复杂流体-固体界面相互作用热力学机制

具有复杂结构的纳微界面往往是界面复杂作用和宏观实验现象的主导因素。要准确描述界面处复杂流体的行为,需要引入能描述复杂流体-固体界面相互作用的分子热力学模型。本综述围绕分子热力学模型化方法拓展至纳微界面传递问题,提出“分子热力学建模+分子模拟+纳微实验”三者有机配合新思路。并针对复杂流体-固体界面相互作用的定量研究,着重综述了作者在热力学建模,分子模拟以及采用原子力显微镜 (atomic force microscopy,AFM) 实验方面的研究进展,创新性地提出将AFM定量化分析作为桥梁,用于构建分子模拟模型,描述复杂界面作用,揭示分子热力学机制,为构建纳微界面传递模型以及分子热力学模型由体相拓展至界面提供了可能。     

介孔TiO2对不同蛋白的选择性固定化性能

通过500℃下焙烧H₂Ti₂O₅制备介孔TiO₂-500作为高效液相色谱的固定相填料,测试牛血清蛋白（BSA）、肌红蛋白（myoglobin）、溶菌酶（lysozyme）在不同pH环境下的停留时间分布,结果表明,在pH=4.7,三种蛋白质几乎都固定化,在pH=7.4和11条件下,三种蛋白通过色谱柱的停留时间为溶菌酶>肌红蛋白>牛血清蛋白。三种蛋白在介孔TiO₂-500表面的宏观常压吸附量的结果与色谱结果相一致,介孔TiO₂-500对于三种蛋白的固定化能力为溶菌酶>肌红蛋白>牛血清蛋白。因此,该介孔TiO₂对不同蛋白的显著的固定化性能的差异使其在蛋白质的吸附和分离、固定化酶等领域有着潜在的应用。     

纳微界面增强CO2吸收及机理分析

CO₂捕集与分离是解决当前全球温室效应和发展可再生能源的关键步骤，传统CO₂分离及过程强化方法存在速率与效率的博弈。纳微界面强化广泛用于多相传递的化工过程，其对CO₂传递过程的影响也比较显著。本综述从纳微界面处CO₂传递模型的建立及阻力调控、纳微界面处CO₂平衡态化学位的获取(推动力调控)以及界面强化机制的分子模拟分析等三个方面进行阐述。基于上述结果进一步分析真实吸收塔分离CO₂过程的阻力调控并提出“三段式强化方案”，以优化CO₂分离过程的投资与运行成本。     

TiO2纳米管阵列粗糙度调控及其与蛋白相互作用

采用电化学阳极氧化法，通过改变电解液氟离子浓度(0.4%、0.3%、0.2%(质量))和电压(15、25、35、45 V)，制备一系列不同管径和粗糙度的TiO₂纳米管阵列(TiO₂ nanotube arrays, TNAs)。通过扫描电子显微镜以及原子力显微镜(atomic force microscopy, AFM)表征，结果表明随着电解液中氟离子浓度的降低，制备得到的TNAs表面平整度更好，壁厚增大，粗糙度降低。采用AFM力学表征研究了表面粗糙度以及管径对TNAs表面力学性质以及与细胞色素C(Cytochrome C, Cyt C)相互作用的影响，结果表明，黏附力与接触面积呈正比，随着TNAs管径增加，壁厚减小，TNAs与Cyt C的有效接触面积先增大后减小，两者之间作用力也先增加后减小；同时，同管径条件下粗糙度降低，TNAs有效面积增加，相互作用力也增加；由此可见，通过改变电解液氟离子浓度可以有效调控TNAs表面粗糙度及有效接触面积，进一步利于促进与蛋白分子之间相互作用。     

介孔TiO_2对不同蛋白的选择性固定化性能

通过500℃下焙烧H2Ti2O5制备介孔TiO2-500作为高效液相色谱的固定相填料,测试牛血清蛋白(BSA)、肌红蛋白(myoglobin)、溶菌酶(lysozyme)在不同pH环境下的停留时间分布,结果表明,在pH=4.7,三种蛋白质几乎都固定化,在pH=7.4和11条件下,三种蛋白通过色谱柱的停留时间为溶菌酶肌红蛋白牛血清蛋白。三种蛋白在介孔TiO2-500表面的宏观常压吸附量的结果与色谱结果相一致,介孔TiO2-500对于三种蛋白的固定化能力为溶菌酶肌红蛋白牛血清蛋白。因此,该介孔TiO2对不同蛋白的显著的固定化性能的差异使其在蛋白质的吸附和分离、固定化酶等领域有着潜在的应用。     

复杂流体-固体界面相互作用热力学机制

具有复杂结构的纳微界面往往是界面复杂作用和宏观实验现象的主导因素。要准确描述界面处复杂流体的行为,需要引入能描述复杂流体-固体界面相互作用的分子热力学模型。本综述围绕分子热力学模型化方法拓展至纳微界面传递问题,提出"分子热力学建模+分子模拟+纳微实验"三者有机配合新思路。并针对复杂流体-固体界面相互作用的定量研究,着重综述了作者在热力学建模,分子模拟以及采用原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)实验方面的研究进展,创新性地提出将AFM定量化分析作为桥梁,用于构建分子模拟模型,描述复杂界面作用,揭示分子热力学机制,为构建纳微界面传递模型以及分子热力学模型由体相拓展至界面提供了可能。     

TiO2纳米管阵列孔径调控葡萄糖氧化酶生物传感器性能

采用电化学阳极氧化法制备出不同孔径（21、62、83、102 nm）的TiO₂纳米管阵列（TNA）,研究了孔径对固定化葡萄糖氧化酶（GOx）的传感器性能的影响。循环伏安测试结果表明固定在不同孔径大小的TNA上的GOx在葡萄糖溶液中均具有良好的酶活性。计时电流法和交流阻抗法测试发现,当孔径是83 nm时,灵敏度达到最大值27.2 μA·（mmol·L^-1）^-1·cm^-2。调控TNA的孔径可改变固定化GOx的活性及溶液扩散阻抗,从而显著提高生物传感器性能。