.5 A/g时其比电容为311.7 F/g, 电流密度提高到10 A/g时比电容为230 F/g; 在电流密度为10 A/g时经过5000次充放电循环后其电容保持率为97.5%; 在两电极体系下, 当功率密度为250 W/kg时, 其能量密度可达17.7 W·h/kg.



分析化学

基于二硫化钼和钴基金属有机骨架的痕量汞离子电化学传感器

王日, 边超, 谢勇, 韩明杰, 李洋, 夏善红

2023, 44(4):  20220719.  doi:10.7503/cjcu20220719

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汞离子(Hg²⁺)具有高生物毒性, 痕量的汞也会对生态环境质量和人体健康造成严重危害. 本文基于二硫化钼(MoS₂)和钴基金属有机骨架（ZIF-67）的复合材料MoS₂@ZIF-67制备了一种新型的电化学传感器, 结合MoS₂的优异导电性与金属有机骨架的催化性能, 复合材料MoS₂@ZIF-67可放大电化学信号, 提高电极的电化学活性. 利用Hg²⁺能与DNA中胸腺嘧啶T结合形成T-Hg²⁺-T双螺旋结构的原理, 使用差分脉冲伏安法实现了对水环境中痕量汞的特异性检测. 该传感器对Hg²⁺检测的线性范围为0.01~10 μg/L, 检出限为5 ng/L, 并表现出较好的选择性. 采用该传感器对自来水样品进行加标回收检测, 回收率为110%~119%, 在痕量汞的检测中具有良好的应用前景.



仿刺参中两种新海参烷型皂苷

孙志恒, 刘桂英, 王冰姿, 陈义夫, 冯月竹, 金永日, 李绪文

2023, 44(4):  20220678.  doi:10.7503/cjcu20220678

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从仿刺参(Apostichopus japonicus Selenka)乙醇提取物中分离得到2个新的海参烷型皂苷类化合物, 通 过波谱数据分析并结合理化性质鉴定其分别为3β-O-{2-O-[3-O-甲基-β-D-吡喃葡萄糖-(1→3)-β-D-吡喃木糖- (1→4)-β-D-吡喃喹诺糖]-4-O-[β-D-吡喃葡萄糖]-β-D-吡喃木糖}-海参烷-7(8),25(26)-二烯-16-酮(化合物1, 命名为Holotoxin E₁)和3β-O-{2-O-[3-O-甲基-β-D-吡喃葡萄糖-(1→3)-β-D-吡喃木糖-(1→4)-β-D-吡喃葡萄糖]-4-O-[β-D-吡喃葡萄糖-(1→3)-β-D-吡喃葡萄糖]-β-D-吡喃木糖}-海参烷-7(8),25(26)-二烯-16-酮(化合物2, 命名为Holotoxin E₂). 采用CCK-8法考察了包含上述2个新成分在内的共6个海参烷型皂苷对乳腺癌MDA-MB-231细胞和肝癌HepG2细胞的细胞毒活性. 结果表明, 除Holotoxin E₂外, 其余5种化合物对MDA-MB-231(IC₅₀=2.386~4.686 μmol/L)和HepG2(IC₅₀=5.909~18.860 μmol/L)均具有较好的抑制作用.



γ -Al₂O₃颗粒溶液浸润过程的原位磁共振成像

徐若韬, 王强, 鲍庆嘉, 王伟宇, 张志, 刘朝阳, 徐君, 邓风

2023, 44(4):  20220587.  doi:10.7503/cjcu20220587

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在催化剂的制备过程中, 常采用浸渍法将金属或活性相负载到多孔固体载体上以获得高性能的负载型催化剂; 在浸渍过程中溶剂对载体的浸润能力和效果对负载活性组分的分布和状态至关重要, 进而会影响催化剂的催化性能. 本文利用磁共振成像(MRI)技术开展了溶剂对 γ-Al₂O₃颗粒浸润过程的原位研究.评估了自旋回波(SE)、 梯度回波(GRE)和超短时间回波(UTE) 3种不同MRI序列的成像效果, 发现UTE序列在观测短横向弛豫时间( T₂)值的 ¹H MRI信号方面展现出优越的性能, 应用小激发角和短恢复时间(TR)可以获得比SE和GRE序列更高时间分辨率(<1 min)的动态图像. 利用UTE序列对 γ-Al₂O₃在不同极性溶剂中的浸渍过程进行了原位监测, 发现极性溶剂水和甲醇均表现出典型的自由扩散过程, 即溶剂从颗粒的外缘逐渐扩散到其中心直至饱和; 非极性溶剂环己烷展现了不同的浸润行为, γ-Al₂O₃颗粒的整体 ¹H MRI信号分布呈现出颗粒中心信号强、 边缘信号低的特点, 并在 γ-Al₂O₃颗粒的外层形成了强 ¹H MRI信号的“液膜”.



能量分辨质谱区分与检测人参皂苷同分异构体20(S)-Rf和Rg₁

赵幻希, 李卓, 赵孟雅, 田璐, 肖禹圣, 王震寰, 越皓, 修洋

2023, 44(4):  20220576.  doi:10.7503/cjcu20220576

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将连续变化的碰撞能量与串联质谱相结合, 建立了能量分辨质谱(Energy-resolved mass spectrometry, ERMS)分析方法用以区分和检测人参皂苷同分异构体20(S)-Rf和Rg₁. ERMS将子离子与母离子强度的比值定义为强度分数(Intensity fraction, IF), 两个子离子强度的比值定义为强度比(Intensity ratio, IR), 并通过IF和IR分别对连续变化的碰撞能量作图建立特征碎片离子的IF和IR曲线. 虽然20(S)-Rf和Rg₁的串联质谱图无明显差异, 但是多元统计分析结果显示其特征碎片离子[M-Glc-H]^‒, [M-2Glc-H]^‒和[M-2Glc-C₆H₁₂-H]^‒的IF和IR曲线差异显著, 有明显的区分边界, 可以直接区分20(S)-Rf和Rg₁. 进一步利用ERMS实时分析了原人参三醇型皂苷生物转化产物中20(S)-Rf和Rg₁的相对摩尔含量. 结果表明, ERMS不需液相色谱分离即可实现20(S)-Rf和Rg₁的快速区分和相对含量检测.



有机化学

红花均一多糖的结构表征及抑制HepG2增殖活性

徐永斌, 冯帅霞, 陈洁, 龚欢, 施松善, 王辉俊, 王顺春

2023, 44(4):  20220600.  doi:10.7503/cjcu20220600

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对红花多糖进行分离提纯和结构表征, 探讨了红花均一多糖对HepG2肝癌细胞增殖的抑制作用. 采用水提醇沉法提取红花粗多糖； 通过阴离子交换色谱柱和分子筛凝胶色谱柱对红花粗多糖进行分离纯化； 采用高效凝胶渗透色谱法(HPGPC)对红花多糖的均一性以及分子量分布进行测定； 采用单糖组成、 甲基化及核磁共振波谱等方法对其进行结构解析. 通过体外细胞实验, 研究了红花多糖对于肿瘤细胞的作用. 从红花 中分离得到一种均一多糖(CTPS-1A), 通过HPGPC计算得出其分子量为53800. CTPS-1A的单糖组成为 n(阿拉伯糖)∶n(半乳糖)=59.2∶40.8. 利用甲基化分析其连接方式为T-Galp, 1,3-Galp, 1,6-Galp, 1,3,6-Galp, T-Araf, 1,5-Araf和1,3,5-Araf. 研究结果表明, CTPS-1A为阿拉伯半乳聚糖(AG), 其主链由-β-Galp-(6→1)-β-Galp-(6→组成, 并在1,6-β-Galp的3位连有T-β-Galp, 1,3-β-Galp, T-α-Araf, 1,5-α-Araf, 1,3及5-α-Araf等分支. 体外培养HepG2细胞实验结果表明, CTPS-1A通过增强细胞核收缩和细胞凋亡对HepG2的生长具有抑制作用.



分子间相互作用对苯甲酮类聚集诱导延迟荧光材料性能的影响

王英杰, 潘泽晖, 陶正煜, 王妍, 童碧海, 冯敏强, 宋明星

2023, 44(4):  20220562.  doi:10.7503/cjcu20220562

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合成了4种以吩噁嗪为给体的苯甲酮类发光材料, 考察了不同芳烃取代基对材料分子间相互作用及 光电性能的影响. 研究结果表明, 共平面的稠环芳烃修饰会使分子间存在大量的强π-π堆积作用, 而三维的三蝶烯基团则能避免这些作用的产生. 4种化合物均具有非常高的热稳定性, 5%热失重温度(T_d,5)在400 ℃以上, 分子间π-π堆积会明显提高材料的热稳定性. 除苝修饰的化合物外, 其它3种化合物都具有明显的聚集诱 导延迟荧光, 单线态-三线态能隙(ΔE_ST)值不超过0.01 eV; 光致发光效率高, 在PMMA薄膜中的发光效率在0.60~0.78之间, 且随分子间作用力的降低先增加后降低. 电致发光性能测试结果表明, 三蝶烯修饰的化合物的电致发光性能最佳, 掺杂器件的最大亮度可达48480 cd/m², 峰值功率效率(PE_max)和峰值外量子效率(EQE_max)分别为54.4 lm/W和19.0%, 且非掺杂器件的PE_max和EQE_max依然高达33.5 lm/W和13.4%. 这说明其浓度猝灭现象得到了很好的抑制, 有应用于有机电致发光的潜力.



香豆素功能化柱[5]芳烃对Fe³⁺和Cu²⁺的荧光传感

苏丽娇, 保秋连, 杨云汉, 罗建萍, 杨举, 张郡童, 陶欣, 钏永明, 杨丽娟

2023, 44(4):  20220549.  doi:10.7503/cjcu20220549

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合成了一种具有聚集诱导发射(AIE)效应的香豆素功能化柱[5]芳烃(Coumarin functionalized pillar[5]arene, 简称P5X)荧光探针. P5X在DMSO/H₂O(体积比4∶1)溶液体系中表现出较强的AIE性能. 向P5X溶液中加入Fe³⁺或Cu²⁺, 可导致体系的蓝色荧光发生猝灭. P5X对Fe³⁺和Cu²⁺离子的检出限分别为5.21×10^-6和2.48×10^-6 mol/L. 此外, 该探针还具有抗干扰能力强的优点, 可实现对Fe³⁺和Cu²⁺的高效、 灵敏检测. 所建立的新检测方法为环境或生物领域内相关离子的检测提供了参考.



物理化学

Tau蛋白R2/wt片段形态受渗透剂影响机理的分子动力学模拟

粟李醴, 邵学广, 蔡文生

2023, 44(4):  20220745.  doi:10.7503/cjcu20220745

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采用分子动力学模拟研究了在尿素与氧化三甲胺(Trimetlylamine oxide, TMAO)作为渗透剂的情况下对无序蛋白Tau蛋白第二重复片段(R2/wt)的折叠与构象的影响, 统计分析了该片段周围的氢键强度分布、 水分子流动性与水结构的分布, 并与在纯水环境下的结果进行了比较. 结果表明, 无渗透剂存在下的 R2/wt片段能形成长时间稳定的首尾相连的发卡结构, 且肽链形成的分子内氢键数量较高, 在R2/wt片段周围的水分子的流动性较高. 当尿素作为渗透剂时, R2/wt的分子内盐桥难以形成, 肽链以完全展开的构象为主, R2/wt周围水分子之间以及水分子与肽链的氢键作用被削弱, 其周围水分子的流动性降低, 结构化程度高的水分子比例降低; 当TMAO作为渗透剂时, R2/wt片段只能形成不稳定的发卡结构, 且容易向展开态转变, 肽链周围的氢键分布和水结构分布与无渗透剂相比无明显变化, 但肽链周围水分子的流动性同样降低. 加入渗透剂能改变R2/wt片段的形态分布模式, 并进一步改变肽链与水分子的氢键、 水结构与流动性性质, 此结果为调节该片段的聚集行为提供了指导.



不同氨基含量碳纳米管对锂硫电池正极比容量的影响

薛转, 穆钟林, 何润合, 李永兵, 张兴祥

2023, 44(4):  20220709.  doi:10.7503/cjcu20220709

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为了提高锂硫电池的电化学性能, 采用氨基化碳纳米管(MWCNTs-NH₂)改性正极材料, 通过狄尔斯- 阿尔德(D-A)反应制备了氨基化碳纳米管, 然后改变反应时间获得一系列样品; 利用热重分析仪、 拉曼光谱 仪和红外光谱仪对样品进行表征. 结果表明, MWCNTs-NH₂中氨基含量随D-A反应时间的延长而增高, 当反 应时间为16 h时, 其接枝率最大, 达到10.02 mmol/g; 对4种由不同氨基含量MWCNTs-NH₂制备的复合材料 所组装的电池进行了电化学性能分析, 结果表明, 电池的电化学性能随着氨基含量的增高而增强. 在0.2C 和1C倍率下, 氨基含量最高的电极材料(SPAN/MWCNTs-NH₂-16)的首次放电比容量分别达到943.3和 887.1 mA·h/g_composite, 在0.2C倍率下循环200次后放电容量仍达到716.4 mA·h/g_composite, 容量保持率可达到94.3%; 在高倍率4.0C下, 放电比容量可达475.7 mA·h/g_composite, 具有优异的循环性能和倍率性能.



双重包埋激活脂肪酶内花凝胶微球的制备与表征

张帆, 郑兰兰, 曹红, 程路峰, 李春

2023, 44(4):  20220699.  doi:10.7503/cjcu20220699

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首先利用聚乙二醇8000(PEG8000)将脂肪酶激活为开放构象(PEG-Lip), 再将PEG-Lip与Ca₃(PO₄)₂共结晶制得Ca₃(PO₄)₂@PEG-Lip晶体花, 然后将晶体花包覆于海藻酸钙(CA)凝胶(Gel）微球中, 制得一种双重包埋激活脂肪酶的内花凝胶微球CA-Gel@Ca₃(PO₄)₂@PEG-Lip. 该微球呈白色椭圆状, 直径约2 mm. 利用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线光电子能谱(EDS)、 共聚焦显微镜(CLSM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征了其微观形貌和组成, 发现脂肪酶被包埋在Ca₃(PO₄)₂晶体中, 形成的Ca₃(PO₄)₂@PEG-Lip晶体花被包覆于海藻酸钙凝胶微球内的网络中. CA-Gel@Ca₃(PO₄)₂@PEG-Lip的酶学性质研究表明, 在Ca₃(PO₄)₂晶体和海藻酸钙凝胶的“双层铠甲”保护下, 脂肪酶的热稳定性和pH稳定性均有所改善. 利用孔径约0.5 mm的滤网即可实现对凝胶微球的快速回收; 循环利用10次后, 酶活保留率达83%, 脂肪酶的操作稳定性和重复利用性明显提高. 本文为脂肪酶在食品与医药工业中的开发利用提供了新的思路与方法.



MnO _x -CeO₂催化剂的氯苯氧化性能及反应机理

高凤雨, 陈都, 罗宁, 姚小龙, 段二红, 易红宏, 赵顺征, 唐晓龙

2023, 44(4):  20220690.  doi:10.7503/cjcu20220690

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研究了Mn/Ce摩尔比、 反应温度、 氧气和水对MnO _x -CeO₂催化剂催化氯苯氧化性能(活性、 选择性和稳定性)的影响, 并分析了其理化性能、 作用过程和反应机理. 结果表明, 在含H₂O_gas和O₂(体积分数均为5%)条件下, Mn₂Ce₁O _x 在100, 200和300 ℃下分别取得了80.6%, 86.8%和97.5%的氯苯转化率; 反应温度和氧气含量的增加及水的存在均有利于提高催化活性和反应稳定性; MnO _x 和CeO₂复合提高了比表面积(128.61 m²/g)、 降低了孔径(6.17 nm)且增强了表面酸性(中酸和强酸位点)和氧化还原能力, 价态电子交互循环过程(Ce⁴⁺/Ce³⁺\stackrel{}{\leftrightarrow } Mn⁴⁺/Mn³⁺/Mn²⁺)和氧循环作用(吸附氧\stackrel{}{\leftrightarrow }晶格氧)是催化反应的关键驱动过程. 氯苯分子吸附在Mn₂Ce₁O _x 催化剂表面发生脱氯反应形成苯酚, 进一步开环氧化为关键的乙酸盐中间物种, 最终转化为CO₂, HCl或Cl₂, H₂O. 水和氧气可以活化为羟基和[O^*]等活性氧物种, 促进了氯苯的吸附活化和中间产物的深度氧化, 降低了中间副产物(氯代乙氧基、 苯酚和醛类等)的形成与表面Cl物种的沉积, 进而提升了催化活性和反应稳定性.



Al³⁺离子掺杂 δ-MnO₂的制备和电化学性能

夏傲, 曾啸雄, 李佳萌, 陈军, 谈国强

2023, 44(4):  20220658.  doi:10.7503/cjcu20220658

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采用水热法合成了不同比例Al³⁺离子掺杂的δ-MnO₂纳米粉体. 通过X射线衍射(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)、 循环伏安(CV)曲线、 电化学阻抗谱(EIS)和恒电流充放电(GCD)曲线等手段对材料的结构和电化学性能进行了表征. 结果表明, Al³⁺离子进入δ-MnO₂的晶格替代部分Mn³⁺和Mn⁴⁺离子, 使得δ-MnO₂电极的性能明显提升. 当反应物中Al³⁺/Mn²⁺摩尔比为0.45时, 所得样品(A0.45M)的性能最好； 其在1 A/g电流密度下的比电容为207.61 F/g, 是纯相δ-MnO₂(A0M)的2.4倍； 其在10 A/g电流密度下循环10000次后的比电容为100.81 F/g, 容量保持率为81.33%.



表面覆盖型AuNPs@PNIPAM复合粒子的制备及催化性能

闫雨甜, 吴思, 常康康, 夏宇正, 陈晓农, 石淑先

2023, 44(4):  20220636.  doi:10.7503/cjcu20220636

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金纳米粒子(AuNPs)表面能高, 在水中极易团聚, 使其应用受限. 本文采用物理共混法, 将带有正电荷的温敏聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)微凝胶与带负电荷的AuNPs混合, 经自组装制备了微凝胶表面覆盖AuNPs的有机-金属复合粒子AuNPs@PNIPAM. 该复合粒子不仅具有很好的分散稳定性, 而且其粒子的分散液具有温度比色性, 在25 ℃→50 ℃→25 ℃的温度变化过程中呈现“红→紫→红”的可逆颜色变化. 通过对硝基苯酚(4-NP)的还原反应, 研究了复合粒子的催化性能. 结果表明, 复合粒子具有受温度调控的催化能力, 随温度升高催化性能呈现先降后升的趋势. 与文献报道的类似材料相比, AuNPs@PNIPAM复合粒子同时具有温度比色性和催化性能.



用于燃烧反应机理构建的极小反应网络方法—芳香烃燃烧

夏文文, 于洪晶, 王时野, 姚丽, 李象远

2023, 44(4):  20220616.  doi:10.7503/cjcu20220616

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基于极小反应网络(MRN)方法, 在燃烧机理的化学分辨率(化学物种数)确定的条件下, 构建了极小反应网络的苯、 甲苯、 乙苯和丙苯通用复杂燃烧反应机理, 机理分别由22个物种和35个反应、 27个物种和42个反应、 32个物种和58个反应以及36个物种和68个反应组成. 建模方法是在极小网络C3机理基础上增加5个物种和14个反应构建苯燃烧机理, 增加7个物种和15个反应得到甲苯燃烧机理; 在苯燃烧机理基础上增加4个物种和8个反应构建乙苯燃烧机理, 增加3个物种和7个反应得到丙苯燃烧机理. 各个机理均采用Arrhenius方程的双参数形式(A, E)描述反应的速率常数. 通过点火延迟时间和层流火焰速度的动力学模拟与实验结果的对比, 验证各个燃烧反应机理的可靠性和实用性.



活性炭电极的改性及对Co²⁺, Mn²⁺和Ni²⁺的电吸附性能

陈佳琪, 程晚亭, 温秋慧, 韩静茹, 马福秋, 颜永得, 薛云

2023, 44(4):  20220598.  doi:10.7503/cjcu20220598

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以商用活性炭(AC)为原料, 分别采用磷酸和氢氧化钠改性的方法制备了两种不同的改性活性炭电极材料. 采用扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 Brunauer-Emmett-Teller(BET)测试、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等手段以及电化学分析方法, 对改性前后活性炭材料的表面性质和电化学性能进行了探究. 结果表明, H₃PO₄改性使活性炭的孔隙分布更加密集, NaOH改性使活性炭表面的孔隙结构更加清晰均匀; H₃PO₄和NaOH改性均使活性炭的比表面积增加. 循环伏安测试结果表明, 改性前后活性炭电极在低扫描速率下均具备良好的双电层特性, 并且两种改性处理均能提高活性炭电极的比电容; 当扫描速率为5 mV/s时, 未改性、 H₃PO₄以及NaOH改性活性炭电极的比电容分别为36.51, 77.25和85.19 F/g. 电吸附实验结果证明, 两种改性活性炭电极对Co²⁺, Mn²⁺和Ni²⁺均有较好的去除效果, 电吸附过程均更加符合Langmuir模型, 在初始浓度、 电压和pH相同的条件下, NaOH改性电极对Co²⁺, Mn²⁺和Ni²⁺具有更高的去除率和吸附容量, 去除率可分别达到96.84%, 94.37%和96.90%, 吸附容量分别为140.8, 111.4和108.5 mg/g.



双噁唑啉接枝的氨基酸聚合物作为手性催化中心在不对称Henry反应中的应用

朱佶鹏, 刘润辉, 宋恭华

2023, 44(4):  20220569.  doi:10.7503/cjcu20220569

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通过控制聚合单体L-谷氨酸-γ-乙酯和DL-半胱氨酸以及聚合过程中引发剂与单体的比例, 制备了一系列溶解性能不同的氨基酸聚合物. 利用其作为负载手性配体的载体, 通过双噁唑啉配体上的双键和聚合物上巯基的加成反应, 合成了一系列双噁唑啉接枝氨基酸聚合物. 将合成的聚合物作为可回收的手性催化剂用于催化不对称Henry反应, 反应选择性(e. e.值)在50%~90%之间, 产率在67%~95%之间. 该催化剂可以循环使用至少7次而不需要经过重新活化.



高分子化学

羧基功能化微滤膜PSF-g-PMAA的制备及对三嗪类除草剂的截留去除性能

杜瑞奎, 高保娇, 门吉英

2023, 44(4):  20220695.  doi:10.7503/cjcu20220695

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使用过硫酸盐在胺基化的氯甲基化聚砜微滤膜表面形成—NH₂/S₂O{}_{\mathrm{8}}^{\mathrm{2}}^-氧化还原引发体系, 将甲基丙烯酸(MAA)接枝聚合到聚砜微滤膜表面, 得到羧基功能化PSF-g-PMAA微滤膜. 采用等温吸附和渗透实验, 考察了PSF-g-PMAA膜对三嗪类除草剂(扑草净、 莠灭净、 阿特拉津)的截留去除性能. 结果表明, 基于静电相互作用和氢键的协同吸附作用, PSF-g-PMAA膜对三嗪类除草剂显示出良好的去除效果, 其中对莠灭津的最大吸附量达到0.18 μmol/cm²(41 μg/cm²). 采用膜面积为1.77 cm²的注射过滤器, PSF-g-PMAA膜对浓度为0.8 mg/L的三嗪类除草剂溶液的截留率接近100%(渗透液体积100 mL).



超高分子量聚乙烯模塑板材的抗冲击机制

宋新月, 魏悦, 沈杰, 施德安, 杨华伟, 栾世方

2023, 44(4):  20220641.  doi:10.7503/cjcu20220641

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超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种具有突出抗冲击特性的高性能工程塑料, 有关其合成、 加工和应用的研究是现今高分子科学的研究热点之一, 但是UHMWPE抗冲击的内在机制仍未明确. 本文选取黏均分子量约为5×10⁶, 悬臂梁双缺口冲击强度分别为54.7, 93.4, 105和152 kJ/m²的4种UHMWPE为研究对象, 通过分子结构和凝聚态结构表征, 探究了UHMWPE的抗冲击机理. 研究发现, 4种UHMWPE具有相同的晶型、 接近的结晶度和片晶厚度; UHMWPE在微观上表现出重复性的“延展-断裂”式的抗冲击过程, “延展-断裂”条带的数量和宽度与冲击强度正相关; 非晶区的缠结密度与冲击强度呈线性负相关关系, 相关性指数高达0.9, 即在UHMWPE的合成和加工过程中, 控制非晶区的缠结密度对最终制品的抗冲击强度至关重要.



含双重动态共价键的松香基环氧类玻璃高分子的制备与性能

曾艳宁, 杨斌, 院荣炎, 罗钊毅

2023, 44(4):  20220621.  doi:10.7503/cjcu20220621

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以天然松香衍生物为刚性环氧单体, 3,3'-二硫代二丙酸(DTDPA)为交联剂, 通过环氧-羧基酯化反应固化, 制备了含双重动态二硫键和酯键的生物松香基环氧类玻璃高分子网络. 利用红外光谱和拉曼光谱对所得聚合物网络材料的结构进行了表征. 结果表明, 合成了含双重动态二硫键和酯键的松香基环氧高分子网络. 对所有松香基环氧高分子网络进行了热机械性能、 力学性能、 热稳定性和应力松弛测试. 结果表明, 松香基环氧高分子网络具有高的热稳定性和力学性能, 以及相对较快的应力松弛能力. 此外, 研究了交联剂添加量对所得松香基环氧高分子网络的自修复和再加工能力的影响. 结果表明, DTDPA的羧基与松香环氧单体的环氧基摩尔比为100∶100的类玻璃(RE-100)网络具有最优的自修复和再加工性能. 因为RE-100网络内部拥有最多的动态二硫键和酯键, 在受到热刺激后, 充足的动态二硫键和酯键发生可逆交换, 促使网络快速重排, 从而获得优异的自修复和再加工性能.



电纺聚苯胺涂层表面浸润性和表面荷电对微生物附着的影响

巴迪迪, 赵海洲, 张志明, 于良民

2023, 44(4):  20220615.  doi:10.7503/cjcu20220615

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材料表面浸润性和表面荷电对微生物在材料表面的附着有着非常重要的影响. 本文采用静电纺丝法在不锈钢电极表面分别制备了疏水和亲水的聚苯胺纤维涂层, 利用电化学阻抗谱监测大肠杆菌在两种聚苯胺纤维涂层表面的附着情况. 结果表明, 亲水表面有利于抑制大肠杆菌的附着. 通过电化学极化使亲水表面分别带正电荷和负电荷, 利用平板涂布计数法研究了不同极化时间下两种荷电表面的抑菌率, 发现无论正电荷还是负电荷都有利于抑制微生物附着, 而且二者没有明显差异. 在相同的阴极极化条件下, 亲水和疏水的聚苯胺纤维涂层抑菌性能相差不大, 说明对于电纺聚苯胺涂层抑制细菌附着而言, 电化学极化的影响大于表面浸润性的影响.



微波辅助仿生矿化增强石墨烯与聚乳酸的界面相互作用

唐梦珂, 江亮, 徐文轩, 张子林, 唐道远, 黄东辉, 杨皓然, 高杰峰, 吉祥, 王延庆, 徐欢

2023, 44(4):  20220601.  doi:10.7503/cjcu20220601

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石墨烯纳米片在提高聚乳酸(PLA)复合材料力学性能和气体阻隔性能等方面具有良好的应用前景, 但通常在不同程度上受限于较差的界面相互作用. 本文通过高效且环境友好的微波辅助水相仿生矿化方法, 在石墨烯纳米片表面直接生成高结晶度、 高结构规整度的羟基磷灰石纳米晶须, 获得了具有良好分散性和界面结合力的仿生矿化石墨烯(BMGr)纳米杂化体. 将BMGr纳米杂化体均匀分布于聚乳酸纤维表面, 通过受限成型(60 ℃, 3 MPa)获得了具有强界面结合的复合薄膜, 大幅提高了力学性能. 值得强调的是, BMGr增强聚乳酸复合薄膜的拉伸强度、 杨氏模量和拉伸韧性分别达到22.6 MPa, 199 MPa和6.6 MJ/m³, 是纯PLA纤维膜的6.46, 3.75和8.25倍. 本文不仅发展了有效修饰石墨烯纳米片的技术路线, 更为制备高强度高韧性的聚乳酸复合材料并阐述其结构-性能关系提供了研究思路.



以聚偏氟乙烯为基底的高渗透选择性聚酰胺/酯纳滤膜的制备与表征

杨炎福, 王齐齐, 张辉, 张庆磊, 赵军强, 赵义平, 陈莉

2023, 44(4):  20220574.  doi:10.7503/cjcu20220574

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以亲水性聚(N-羟乙基丙烯酰胺)(PHEAA)、 疏水性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为链段的两亲性三嵌段共聚物PHEAA-b-PMMA-b-PHEAA(PHMH)为改性剂, 以聚偏氟乙烯(PVDF)为基底膜材料, 利用非溶剂诱导相分离法制备了PVDF/PHMH基底. 与未改性PVDF基底相比, PVDF/PHMH基底表面孔径变小, 孔隙率和亲水性增加; 与PVDF基底纳滤膜N0相比, 通过界面聚合制备的PVDF/PHMH基底纳滤膜N1表面粗糙度大、 亲水性强、 截留分子量小, N1纳滤膜对Na₂SO₄的截留率为96.0%, 水渗透通量高达304 L·m^-2·h^-1·MPa^-1, 优于商业化纳滤膜的渗透选择性.



环基高分子缩聚体系的统计特征

李江涛, 赵欣欣, 顾芳, 王海军

2023, 44(4):  20220561.  doi:10.7503/cjcu20220561

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针对由\mathrm{R}{\mathrm{B}}_f型环形高分子和\mathrm{A}{\mathrm{B}}_g型单体构成的环基高分子缩聚体系, 从环基高分子的尺寸分布导出相应的高分子矩, 进而给出环基高分子的数均分子量和重均分子量以及多分散指数等物理量. 在此基础上, 集中探讨了两类反应物的摩尔比、 环形高分子的官能度及聚合度(分子量)对环基(环基链状和环基支化)高分子性质的影响. 鉴于环形高分子对环基高分子相关特征的贡献可以发生主次转变, 进而根据其数均分子量得到发生转变的反应程度. 结果表明, 环基高分子的多分散指数随着环形高分子官能度的增加而单调降低, 但与反应物的摩尔比无关, 而表征环形高分子贡献发生逆转的反应程度则与其官能度、 聚合度及反应物的摩尔比密切相关. 相关研究可为阐明环基高分子缩聚反应体系的统计特征提供有益的线索.



DNA杂化水凝胶的构建及性能

张琦, 孙锐, 张瑜, 李霞, 诸颖

2023, 44(4):  20220761.  doi:10.7503/cjcu20220761

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以纯DNA水凝胶为主体, 引入3种不同类型的杂化因子, 依次对纯DNA水凝胶进行编码和结构改造, 制备了DNA杂化水凝胶. 研究了DNA杂化水凝胶的微观结构、 机械性能和生物毒性. 结果表明, 二元编码因子(海藻酸钠/琼脂糖)DNA杂化水凝胶符合机械强度和生物安全效应双评价指标, 生物安全性优异, 且机械性能提高了3个数量级. 本文研究结果为DNA水凝胶的编程改造提供了新思路, 拓展了其在生物医学领域的应用.