化学通报杂志

化学通报杂志2024年第4期

• 面向柔性超级电容器的凝胶电解质研究进展

  魏星名,虞育杰,黄睿,郑永鑫,钟安定,刘建洪

  柔性超级电容器卓越的功率密度和柔性应用能力与可穿戴设备对柔性电源的紧迫需求相吻合，同时具备较大的能量密度提升潜力，使其受到了广泛关注。将水、有机液体、离子液体和导电离子等溶入三维聚合物网络构建导电凝胶作为电解质，不仅简化了柔性超级电容器结构，还通过引入多样的交联方式和合成材料进一步提升其性能，已成为近年备受瞩目的研究方向。本文深入分析并总结了凝胶电解质应用于柔性超级电容器的独特优势及其关键性能优化的方法，包括：调控导电离子含量及传输路径以提高离子电导率；采用双重物理交联和模板化合成策略调节凝胶网络结构以改善机械性能；以及引入有机液体、离子液体等溶剂限制冰晶形成，从而拓宽工作温度范围。然而，凝胶电解质在柔性超级电容器应用中仍然面临一系列挑战，包括生物相容性不足、电极/电解质界面兼容性弱，以及合成材料的环保性不佳。未来研究需进一步解决上述问题，以实现凝胶电解质在柔性超级电容器中的高效应用。

• 石墨烯基纳米材料在抗菌涂层中的研究进展

  何韦毅

  抗菌涂料广泛应用于医疗保健、食品保鲜和医院消毒等多个行业领域。石墨烯是目前最受欢迎的纳米材料之一,在抗菌方面细菌表现出低耐药性,同时对哺乳动物细胞有较小的细胞毒性。石墨烯从物理和化学两个层面协同发挥抑菌效果,物理方面其尖锐边缘与细菌细胞膜的直接接触从而对脂质分子进行破坏性提取,而化学方面通过氧化应激所产生的活性氧以及电荷转移破坏细菌细胞膜。此外,石墨烯用于作为分散和稳定各种纳米材料的载体,且得益于材料之间的协同作用,其复合材料具有较高的抗菌效率和良好的生物相容性,目前已在抗菌包装、伤口敷料和器械表面清洁等方面投入使用。本文首先概述了石墨烯的结构、安全性以及抗菌机理,对石墨烯复合涂层所取得的重要成果进行简要总结,最后综述了石墨烯材料在支架表面改性中的研究进展,展望了石墨烯抗菌涂层的未来发展趋势。

• 针阱微萃取技术的研究与应用进展

  赵金凤,王希越,娄大伟

  随着检测需求的提高与分析技术的发展,简单、自动化、环保与小型化的微型样品前处理技术越来越受到关注。针阱微萃取(NTME)是在固相微萃取(SPME)技术的理论基础上发展起来的一种新型微型萃取技术,其萃取装置将吸附剂填充到不锈钢针内制得,可避免固相微萃取纤维易碎及涂层脱落的问题,而且通过动态萃取,可使目标物被彻底萃取,具有更好的耐用性和富集能力。近年NTME结合气相色谱法在挥发性和半挥发性有机污染物分析中获得广泛应用,已有诸多关于NTME的研究被报道。吸附剂是影响NTME萃取性能的核心,本文简要概述了近年NTME的吸附剂种类,并综述了其在环境、食品、生物领域的应用进展。

• 用于选择性催化还原脱硝的钙钛矿型催化剂研究进展

  邴妍菲,殷成阳,周强,赵震

  在推进“双碳”目标背景下，人们的环保理念不断增强，对污染防治和节能降耗等问题的重视程度越来越高。选择性催化还原技术（SCR）是目前脱硝领域中的研究重点，该技术具有较高的脱硝效率，有良好的应用价值。本文综述了近年来钙钛矿型催化剂用于SCR技术的研究进展，分析了钙钛矿型催化剂的特性，分别对ABO3型、负载型和掺杂型钙钛矿型催化剂进行了介绍，同时对钙钛矿型脱硝催化剂的常见制备方法进行了归纳，最后对钙钛矿型催化剂用于SCR技术进行了总结和展望。

• 稀土掺杂上转换纳米粒子的表面功能化修饰及其生物应用

  白安琪,彭孔浩,孟 颖,殷 慧,宿欣瑶,罗利霞,张凌燕,李淑荣,孟佩俊

  稀土掺杂上转换纳米粒子(RED-UCNPs)作为一种新型高效的上转换发光纳米材料,具有反斯托克斯位移大,发射光谱窄、发光寿命长、材料毒性低等优点,已成为荧光标记、光动力学治疗、生物成像和构建生物传感器等领域的研究热点。然而,目前广泛使用的溶剂热法合成的RED-UCNPs生物相容性和亲水性差,而且不具备与生物分子之间相偶联的活性基团,因此对RED-UCNPs进行表面功能化修饰就显得格外重要。本文重点综述了RED-UCNPs的表面功能化修饰的类型及其应用现状,为RED-UCNPs的进一步研究开发和应用提供思路和参考依据。

• 基于等离子体的新型光催化剂的合成及应用进展

  周勇,曾颖敏,秦雨,柏安江,章家立

  近年来，等离子体光催化剂由于其优异的光吸收和光催化性能，被研究者们认为是解决能源紧缺和环境污染问题的最理想的候选者之一。本文从其催化机理进行探讨，按照催化剂的组成将等离子体光催化剂分类。最后对等离子体光催化剂在环境污染和能源等领域的应用进行综述，并对等离子体光催化剂的未来发展提出了一些展望。

• 废旧锂离子电池正极材料有价金属回收研究进展

  王乔,李海英,汪小琪,王晓东,薛海瑞

  锂电池新能源汽车行业快速发展，大量含有贵金属的废旧锂电池（LIBs）进入退役期。目前废旧锂电池预处理及有价金属回收技术面临能源消耗量大、电池种类泛化性弱等问题。本文介绍了锂电池生命周期、组成及失效机理，综述了国内外废旧锂电池预处理及有价金属回收技术现状。总结了目前预处理技术中放电、破碎及分选工艺的不足，分析了有价金属回收再利用技术中湿法冶金和火法冶金回收工艺的优缺点。提出了废旧LIBs预处理方法和有价金属回收技术的研究方向。

• 非胺类CO2吸收剂的研究进展

  刘均隆,成怀刚,刘倩,钱阿妞

  针对CO2所带来的全球气候变化问题,本文综述了可用于捕集CO2的非胺类吸收剂类型,认为氨基酸盐、氨基酸-碳酸钾体系、离子液体、生物型吸收剂分别具有较高的CO2循环吸收负荷、低毒性、热稳定性好、成本低的优势,可以弥补胺类吸收剂在吸收-解吸CO2时腐蚀性强、再生能耗高、对环境产生二次污染等方面的不足。氨基酸盐、氨基酸-碳酸钾体系可应用于具有一定规模的CO2捕集工业中；离子液体可应用于精准、绿色环保去除CO2工业中；生物型吸收剂可用于规模小、CO2浓度低的工业中。上述吸收剂皆具有一定的工业前景。

• 基于杂交链式反应和共价有机框架的新型荧光传感器用于ctDNA的高灵敏和选择性检测

  赵璐,王涛,王超宇,毛佳欣,刘志雄,李雅茹,白云峰,冯锋

  共价有机框架是近年来发展起来的一种高度结晶的多孔聚合物,由有机单元连接形成。由于其优异的孔隙率,模块性,结晶性和生物相容性,在传感领域显示出良好的应用前景。本文开发了一种基于杂交链式反应 (HCR) 和共价有机框架的新型荧光传感平台,用于高灵敏的检测循环肿瘤DNA (ctDNA)。ctDNA可以作为HCR的激活剂,通过触发发夹1 (H1) 和发夹2 (H2) 的自主交叉打开,激活HCR形成延伸的有缺口的双链DNA,导致荧光信号的变化,从而实现ctDNA的定量检测。HCR产物和荧光信号分别采用琼脂糖凝胶电泳和荧光光谱进行表征。ctDNA浓度在0-10 nM范围内,ctDNA的浓度与荧光信号呈良好的线性关系,检测限为1.3 nM。该方法对ctDNA具有满意的选择性,并在人类血清样品中显示出良好的性能。该荧光传感平台为ctDNA的检测提供了新思路,在癌症早期诊断中显示出潜在的应用前景。

• 绿色合成氧化铈构建导尿管抗菌水凝胶涂层

  戴云莉,刘涵云,宋年华,张书源,李壮,姜磊

  因导尿管引起的微生物感染严重危害患者健康,并容易导致细菌耐药性。基于纳米材料的抗菌涂层是应对导尿管感染的最有效策略之一。S本文利用绿色小球藻自身及其分泌物的还原性环境,制备合成高表面活性的纳米氧化铈Bio-CeO2,能够高效产生活性氧自由基,实现对大肠杆菌、铜绿假单胞菌等致病菌的抑制和杀伤。在这种绿色合成的模拟酶纳米材料基础上,S将其与壳聚糖、京尼平等生物基材料协同作用,在导尿管表面构建稳定的抑菌水凝胶涂层。结果显示,包覆有Bio-CeO2水凝胶抗菌涂层的硅胶导尿管的抑菌效果显著增强,尤其是在低浓度的过氧化氢溶液环境下,S其抑菌效率可提升54%,S这为未来新型广谱抗菌导尿管的设计和感染性疾病的预防控制提供了潜在新材料和技术手段。

• 无机填料在改性两亲性水凝胶防污材料中的应用研究

  刘文艳,何光玲,刘裕华,董磊,于良民

  水凝胶防污材料因其环保特性成为当前海洋防污领域的研究热点,然而其黏附及力学性能的不足仍是限制其实际应用的技术关键。本研究在油性结构单元增加黏附的两亲性水凝胶的基础上,通过物理共混引入Al2O3、 TiO2、蒙脱土和高岭土赋予两亲性水凝胶涂层更多的黏附机制并考察它们对水凝胶涂层其它性能的影响。研究发现,随着无机填料的引入和含量的增加,水凝胶涂层的黏附性能大幅增加,静态泡板和动态划水的不脱落时间分别提高6倍和2.5倍。其中,TiO2和高岭土能使水凝胶涂层的应力明显增强。虽然,无机填料的加入使两亲性水凝胶涂层抑制牛血清蛋白及小新月菱形藻吸附的能力下降,但在实海挂板实验中依然表现出相当的防污能力,且具有一定的实际应用价值。本研究为探讨无机填料对水凝胶涂层性能的影响提供了一些参考,并对提高两亲性水凝胶涂层黏附及力学性能提供了一种策略。

• 易分离回收的BiOBr/TiO2/PAN催化剂的制备及光催化降解盐酸四环素研究

  宋禹昕,梁海欧,白 杰,李春萍

  为了用BiOBr提高TiO2的光催化活性,人们做了大量的研究。然而,大多数工作合成的都是粉体结构,难以回收且易造成二次污染。本文通过静电纺丝技术结合溶剂热法制备了柔性的BiOBr/TiO2/PAN 纳米纤维膜,因其独特的自支撑膜结构,使问题得到解决。通过 SEM、TEM、XPS 、XRD和BET等对其结构和形貌进行表征,使用 UV-Vis DRS、EIS和i-t对其光电性能进行分析。结果表明,与单独的TiO2/PAN相比,在可见光照射下,BiOBr/TiO2/PAN 纳米纤维膜对盐酸四环素(TCH)降解的光催化活性增强,在140min内降解效率达到72.97%;5次循环实验中,催化剂的催化性能趋于稳定,循环后的XRD和SEM表明催化剂形貌和晶体结构没有发生改变,表现出优异的耐久性。

• 氢气还原制备高电容多孔Mn3O4/rGO复合材料

  李智,陈伟达,李婷,蒋东阳,肖泽琛,周烈兴,叶乾旭,付光,蔡金明

  Mn3O4资源丰富、结构稳定，具有较高的理论电容，是一种较有潜力的超级电容器材料，但其较差的导电性却阻碍了其在这方面应用。本论文以实心ε-MnO2微米粉体和具有亲水性的GO粉体为原料，在去离子水中通过磁力搅拌和冷冻干燥制备出具有良好接触的MnO2/GO复合粉体。然后经一步氢气还原处理，使实心ε-MnO2和GO同步转化为具有纳米多孔结构的多孔Mn3O4和RGO，从而获得分散均匀、具有高比表面积和优良导电性的高性能Mn3O4/RGO复合粉体。经电化学测试可知，Mn3O4/RGO复合粉体在2 mV/s的扫描速率下的比电容为25.2 F/g且具有较好的电容留存率。

• 一种多孔氮掺杂生物炭的制备及对四环素吸附性能———创新型实验设计

  张声森,许传毅,高琼芝,刘英菊,杨乐敏,倪春林

  为了拓展农业院校应用化学和材料化学专业高年级学生的学科视野,提高化学实验课程的高阶性、创新性和挑战度, 通过科教融合, 设计了一个创新性实验—利用汉麻废弃物制备多孔氮掺杂生物炭及对四环素吸附性能。实验内容包括氮掺杂多孔生物炭的制备、形貌结构和性质表征、吸附性能和稳定性的测试以及吸附动力学拟合与机理探索等。该实验具有化学、材料学与农业科学和生物科学相结合的特点, 创新性强、操作简便, 可供同类高校的同行借鉴。将农林废弃物的回收利用的科研成果应用于教学实践, 可以突出专业特色, 提升化学类专业学生的科技创新思维、环境保护意识和综合实践能力。

• 徐僖:中国塑料之父

  杨秋佳,刘玉荣,时蕾

  徐僖，被誉为“中国塑料之父”，是我国著名的高分子材料学家。作为科研工作者，他为我国建设了第一家塑料工厂，创办了中国高校第一个塑料专业，开创了高分子力化学新方向，助推了国防工业和石油开采；作为教育工作者，他出版了中国高等工科院校第一本高分子教科书《高分子物化学原理》，用自己严谨治学的科学态度培养了大批优秀人才。本文通过回顾徐僖先生的求学经历和科研历程，重点介绍了徐僖为我国塑料工业、国防工业、教育教学事业做出的卓越贡献。