最新研究進展－化學與化工專輯

最新研究進展－化學與化工專輯

電致變色的碳納米管/聚二炔納米復合纖維

彭慧勝 教授 復旦大學高分子科學系

聚二炔等變色材料在溫度、pH值和化學或機械應力等各種環境刺激下改變顏色，并已被制成傳感裝置。研究發現，人工合成的碳納米管/聚二炔納米復合纖維可對電流作出迅速且可逆的響應，產生了肉眼清晰可見的顏色改變。這種復合纖維也可以對其他刺激作出顏色響應。例如，碳納米管/聚二炔納米復合纖維在可忽略拉長的條件下呈現出迅速而可逆的應力誘導的變色現象。這種電致色在傳感器領域具有廣闊的應用前景。

——摘自《NATURE NANOTECHNOLOGY》

石墨烯量子電容的測定

李景虹 教授 清華大學化學系

石墨烯由于其獨特的電化學特性而受到廣泛的關注。目前，許多研究集中在由帶電雜質和其他異物的分散程度決定的電子移動。然而，量子電容作為另一個重要的量卻被嚴重的忽視。在這里，我們報道了一種利用三電極電化學配置以門電勢函數直接測定石墨烯的量子電容的方法。研究結果顯示，量子電容在D irac點有一個非零最小值，在最小值的兩側呈斜率相對較小的線性增加。我們實驗結果而非理想石墨烯理論預測結果表明帶電雜質也會影響量子電容。我們還測量了在不同離子濃度下的氣溶膠中電容，我們的結果強烈表示長期以來關于碳電極上界面電容的難題有量子學起因。

——摘自《NATURE NANOTECHNOLOGY》

自組裝陽離子肽納米顆粒作為一種有效抗菌劑

李蘭娟 中國工程院院士 浙江大學醫學院

抗菌陽離子肽因其具有抗多重耐藥性細菌的能力而備受關注。大部分的肽結構為α單環結構（α-helices）或是β表格樣結構（β-sheet-like），這類的抗菌肽能插入帶負電荷的細菌細胞表面，并分解細菌細胞壁。研究發現，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。動物試驗表明，這類肽能有效殺死耐藥性金黃色葡萄球菌。在試驗動物兔身上，這類肽能穿越血腦屏障，有效抑制腦內細菌感染。這些研究結果表明，這些抗菌陽離子肽是一類有應用前景的抗菌藥物。

——摘自《NATURE NANOTECHNOLOGY》

多種磁性納米管的結構和磁性特性

韓秀峰 研究員 中國科學院物理研究所

研究低成本電沉積法制作的磁性納米管的結構和磁性特性。描述了在不同直徑、壁厚和長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。這些納米管的結構、磁性、磁化反轉等特性被以幾何參數函數的形式研究。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度。研究結果表明，納米管制作允許系統性調整納米管的內外直徑、長度和厚度。壁厚影響鐵磁性納米管磁化過程。

——摘自《NATURE NANOTECHNOLOGY》

H+S iH4反應的全維水平準經典軌道研究揭示原子水平機制

邊文生 研究員 中國科學院化學研究所

我們闡述了化學反應通用的新原子水平機制，我們的發現多原子交換和抽取反應本質的深入理解具有重要意義。用于描述構建的H+S iH4抽取的交換反應的12維勢能面（PES）是基于改進Shepard內插法和UCCSD（T）/cc-pVQZ能量計算。PES有抽取的經典勢壘高度為5.35kcal/mol，放熱性為13.12kcal/ mol，這與實驗相一致。針對這一新PES準經典軌道計算揭示有趣的詳細動力學定量特性和基本新機制。我們計算出的交換產物的角度分布在向前半球并在側邊帶有尾巴，這歸因于三個機制的結合：inversion、torsion-tilt和side-inversion。隨著沖撞能的提高，我們計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機制之間的競爭來揭示。這里stripping處于較低的能量上，但在概念上與Zare等人在H+C D4反應中觀察到的相似。這些每一個原子水平機制可以通過直接軌道實驗證實，其中的兩個（torsion-tilt和side-inversion）是本項研究的研究對象。

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

活酵母細胞作為熒光量子點可控細胞合成器

龐代文 教授 武漢大學化學與分子科學學院

能耗，污染以及安全性一直是化學合成領域里亟待解決的問題。通過時空耦合活細胞內的互不相關的生化反應，成功地在活的酵母細胞內尺寸及熒光發射波長可控地合成出了CdSe量子點。通過這種方法，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，現在只需在不添加這些危險有機試劑的條件下，在30oC時就可以合成出來。這個方法具有以下的特點：首先，這種時空耦合細胞內非自然存在的生化反應的思路和策略是新穎的；第二，這種方法本身十分地綠色，整個反應過程中是在30oC的室溫條件下進行的，避免了所有易燃易爆的有毒有機試劑，并且CdSe是在活的酵母細胞內得到的，這說明這種方法對于細胞的毒性很小。第三，在以往的工作中使用生物合成的方法得到的半導體納米材料，既不能得到產物的熒光性質也無法控制產物的粒徑大小，而用這種方法合成的C dS e量子點，無論從材料的單分散性、粒徑的控制還是熒光性質等方面都具有以往用生物合成的方法得到的半導體材料所無法比擬的性質。

——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 中國科學院化學研究所

我們通過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的聚苯撐乙炔衍生物（T A-P P E）。結構分析表明，在格子參數內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鏈骨架與納米絲長軸平行，支鏈與其垂直。有機場效應晶體管（O rganicfield-effecttransistors，O F E T s）檢測納米絲的傳遞特性，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個數量級，這說明了一維聚合物納米絲晶體的高效性。研究結果對于檢測P I P E S聚合物半導體的固有特性和促進它們在電子設備中的潛在應用具有特殊的啟發性和價值。

——摘自《JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY》

聚合物-沸石復合中空纖維支持物上的高效沸石-N aA膜

王正寶 教授 浙江大學化學工程于生物工程學系

我們發現了一種利用聚合物-沸石復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）可以通過簡單地原位水熱結晶化在聚合物-沸石復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，獨立的而且常常是復合的種子進程可以被忽略。由于一個非常統一的晶體分布很容易得到，所以連續的沸石膜制備具有高重復性。這些復合中空纖維可以通過在中空纖維擠壓成形前將沸石晶體結合進復合物的簡單方法生產，因此這種方法成本低廉。

——摘自《JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY》

H F處理硅納米絲的優良光催化特性

邵名望 教授 蘇州大學功能納米與軟物質(材料)實驗室

H F處理的硅納米絲呈現出優良地光催化特性，甚至比許多理想的鈀、金、銀和銠等改性金屬納米絲還要好。這種現象對于硅相關材料的應用具有重要的意義，因為這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1周時間內保持穩定，進一步我們為這種穩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的催化發光傳感材料

呂弋 教授 四川大學化學學院

在十二（烷）酸酯-N a2S O3-乙醇/十二（烷）酸酯-乙醇系統中，通過水熱處理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。X R D、S E M、H R T E M和N2吸收測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，設計了新型丙酮氣體傳感器，評價了傳感器的催化發光特性，并研究了影響參數的作用。實驗結果顯示，所制備的M n3O4材料的催化發光特性依賴于形狀，Mn3O4微八面體表現出優秀的丙酮傳感特性。在優化實驗條件下，催化發光密度對丙酮蒸氣濃度的計算曲線是在2.6-52.2和52.2-394.0μg·ml-1范圍內分別呈線性，測量極限為0.4μ g·ml-1（信噪比=3），范圍I的相對標準偏差為3%。就長期穩定性而言，在6個月的時間里，丙酮的濃度為470.4μg·ml-1信號的正負變化為11%。該傳感器的最快響應時間為3s，恢復時間小于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 教授 哈爾濱工程大學材料科學與化學工程學院

空氣熱處理后以無模板生長方式制備鎳泡沫支持的C o3O4納米絲矩陣，并通過掃描電子顯微鏡、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，緊密地包裹在鎳泡沫骨架表面。環狀電壓計、計時電流法和電化學阻抗光譜分析堿性基質中在C o3O4納米絲矩陣上的H2O2電還原。對于H2O2電還原，C o3O4納米絲電極表現出較高的活性、穩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》