最新研究進(jìn)展－化學(xué)與化工專輯

電致變色的碳納米管/聚二炔納米復(fù)合纖維

彭慧勝 教授 復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系

聚二炔等變色材料在溫度、pH值和化學(xué)或機(jī)械應(yīng)力等各種環(huán)境刺激下改變顏色，并已被制成傳感裝置。研究發(fā)現(xiàn)，人工合成的碳納米管/聚二炔納米復(fù)合纖維可對(duì)電流作出迅速且可逆的響應(yīng)，產(chǎn)生了肉眼清晰可見(jiàn)的顏色改變。這種復(fù)合纖維也可以對(duì)其他刺激作出顏色響應(yīng)。例如，碳納米管/聚二炔納米復(fù)合纖維在可忽略拉長(zhǎng)的條件下呈現(xiàn)出迅速而可逆的應(yīng)力誘導(dǎo)的變色現(xiàn)象。這種電致色在傳感器領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

——摘自《NATURE NANOTECHNOLOGY》

石墨烯量子電容的測(cè)定

李景虹 教授 清華大學(xué)化學(xué)系

石墨烯由于其獨(dú)特的電化學(xué)特性而受到廣泛的關(guān)注。目前，許多研究集中在由帶電雜質(zhì)和其他異物的分散程度決定的電子移動(dòng)。然而，量子電容作為另一個(gè)重要的量卻被嚴(yán)重的忽視。在這里，我們報(bào)道了一種利用三電極電化學(xué)配置以門電勢(shì)函數(shù)直接測(cè)定石墨烯的量子電容的方法。研究結(jié)果顯示，量子電容在D irac點(diǎn)有一個(gè)非零最小值，在最小值的兩側(cè)呈斜率相對(duì)較小的線性增加。我們實(shí)驗(yàn)結(jié)果而非理想石墨烯理論預(yù)測(cè)結(jié)果表明帶電雜質(zhì)也會(huì)影響量子電容。我們還測(cè)量了在不同離子濃度下的氣溶膠中電容，我們的結(jié)果強(qiáng)烈表示長(zhǎng)期以來(lái)關(guān)于碳電極上界面電容的難題有量子學(xué)起因。

——摘自《NATURE NANOTECHNOLOGY》

自組裝陽(yáng)離子肽納米顆粒作為一種有效抗菌劑

李蘭娟 中國(guó)工程院院士 浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院

抗菌陽(yáng)離子肽因其具有抗多重耐藥性細(xì)菌的能力而備受關(guān)注。大部分的肽結(jié)構(gòu)為α單環(huán)結(jié)構(gòu)（α-helices）或是β表格樣結(jié)構(gòu)（β-sheet-like），這類的抗菌肽能插入帶負(fù)電荷的細(xì)菌細(xì)胞表面，并分解細(xì)菌細(xì)胞壁。研究發(fā)現(xiàn)，這類新型的core-shell納米顆粒具有廣譜的抗菌效果，可殺死多種菌類，如真菌。動(dòng)物試驗(yàn)表明，這類肽能有效殺死耐藥性金黃色葡萄球菌。在試驗(yàn)動(dòng)物兔身上，這類肽能穿越血腦屏障，有效抑制腦內(nèi)細(xì)菌感染。這些研究結(jié)果表明，這些抗菌陽(yáng)離子肽是一類有應(yīng)用前景的抗菌藥物。

——摘自《NATURE NANOTECHNOLOGY》

多種磁性納米管的結(jié)構(gòu)和磁性特性

韓秀峰 研究員 中國(guó)科學(xué)院物理研究所

研究低成本電沉積法制作的磁性納米管的結(jié)構(gòu)和磁性特性。描述了在不同直徑、壁厚和長(zhǎng)度的鋁氧化模板和聚碳膜中，以Fe、Co、Ni等多種元素鐵磁性材料與NiFe、CoPt、CoFeB等鐵磁性合金及CoCrPt納米管矩陣為材料制作納米管。這些納米管的結(jié)構(gòu)、磁性、磁化反轉(zhuǎn)等特性被以幾何參數(shù)函數(shù)的形式研究。矯頑磁性的角度依賴表明鐵磁性納米管存在著卷曲至粘連之間過(guò)度。研究結(jié)果表明，納米管制作允許系統(tǒng)性調(diào)整納米管的內(nèi)外直徑、長(zhǎng)度和厚度。壁厚影響鐵磁性納米管磁化過(guò)程。

——摘自《NATURE NANOTECHNOLOGY》

H+S iH4反應(yīng)的全維水平準(zhǔn)經(jīng)典軌道研究揭示原子水平機(jī)制

邊文生 研究員 中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所

我們闡述了化學(xué)反應(yīng)通用的新原子水平機(jī)制，我們的發(fā)現(xiàn)多原子交換和抽取反應(yīng)本質(zhì)的深入理解具有重要意義。用于描述構(gòu)建的H+S iH4抽取的交換反應(yīng)的12維勢(shì)能面（PES）是基于改進(jìn)Shepard內(nèi)插法和UCCSD（T）/cc-pVQZ能量計(jì)算。PES有抽取的經(jīng)典勢(shì)壘高度為5.35kcal/mol，放熱性為13.12kcal/ mol，這與實(shí)驗(yàn)相一致。針對(duì)這一新PES準(zhǔn)經(jīng)典軌道計(jì)算揭示有趣的詳細(xì)動(dòng)力學(xué)定量特性和基本新機(jī)制。我們計(jì)算出的交換產(chǎn)物的角度分布在向前半球并在側(cè)邊帶有尾巴，這歸因于三個(gè)機(jī)制的結(jié)合：inversion、torsion-tilt和side-inversion。隨著沖撞能的提高，我們計(jì)算出的抽取角度分布的首先在后方散射出峰，然后漂移至較小的分散角，這可以用rebound和stripping機(jī)制之間的競(jìng)爭(zhēng)來(lái)揭示。這里stripping處于較低的能量上，但在概念上與Zare等人在H+C D4反應(yīng)中觀察到的相似。這些每一個(gè)原子水平機(jī)制可以通過(guò)直接軌道實(shí)驗(yàn)證實(shí)，其中的兩個(gè)（torsion-tilt和side-inversion）是本項(xiàng)研究的研究對(duì)象。

——摘自《PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES》

活酵母細(xì)胞作為熒光量子點(diǎn)可控細(xì)胞合成器

龐代文 教授 武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院

能耗，污染以及安全性一直是化學(xué)合成領(lǐng)域里亟待解決的問(wèn)題。通過(guò)時(shí)空耦合活細(xì)胞內(nèi)的互不相關(guān)的生化反應(yīng)，成功地在活的酵母細(xì)胞內(nèi)尺寸及熒光發(fā)射波長(zhǎng)可控地合成出了CdSe量子點(diǎn)。通過(guò)這種方法，使原本在300oC高溫條件下需要使用易燃易爆有毒的化合物才能得到的CdSe量子點(diǎn)，現(xiàn)在只需在不添加這些危險(xiǎn)有機(jī)試劑的條件下，在30oC時(shí)就可以合成出來(lái)。這個(gè)方法具有以下的特點(diǎn)：首先，這種時(shí)空耦合細(xì)胞內(nèi)非自然存在的生化反應(yīng)的思路和策略是新穎的；第二，這種方法本身十分地綠色，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中是在30oC的室溫條件下進(jìn)行的，避免了所有易燃易爆的有毒有機(jī)試劑，并且CdSe是在活的酵母細(xì)胞內(nèi)得到的，這說(shuō)明這種方法對(duì)于細(xì)胞的毒性很小。第三，在以往的工作中使用生物合成的方法得到的半導(dǎo)體納米材料，既不能得到產(chǎn)物的熒光性質(zhì)也無(wú)法控制產(chǎn)物的粒徑大小，而用這種方法合成的C dS e量子點(diǎn)，無(wú)論從材料的單分散性、粒徑的控制還是熒光性質(zhì)等方面都具有以往用生物合成的方法得到的半導(dǎo)體材料所無(wú)法比擬的性質(zhì)。

——摘自《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》

剛性棒共軛聚合物的納米絲晶體

胡文平 研究員 中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所

我們通過(guò)分散劑中自組裝得到了一種剛性棒共軛聚合物形成的清晰、高度結(jié)晶納米晶體，該剛性棒共軛聚合物是帶有硫代乙酸酯末端集團(tuán)的聚苯撐乙炔衍生物（T A-P P E）。結(jié)構(gòu)分析表明，在格子參數(shù)內(nèi)的以斜方晶體為單位的納米絲a約為13.63埃，b約為7.62埃，c約為5.12埃；在納米絲中T A-P P E鏈骨架與納米絲長(zhǎng)軸平行，支鏈與其垂直。有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（O rganicfield-effecttransistors，O F E T s）檢測(cè)納米絲的傳遞特性，研究表明最高載流子遷移接近0.1cm2·V-1·s-1，平均值約為10cm2· V-1·s-1，比相同聚合物的薄膜傳遞高3-4個(gè)數(shù)量級(jí)，這說(shuō)明了一維聚合物納米絲晶體的高效性。研究結(jié)果對(duì)于檢測(cè)P I P E S聚合物半導(dǎo)體的固有特性和促進(jìn)它們?cè)陔娮釉O(shè)備中的潛在應(yīng)用具有特殊的啟發(fā)性和價(jià)值。

——摘自《JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY》

聚合物-沸石復(fù)合中空纖維支持物上的高效沸石-N aA膜

王正寶 教授 浙江大學(xué)化學(xué)工程于生物工程學(xué)系

我們發(fā)現(xiàn)了一種利用聚合物-沸石復(fù)合中空纖維作為支持物的新方法。高效沸石膜（flux=8.0-9.0kg·m-2·h-1，α>10000）可以通過(guò)簡(jiǎn)單地原位水熱結(jié)晶化在聚合物-沸石復(fù)合中空纖維支持物上直接合成。包含在聚合物中空纖維中的沸石晶體作為沸石膜生長(zhǎng)的種子，他們也起到將沸石膜錨定在支持物上，增加沸石膜的粘附力。因此，獨(dú)立的而且常常是復(fù)合的種子進(jìn)程可以被忽略。由于一個(gè)非常統(tǒng)一的晶體分布很容易得到，所以連續(xù)的沸石膜制備具有高重復(fù)性。這些復(fù)合中空纖維可以通過(guò)在中空纖維擠壓成形前將沸石晶體結(jié)合進(jìn)復(fù)合物的簡(jiǎn)單方法生產(chǎn)，因此這種方法成本低廉。

——摘自《JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY》

H F處理硅納米絲的優(yōu)良光催化特性

邵名望 教授 蘇州大學(xué)功能納米與軟物質(zhì)(材料)實(shí)驗(yàn)室

H F處理的硅納米絲呈現(xiàn)出優(yōu)良地光催化特性，甚至比許多理想的鈀、金、銀和銠等改性金屬納米絲還要好。這種現(xiàn)象對(duì)于硅相關(guān)材料的應(yīng)用具有重要的意義，因?yàn)檫@類材料通常用作催化劑載體。溶液中這種H F處理硅納米絲可以在超過(guò)1周時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，進(jìn)一步我們?yōu)檫@種穩(wěn)定性作出了可能性解釋。

——摘自《JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY》

神奇M n3O4微八面體：充滿希望的用于丙酮檢測(cè)的催化發(fā)光傳感材料

呂弋 教授 四川大學(xué)化學(xué)學(xué)院

在十二（烷）酸酯-N a2S O3-乙醇/十二（烷）酸酯-乙醇系統(tǒng)中，通過(guò)水熱處理K M nO4可控性合成，分別得了M n3O4的微八面體和六面體納米盤兩種神奇的形態(tài)。X R D、S E M、H R T E M和N2吸收測(cè)量用于定性所制備的錳氧化材料。以M n3O4微八面體和六面體納米盤為傳感材料，設(shè)計(jì)了新型丙酮?dú)怏w傳感器，評(píng)價(jià)了傳感器的催化發(fā)光特性，并研究了影響參數(shù)的作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，所制備的M n3O4材料的催化發(fā)光特性依賴于形狀，Mn3O4微八面體表現(xiàn)出優(yōu)秀的丙酮傳感特性。在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下，催化發(fā)光密度對(duì)丙酮蒸氣濃度的計(jì)算曲線是在2.6-52.2和52.2-394.0μg·ml-1范圍內(nèi)分別呈線性，測(cè)量極限為0.4μ g·ml-1（信噪比=3），范圍I的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3%。就長(zhǎng)期穩(wěn)定性而言，在6個(gè)月的時(shí)間里，丙酮的濃度為470.4μg·ml-1信號(hào)的正負(fù)變化為11%。該傳感器的最快響應(yīng)時(shí)間為3s，恢復(fù)時(shí)間小于40s。

——摘自《CHEMISTRY OF MATERIALS》

用于H2O2電還原的鎳泡沫支持的C o3O4納米絲矩陣

曹殿學(xué) 教授 哈爾濱工程大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院

空氣熱處理后以無(wú)模板生長(zhǎng)方式制備鎳泡沫支持的C o3O4納米絲矩陣，并通過(guò)掃描電子顯微鏡、投射電子顯微鏡、X射線衍射、紅外光譜、熱解重量分析等手段分析其特性。C o3O4納米絲的直徑約為250nm、長(zhǎng)為15μm，B runauer-E mmett-T eller表面積為78.4m2·g-1。C o3O4納米絲幾乎沿鎳泡沫骨架表面垂直生長(zhǎng)，緊密地包裹在鎳泡沫骨架表面。環(huán)狀電壓計(jì)、計(jì)時(shí)電流法和電化學(xué)阻抗光譜分析堿性基質(zhì)中在C o3O4納米絲矩陣上的H2O2電還原。對(duì)于H2O2電還原，C o3O4納米絲電極表現(xiàn)出較高的活性、穩(wěn)定性和大體積傳遞特性。在室溫下，0.4mol·dm-3H2O2和3.0mol·dm-3N aO H下，-0.4V可得到90mA·cm-2的電流密度。在-0.4V下測(cè)量的C o3O4納米絲的每克電荷密度是C o3O4納米顆粒的1.5倍。

——摘自《CHEMISTRY OF MATERIALS》