高等学校化学学报

高等学校化学学报2023年第44卷第8期封面和目次

2023, 44(8): 1-6.

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纳米超粒子的水相制备及生物医学应用

汪梦蕾, 巩建晓, 夏云生

2023, 44(8): 20230020. doi:10.7503/cjcu20230020

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纳米超粒子(Supraparticles, SPs)是指由一种或多种纳米颗粒组装单元, 在内、外部驱动力的作用下, 自组装形成的具有一定形貌、尺寸和分级结构的纳米实体. 由于具有复杂的拓扑结构、丰富的表面可修饰性、可调的集合性质和协同效应, SPs在生物医学等领域具有较大的应用潜力. 本文总结了近几年来水相制备SPs的研究进展, 包括组装单元之间作用力调制、 SPs的物理、化学性质及其在生物成像、疾病诊疗等方面的应用, 最后讨论了SPs结构和性能的精准调控、生物医学应用中存在的主要问题以及未来SPs的发展方向.

中空结构纳米材料在生物医学领域的应用：现状与展望

张璐, 邹云鹤, 徐中胜, 刘云

2023, 44(8): 20230134. doi:10.7503/cjcu20230134

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近年来, 中空结构纳米材料因其独特的空腔结构、广泛性的来源以及优异的磁性、电子、光学和催化性能, 在生物医学领域的各种应用中显示出巨大的优势. 该类材料经过特别设计用于装载药物或显像剂进行疾病治疗、诊断和监测治疗, 其目的是为了保护和改善健康状况. 本文首先综合评述了不同类型中空结构纳米材料的研究进展；并分别对具有刺激响应药物释放、多模态治疗、诊疗一体化以及监控治疗的先进性多功能化中空结构纳米材料进行了介绍; 最后, 探讨了中空结构纳米材料在生物医学应用中的挑战和潜在的未来发展方向.

EAB分子筛的合成及在甲醇制烯烃反应中的应用

杨颖楠, 孙启明

2023, 44(8): 20230119. doi:10.7503/cjcu20230119

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甲醇制烯烃(MTO)反应提供了一条非石油路线制备低碳烯烃的新途径, 发展新颖的催化材料是实现MTO反应性能提升的关键. 本文探究了具有八元环孔道结构的EAB分子筛的合成条件和热稳定性; 利用X射线衍射分析、扫描电子显微镜、电感耦合等离子发射光谱及氨气程序升温脱附实验等表征了所制备分子筛的拓扑结构、晶体形貌、骨架组成和酸性位点; 并发现向EAB分子筛孔道中引入K⁺和Cs⁺离子可以在550 ℃煅烧条件下使分子筛晶体结构保持稳定. 通过向合成体系中加入晶种可以有效抑制杂晶的生成并提升晶化速率, EAB分子筛完全晶化的时间可缩短至3 d. 此外, 将制备的EAB分子筛催化剂应用于MTO催化反应, 乙烯、丙烯和丁烯的总选择性最高可达87.2%, 丙烯和乙烯的选择性比最高可达2.4. 研究结果为开发新型MTO催化剂并实现低碳烯烃的比例调控提供借鉴.

杂质硅对锌酸钠溶液结晶过程的影响机理研究

刘鹏飞, 游韶玮, 张亦飞, 汤建伟, 王保明, 刘咏, 化全县

2023, 44(8): 20220767. doi:10.7503/cjcu20220767

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研究了杂质硅对锌酸钠溶液结晶过程的影响规律, 通过结晶物相和热力学研究了杂质硅对锌酸钠溶液结构的影响. 通过分析锌酸钠溶液的分解行为, 考察了杂质硅浓度、晶种和温度等参数对锌酸钠溶液结晶过程的影响规律. 结果表明, 存在一个临界硅浓度, 当硅浓度高于临界硅浓度时, 杂质硅抑制结晶过程的进行; 当硅浓度低于临界硅浓度时, 杂质硅促进结晶过程的进行. 以氧化锌作为晶种时, 35, 50和60 ℃时临界硅浓度分别为0.20~0.40, 0.054~0.20和0~0.054 g/L. 以氢氧化锌作为晶种时, 35 ℃时临界硅浓度为0.20~0.40 g/L. 临界硅浓度随温度的升高而降低. 硅浓度低时, 物相为多面体形的ε-Zn(OH)₂; 硅浓度高时, 物相为纳米棒和长方体形的γ-Zn(OH)₂, 提高温度可以抑制γ-Zn(OH)₂的生成. 硅杂质的存在可能促使锌酸钠溶液的结构发生了重构, 使锌酸钠溶液中锌元素以Zn(OH)⁺的形式存在, 升高温度则可减弱杂质硅的影响.

黑色素基靶向纳米药物用于乳腺癌的光热治疗

孙菁华, 郭春燕, 董杰, 张瑞平

2023, 44(8): 20230044. doi:10.7503/cjcu20230044

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为提高小尺寸黑色素纳米颗粒(MNP)在肿瘤部位的靶向效应, 设计合成了一种在肿瘤微酸性环境下可降解的羟基磷灰石杂化介孔氧化硅(MSN/HAP)对其进行负载, 结合RGD导向肽构建了一种新型靶向纳米药物(MAN/HAP-MNP-RGD)，用于小鼠乳腺癌的多模态成像和光热治疗. 对纳米颗粒进行了理化性能、细胞和活体实验. 结果表明, 颗粒尺寸约为60 nm, MNP的负载量为37.7%, 在微酸性环境中呈现较好的降解性, 且纳米颗粒的光热转化效率(η)高达40.29%. 细胞实验结果也证明了纳米颗粒的高效摄取和对细胞的光热杀伤效果. 此外, 光声成像和磁共振成像结果表明, 纳米颗粒在肿瘤部位表现出更高的累积和更长时间的滞留. 活体实验结果证明, MAN/HAP-MNP-RGD具有最佳的治疗效果且具有很高的生物安全性, 展现出潜在的应用前景.

无酶级联催化发夹自组装和杂交链反应信号放大细胞表面特定蛋白糖基化高灵敏成像分析和高效光动力治疗

李婷, 邢思敏, 刘洋

2023, 44(8): 20230140. doi:10.7503/cjcu20230140

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开发了一种基于邻近诱导的催化发夹组装和杂交链反应(CHA-HCR)的高灵敏度、无酶信号放大策略, 用于癌症细胞原位蛋白质特异性糖基化高灵敏荧光成像和高效光动力治疗. 设计了2种DNA探针, 分别用于靶蛋白和聚糖的特异性标记, 其中蛋白探针(PP)通过适配体识别MUC1蛋白, 聚糖探针(GP)通过生物正交反应特异性结合唾液酸. 由于邻近效应, PP中的CHA起始序列与相邻的GP杂交, 并引发随后的CHA-HCR级联反应. 最后, 在靶蛋白的特定糖基化上形成具有多个荧光分子或光敏剂的延伸双链DNA, 实现了细胞表面特定糖蛋白的高灵敏选择性成像分析和肿瘤细胞灭杀, 为癌症的诊断和治疗提供了一条通用途径, 也为通过靶向特定糖蛋白增强细胞毒效应的光动力治疗提供了工具. 该策略为揭示糖基化机制、筛选聚糖相关生物标志物和开发靶向疗法提供了参考.

铜催化醇与氨基吡啶在有氧条件下合成酰胺

杨威, 刘佳琦, 唐翠曼, 仉昊楠, 王兵兵, 孙钟, 徐小惠

2023, 44(8): 20230029. doi:10.7503/cjcu20230029

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在铜催化氧化体系下, 以苯甲醇和2-氨基吡啶为反应原料, 采用空气鼓泡法一步合成了N-(2-吡啶基)酰胺化合物. 机理研究结果表明, 苯甲醇在空气中氧化原位生成苯甲醛, 将其作为偶联组分与氨基吡啶作用生成酰胺产物. 生物活性测试结果显示, 合成产物具有一定的抗菌活性. 该反应高效、官能团兼容性好, 反应中无需使用任何添加剂, 并以空气中的氧气作为理想氧化剂, 具备经济、绿色的优点.

新型四氢吡啶并[4,3-d]嘧啶衍生物的合成及抗弓形虫活性

栾天, 崔思娇, 隋丽丽, 孙驰宇, 张大军

2023, 44(8): 20230098. doi:10.7503/cjcu20230098

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为开发高效、高选择性抗弓形虫药物, 依据药物拼合原理, 设计合成了20个新的四氢吡啶并[4,3-d]嘧啶衍生物. 以1-苄基-3-乙氧羰基-4-哌啶酮盐酸盐为起始物, 通过7步反应得到了目标化合物7a～7t, 其化学结构均经过核磁共振波谱(¹H NMR, ¹³C NMR)、质谱(MS)以及元素分析联合确证. 采用噻唑蓝(MTT)法考察了其体外抗弓形虫活性, 并筛选出活性最理想的化合物; 定量考察其对弓形虫二氢叶酸还原酶(TgDHFR)的抑制活性. 研究结果表明, 10个化合物的体外抗弓形虫活性优于阳性对照药乙胺嘧啶及磺胺嘧啶. 化合物7p的体外抗弓形虫活性最理想, 针对TgDHFR的半数抑制浓度(IC₅₀)仅为15 nmol/L, 而针对人源二氢叶酸还原酶(hDHFR)的IC₅₀值为1460 nmol/L, 表现出很高的选择性. 分子对接实验结果显示, 化合物7p可通过5个氢键与TgDHFR强力结合, 可对其进行深入研究以开发抗弓形虫的新药.

[Fe]在环氧化物选择性开环反应中的催化性能

姚依璇, 鲁长波, 张洪伟, 张杜鑫, 商红岩, 田原宇

2023, 44(8): 20230137. doi:10.7503/cjcu20230137

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使用价格低廉且储量丰富的铁基催化剂实现了环氧化物的开环反应, 其中Fe(BF₄)₂·6H₂O表现出最优的催化效果. 研究发现, 该反应能以高区域选择性得到醛产物, 当以1,4-二氧六环为溶剂, 添加0.01 mmol Fe(BF₄)₂·6H₂O催化1,2-环氧辛烷开环反应时, 辛醛收率高达98%, 选择性为99%. 该反应体系适用于多种烷基和芳基取代的环氧化物. 循环实验结果表明, Fe(BF₄)₂·6H₂O可在保持良好催化活性的前提下重复使用3次, 在第4次反应时催化剂开始出现显著失活的现象. 采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 X射线衍射(XRD)、 X射线荧光光谱(XRF)以及热重分析(TGA)等手段对催化剂进行表征发现, 其失活原因在于反应过程中B和F元素的流失对催化剂的结构及配位性能造成了影响. 这进一步证明了催化剂的作用机制并揭示了失活机理, 并为该类催化剂在均相体系中的高效应用提供了理论依据.

对苯二酚钠正极材料的制备及在钠离子电池中的应用

孟治成, 卢勇, 严振华, 陈军

2023, 44(8): 20230158. doi:10.7503/cjcu20230158

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相比于无机电极材料, 有机电极材料具有资源丰富、绿色环保、可再生及比容量高等优点, 是一类十分具有发展潜力的钠离子电池电极材料. 其中, 还原态的有机电极材料可以与技术成熟的硬碳等负极进行匹配, 更加具有实际应用的前景. 然而, 目前还原态有机正极材料在制备与钠离子电池应用方面仍存在较大的挑战. 本文利用氢氧化钠水溶液, 在无氧条件下与过量的对苯二酚反应, 随后通过加热方法制备了钠化有机电极材料对苯二酚钠, 并将其作为正极材料应用于钠离子电池. 该制备方法操作简便、不需要使用有机溶剂、原材料利用率高, 具有规模化制备的前景. 使用该方法制备的对苯二酚钠电极材料在0.1C倍率下首次放电比容量为182 mA·h/g; 使用6 mol/kg 双(三氟甲基磺酰)亚胺钠/乙二醇二甲醚高浓度电解液可使材料循环性能得到明显提升, 循环30次后容量保持率为62%, 而使用常见的1 mol/L NaPF₆/G2电解液时, 循环10次后容量保持率仅有35%.

NTO晶体空穴缺陷对热分解机理的影响

宁丽媛, 李丽洁, 陈锟, 金韶华, 鲁志艳

2023, 44(8): 20230055. doi:10.7503/cjcu20230055

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为了研究晶体缺陷对3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)热分解过程的影响, 构建了内含256个NTO分子的完美晶体模型及分别含有0.78%, 1.17%, 2.34%, 3.13%和5.10%空穴缺陷的晶体模型, 分别计算了1500 K下6种模型的势能、产物变化等, 分析了反应初始路径并计算了热分解反应速率. 结果表明, 在1500 K条件下, NTO初始分解反应包含NTO聚集产生团簇、 C—NO₂键断裂脱硝基、分子间质子转移导致的开环反应和环断裂反应(包括C3—N4, N1—C5键的断裂和C3—N4, N1—N2键的断裂) 4种类型. 在0.78%~2.34%空穴浓度范围内, 随着缺陷浓度增加, 4种初始反应发生频次增加, 质子化反应提前, 环断裂反应延后. 当缺陷浓度超过2.34%时, 空穴的存在导致晶体塌陷, 4种初始反应频次降低, 复杂反应频次增加. 空穴缺陷的存在使整体热分解进程加快.

直接Z型In₂SSe/Sb范德华异质结光催化水分解的第一性原理研究

曹圣哲, 黄欣, 杨志红

2023, 44(8): 20230145. doi:10.7503/cjcu20230145

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采用第一性原理方法研究了In₂SSe/Sb范德华异质结的光催化性质. 计算结果表明， In₂SSe/Sb异质结是直接带隙半导体，带隙为0.82 eV，其能带结构呈交错型排列，在异质结界面处会形成由Sb指向In₂SSe的内置电场，构成Z型异质结结构，有利于电子-空穴对的有效分离. 异质结的带边位置跨越水的氧化还原电位并表现出从红光到紫外光的强光吸收. 该研究结果为基于In₂SSe/Sb异质结的设计提供了理论参考.

丙酮羰基¹³C化学位移表征分子筛限域效应的理论计算

熊文朋, 褚月英, 王强, 徐君, 邓风

2023, 44(8): 20230063. doi:10.7503/cjcu20230063

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2-¹³C-丙酮是表征分子筛酸性的重要探针分子, 其¹³C化学位移是分子筛孔道限域效应与酸强度(可以用去质子化能来表征)协同作用的结果. 为了揭示影响丙酮羰基¹³C化学位移的主导因素, 采用理论计算方法研究了分布在分子筛外表面、孔口、内表面及不同尺寸孔道内的Brønsted酸位对吸附丙酮羰基¹³C化学位移的影响, 发现丙酮在分子筛体系呈现氢键吸附的形式. 计算结果表明, 吸附丙酮羰基¹³C化学位移随分子筛固有酸强度的增加而增加, 但是不存在定量的线性关系; 在限域较强的孔道内¹³C化学位移变化非常大, 分子筛限域效应越强(丙酮吸附能越大)则羰基¹³C化学位移越大, 并且与吸附能呈线性关系, 这说明丙酮羰基¹³C化学位移可以用来定量描述分子筛孔道限域效应的强弱.

Ni/TiO₂-V_O纳米线自支撑薄膜的界面工程与电催化产氢性能

赵环宇, 米洪田, 常月琪, 周冬雪, 张立国, 杨穆

2023, 44(8): 20230057. doi:10.7503/cjcu20230057

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将采用水热法合成的钛酸钠纳米线自支撑薄膜通过离子交换及高温H₂/Ar（H₂的体积分数5%）混合气还原, 构筑了负载Ni纳米颗粒的富氧空位的TiO₂纳米线自支撑薄膜材料(Ni/TiO₂-V_O NFFs). 在H₂/Ar混合气高温还原过程中, TiO₂纳米线产生的大量氧空位和低配位的Ti³⁺可以调节TiO₂的电导率. Ni与TiO₂在界面的强相互作用优化了电子结构, 促进了电化学析氢反应(HER)活性的提升. 密度泛函理论（DFT）计算结果显示, Ni/TiO₂-V_O NFFs具有更优的氢吸附吉布斯自由能(ΔG_H*). 在1 mol/L KOH溶液中, Ni/ TiO₂-V_O NFFs在10 mA/cm²电流密度下的过电位为67 mV, 且具有优异的稳定性, 在电催化HER领域中显示出巨大的应用潜力.

氧化还原石墨烯基微流体发电机感应电势影响因素的研究

高伟卓, 景蔚萱, 杜妍睿, 李泽昊, 韩枫, 赵立波, 杨朝初, 蒋庄德

2023, 44(8): 20230033. doi:10.7503/cjcu20230033

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采用不同浓度的分散液制备了氧化还原石墨烯基微流体发电机, 测得了不同NaCl溶液流体流速时的感应电势. 根据Nernst-Planck方程建立了工作电极表面扩散层内Na⁺离子浓度与感应电势之间的量化关系. 基于不同流体流速时所测得的感应电势值, 分析了流体流速-Na⁺离子物质输运及其吸附浓度-微流体发电机感应电势之间的影响关系. 引入表面纹理纵横比(Str)和最大高度(Sz)等特征参数量化表征了氧化还原石墨烯薄膜的表面形貌, 研究了分散液浓度-氧化还原石墨烯表面形貌-工作电极表面Na⁺离子吸附量-微流体发电机感应电势之间的内在规律. 当NaCl溶液流体流速为50 μL/min、氧化还原石墨烯浓度为1 mg/mL时, 微流体发电机感应电势可达-343 mV. 研究结果不但有助于碳基微流体能量收集器工艺参数的优化及性能改进, 还有利于与微流道相关的光降解器、离子敏传感器和电化学葡萄糖传感器等器件性能的提升.

磷改性失活TS-1高效催化C₅⁼裂解制备C₂⁼/C₃⁼反应的研究

徐德义, 丁超俊, 李芳, 刘月明, 何鸣元

2023, 44(8): 20230094. doi:10.7503/cjcu20230094

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发展C₅⁼催化裂解高效制乙烯和丙烯(C₂⁼/C₃⁼)技术具有重要的研究意义及工业应用价值, 其核心在于高效催化剂的开发. 本文发展了以失活钛硅分子筛TS-1(De-TS-1)为催化剂的C₅⁼催化裂解过程, 研究发现, P改性后的De-TS-1显示出优异的催化反应性能, C₂⁼+C₃⁼选择性与单程寿命分别达77.1%和213 h, 其综合催化性能优于经典的ZSM-5催化剂. 进一步研究表明, De-TS-1的Brønsted性质符合C₅⁼裂解高效裂解的基本要求, P改性可进一步降低De-TS-1中Brønsted酸的酸密度和酸强度, 从而促进了目标产物C₂⁼/C₃⁼生成的主反应, 抑制了C₅⁼裂解过程中氢转移、芳烃异构化等副反应. 以De-TS-1为催化剂高效催化C₅⁼裂解过程的研发, 为废催化剂的资源化利用提供新思路的同时, 也提供了发展新型固体酸催化剂的新方案.

酸性质调控对Pd/MIL-100(Cr)催化苯甲醇一步氧化制缩醛性能的影响

李子鹏, 耿佳鑫, 刘颖雅, 孙志超, 王瑶, 王安杰

2023, 44(8): 20230059. doi:10.7503/cjcu20230059

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采用水热法合成了金属有机骨架材料MIL-100(Cr), 通过双溶剂浸渍和氢气还原制备了双功能催化剂Pd/MIL-100(Cr). 以苯甲醇一步氧化制缩醛为模型反应, 研究了载体表面酸性质对催化性能的影响. 结果表明, 串联反应可以有效提高苯甲醇氧化反应的速率, 不同还原温度及活化温度均对MIL-100(Cr)的酸性质有影响, 进而影响缩醛产物的选择性. 吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)及氨程序升温脱附(NH₃-TPD)表征结果表明, 升高催化剂处理温度, L酸中心增加, B酸中心减少, B酸中心对提高缩醛选择性有利. 在最优条件下, 70 ℃反应12 h, 苯甲醇的转化率大于99.9%, 缩醛的选择性为76.2%. 采用X射线光电子能谱(XPS)表征了Pd物种及载体 MIL-100(Cr)的电子性质, 考察了催化剂的循环稳定性; 通过X射线粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸附-脱附等温线及NH₃-TPD表征分析了催化剂失活的原因.

金纳米花的简易合成及催化硼氢化钠还原对硝基酚性能

冯瑞沁, 方云, 樊晔, 夏咏梅

2023, 44(8): 20230027. doi:10.7503/cjcu20230027

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以聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基硫酸钠混合水溶液为软模板, 以聚乙烯吡咯烷酮为原位还原剂, 通过简易一锅法制备金纳米花. 利用透射电子显微镜、紫外-可见分光光度计及X射线衍射仪对其粒径、形貌及晶体结构等进行表征. 结果表明, 制得的纳米金的平均等效粒径约为37 nm, 由于其表面富集约10 nm的突起, 故形貌状似纳米花; 其具有以{111}晶面为主的面心立方晶体结构, 并在560~570 nm范围内有局域表面等离子共振的特征吸收. 该金纳米花在催化硼氢化钠还原对硝基酚制备对氨基苯酚的反应中显示出优异的催化性能和重复使用性能. 利用该金纳米花(0.83 mmol/L)催化硼氢化钠(3.52 mmol/L)完全还原对硝基酚(0.12 mmol/L)的时间为10 min, 反应速率常数为0.1846 min^-1, 而硼氢化钠的还原效率(3.409×10^-3 min^-1)提高到文献报道水平的 1.64~55.6倍; 且该金纳米花催化剂循环使用10次后对催化对硝基酚完全转化的时间基本无影响.

炭黑N134在不同橡胶基体中的分散及其混炼工艺调控

贺天成, 王玉阁, 陈思源, 尹园, 孙洪国, 郑雅芳, 孙昭艳

2023, 44(8): 20230093. doi:10.7503/cjcu20230093

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以炭黑N134作为填料, 对比了异戊橡胶、丁苯橡胶及仿生橡胶3种体系下混炼工艺对硫化胶性能的影响, 并针对仿生橡胶体系炭黑分散度低的问题, 对混炼工艺进一步优化, 从而提高分散度和动静态性能. 结果表明, 在所研究的密炼时间范围内, 随着密炼时间的延长, 异戊橡胶体系和丁苯橡胶体系的分散等级由原本的1级左右提升至6级以上. 但延长密炼时间并未明显提升仿生橡胶体系的炭黑分散度. 针对该问题引入塑炼和包辊工艺, 仿生橡胶炭黑分散性明显提高. 随炭黑分散等级的增加, 3种橡胶体系的伸张疲劳性能均得到了较大改善. 其中仿生橡胶生胶经塑炼后, 门尼黏度和重均分子量均明显下降, 表明塑炼对于增强胶料的加工性能有明显作用. 相同炭黑混炼时间下, 随着塑炼时间的延长, 硫化胶佩恩效应也增强, 这主要是由于炭黑分散程度的提高使得炭黑与橡胶基体的有效接触面积增加, 进而在一定程度上增加了界面结合胶的含量.

三种典型半芳香族聚酯的单分子力谱

万鹏程, 陆松, 鲍雨, 崔树勋

2023, 44(8): 20230126. doi:10.7503/cjcu20230126

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以聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯为研究对象, 利用单分子力谱技术研究了3种典型半芳香族聚酯在壬烷和去离子水环境中的单链力学性质. 这3种聚酯在相同液体环境中的单链弹性曲线重合, 表明亚甲基数量的微小差异对聚酯的本征弹性及亲/疏水性没有显著影响. 这可能是因为聚酯分子结构非常相似, 在溶液中均以无规链构象存在, 故表现出相同的单链弹性. 而聚酯宏观材料理化性质的差异可能是因为当分子链聚集形成晶体时, 链段的排列组合方式以及分子间作用力发生了变化. 单分子力谱研究有望为聚酯的性能调控提供一定的理论支持.

金属离子配位交联的热敏双网络水凝胶环境响应性黏附行为

陈顺兰, 许丹妮, 李学锋, 彭格格, 黄以万, 龙世军, 张高文

2023, 44(8): 20230192. doi:10.7503/cjcu20230192

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采用“一锅法”制备了具有环境响应性黏附的热敏双网络水凝胶(TDN). 研究结果表明, TDN_87.5水凝胶的剪切粘接强度最佳(26.53 kPa). 进一步引入多种价态的金属离子配位交联TDN_87.5热敏水凝胶, 拉伸强度提高 1倍以上(由TDN_87.5水凝胶的172.46 kPa提高至TDN_87.5‐Zr水凝胶的373.72 kPa), 相应剪切粘接强度提高约 16倍(由26.53 kPa提高至447.29 kPa). 通过调整浸泡Zr⁴⁺溶液的浓度、时间和温度等, 得到剪切粘接强度最优(552.62 kPa)的TDN_87.5‐Zr_0.3@90 ℃水凝胶, 并对多种方法调控TDN热敏水凝胶黏附行为的原理展开讨论, 为开发同时具有高强度、高界面黏附性能和可控形状变形的新型水凝胶提供了一个新的思路.

仿生鲨鱼皮黏液分泌超亲水功能表面的制备及性能

刘云鸿, 彭新艳, 刘小龙

2023, 44(8): 20230089. doi:10.7503/cjcu20230089

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以聚乙二醇型非离子表面活性剂作为亲水改性剂, 与聚氨酯丙烯酸酯预聚体复合, 进一步通过紫外光固化等手段制备出仿生鲨鱼皮黏液分泌的超亲水功能表面. 研究表明，在光固化聚氨酯体系中引入吐温20(Tween 20)、吐温40(Tween 40)、吐温60(Tween 60)、吐温80(Tween 80)、吐温85(Tween 85)或曲拉通X-100 (Triton X100)等亲水改性剂, 可获得具有稳定自修复功能的超亲水仿生功能表面, 且展示出较好的透光性和防雾与油-水分离效果. 该仿生鲨鱼皮黏液分泌超亲水功能表面的制备方法简单有效、绿色环保, 为仿生超亲水表面材料的设计和制备提供了新思路, 有望用于生物医用涂层、油-水分离及防污涂料等领域.

TBIR对天然橡胶纳米复合材料结构和性能的调控

钱浙濠, 王硕, 宗鑫, 蔡磊, 贺爱华

2023, 44(8): 20230023. doi:10.7503/cjcu20230023

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利用天然橡胶湿法胶(W-NR)与天然橡胶(NR)制备了NR/W-NR混炼胶，并进一步利用反式-1，4-丁二烯-异戊二烯共聚橡胶(TBIR)改性NR及NR/W-NR，构筑具有不同聚合物网络结构及填料网络结构的橡胶纳米复合材料. 采用炭黑填料分散仪、差示扫描量热仪以及平衡溶胀法等研究了白炭黑填充NR和NR/W-NR， NR/TBIR及NR/W-NR/TBIR橡胶纳米复合材料的结构与性能. 结果表明，与NR和NR/W-NR相比， TBIR的加入可在天然橡胶基体中构筑聚合物双网络结构(包括硫交联键和TBIR片晶物理交联点)，提高了混炼胶的模量与格林强度，改善了填料分散性，进而提高填料-橡胶相互作用. 分别相对于NR和NR/W-NR硫化胶， NR/TBIR(90/10)及NR/W-NR/TBIR(40/66.5/10)硫化胶的耐磨性及伸张疲劳性能提高，滚动阻力降低，耐老化性改善. 其中， TBIR与湿法胶并用构筑的NR/W-NR/TBIR(40/66.5/10)硫化胶具有更低的滚动阻力及优异的综合性能. 本文建立了一种简单有效调控天然橡胶纳米复合材料的填料网络结构与聚合物网络结构的方法，赋予了天然橡胶基复合材料优异的综合性能.

陶瓷前体改性竹基多孔碳协同聚磷酸铵阻燃环氧树脂及其热稳定性和力学性能

王芳, 郝建薇

2023, 44(8): 20230030. doi:10.7503/cjcu20230030

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绿色、低成本及高性能一直是材料制备面临的挑战. 本文利用硅烷偶联剂水解产物硅醇与硼酸反应制备了硅硼陶瓷前驱体改性竹基多孔碳材料(MPCM), 其中以γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)和硼酸改性的MPCM(M6PCM, 质量分数1.6%)与聚磷酸铵(APP, 质量分数6.2%)协同阻燃环氧树脂(EP)的EP/APP/M6PCM复合材料氧指数达到了31.1%, 热释放速率峰值降低了60%, 残炭量增加了12.7%，玻璃化转变温度提高到136 ℃, 储能模量达到3319 MPa. 机理研究表明, M6PCM表面的硅硼陶瓷前驱体加快了APP脱除H₂O和NH₃形成聚磷酸的速度, 促进了类陶瓷炭的形成及类石墨碳的转化. 与相关研究结果相比, APP/M6PCM体系在提高EP复合材料性能的同时显示出了成本优势.

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