静电纺丝中空纳米纤维在催化领域的应用

更大的比表面积、更丰富的界面组成及更高效的传质路径是构筑多元催化体系,实现催化剂效率提升的关键.中空纳米纤维具有的多元空腔结构赋予其比表面积和界面组成上广阔的调变空间,使其成为制备高效异相催化剂的理想平台.静电纺丝技术的发展为中空纳米纤维的可控制备提供了更简易高效的方法,促进了中空纳米纤维的结构创新和应用扩展.本文从构筑策略、结构特点及结构与性能的对应关系3个角度总结了基于静电纺丝法制备的不同组成和形态的中空纳米纤维材料在催化领域(包括光催化、电催化、热催化)应用中的独特优势.首先展示了创新的静电纺丝方法结合后续工艺制备的中空纳米纤维的不同结构形态,然后梳理了基于中空纳米纤维构筑高效催化剂的研究进展,最后展望了中空纳米纤维在催化领域应用的未来发展趋势,以期为高效异相催化剂的设计提供有益的参考.     

静电纺丝技术制备聚合物基中空结构材料

静电纺丝是一种制备纳米尺度连续长丝的技术, 采用静电纺丝技术高效可控地构筑微纳米中空结构材料备受关注. 本文综述了通过静电纺丝技术制备聚合物中空纤维和中空微球的研究进展, 展望了其在不同功能材料领域的发展前景.     

静电纺丝法制备超细聚苯乙烯纳米纤维

采用静电纺丝方法制备了超细聚苯乙烯纤维, 通过向溶液中添加有机胺盐并降低溶液浓度将纤维的平均直径降至100 nm, 并研究了盐的添加量对纤维直径的影响.     

静电纺丝法制备纤维素纳米纤维的研究进展

纤维素纳米纤维很好的结合了纤维素的重要属性和纳米材料的各项特性,但纤维素大分子之间存在大量氢键,使得纤维素较难溶于普通溶剂,导致通过静电纺丝法直接制备纤维素纳米纤维具有一定的难度.而先采用静电纺丝法制备纤维素衍生物纳米纤维,再对纤维素衍生物纳米纤维进行水解也是制备纤维素纳米纤维的一种有效方法.本文对近年来这两种纤维素纳米纤维制备方法的研究进行了综述,并对静电纺制备纤维素纳米纤维的发展前景做出了展望.     

同轴静电纺丝再经两步后处理制备PAN基中空碳纤维

采用聚丙烯腈(PAN)溶液作为壳层,甲基硅油作为芯层,利用同轴静电纺丝技术制备出外径为3μm的同轴PAN复合纤维,经过预氧化和炭化后可以制得直径约为1μm的中空碳纤维.采用扫描电镜(SEM)观察中空纤维形貌.傅立叶红外光谱分析仪(FTIR)表征了热处理前后纤维成分变化.分析了同轴射流结构、芯液/壳液流速比Vin/Vout对中空结构的影响.研究表明,同轴内针尖伸出外针尖的距离Zp是影响同轴射流形成的主要因素,伸出长度Zp约为外针孔半径rout的1/2时得到同轴射流,Zp>0.7rout时从冠状锥体周围产生许多射流,不能在锥顶部形成同轴射流.芯液/壳液流速比Vin/Vout对中空结构的形成有较大影响,当Vin/Vout=0.5时得到多孔纤维,增大芯液流速,当Vin/Vout=1时得到中空纤维,继续增大Vin/Vout=2时得不到同轴射流.     

静电纺丝制备图案化无机纳米纤维

静电纺丝技术近几年在制备纳米纤维领域得到了广泛的应用,被认为是批量制备纳米纤维材料最简单有效的方法。本文综述了近几年高压静电纺丝技术制备图案化无机物纳米纤维的纺丝装置和过程,特别详细综述了纺丝过程中纤维直径的变化,利用带电流体动力学(EHD)理论推导出纤维直径变化的运动方程,并对方程进行一定程度的修订,以符合电纺无机物纳米纤维直径的变化;并综述了取向纳米纤维、中空纳米纤维、壳-核结构纳米纤维、纳米线、纳米带、纳米管及多层次结构纳米纤维的构建及其基本性能。最后对电纺制备图案化无机纳米纤维未来发展方向,特别是功能化多层次结构电纺无机纳米纤维制备进行了展望。     

熔融纺丝制备中空纤维膜研究进展

中空纤维膜作为一种重要的分离膜材料,其制备方法一直以来是膜技术研究领域的热点。相对于溶液法纺丝制膜方法而言,熔融纺丝法具有使用溶剂量少、环境友好、所得中空纤维膜力学性能较优等特点,已成为目前中空纤维膜制备的重要技术之一。本文根据工艺将熔融纺丝制膜方法区分为熔融纺丝-拉伸法和热致相分离法,分别就这两种方法中空纤维膜的制备技术及致孔机理进行介绍,并对二者的研究历史及现状进行了论述,最后,还指出了熔融纺丝制备中空纤维膜研究领域有待解决的问题。     

静电纺丝法制备MgO纳米纤维

以聚乙烯醇(PVA)作为络合剂与醋酸镁反应制得前驱体，采用静电纺丝法制得聚乙烯醇(PVA)／醋酸镁复合纤维，经焙烧后得到分布均匀、具有较高比表面积和多孔结构的。MgO纳米纤维．对所制得的纳米纤维的结晶度、纯度和表面形貌，分别采用X射线粉末衍射、差热一热重分析(TG-DTA)、红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)等分析测试手段进行了表征．结果表明，煅烧温度对纳米纤维的结晶度和形貌有很大影响．     

静电纺丝法制备纳米抗菌纤维的研究进展

纳米抗菌材料是防止细菌等致病微生物对人们生产、生活的破坏而发展起来的一类新型材料.在纳米抗菌材料的众多制备方法中,静电纺丝是一种成本低,工艺可控的技术,制备的纳米纤维具有比表面积大、孔隙率高、纤维均匀等特点.本文作者首先简述了静电纺丝技术以及该技术制备纳米抗菌纤维材料的特点;接着按照菌剂种类不同,对静电纺丝技术制备的抗菌纤维材料进行归类,将其分为无机抗菌纤维材料、天然抗菌纤维材料和复合抗菌纤维材料3类,并对其研究进展进行了评述;最后对静电纺丝技术制备纳米抗菌纤维的研究现状进行了总结与展望.     

静电纺丝制备石墨烯基复合纳米纤维研究进展

在静电纺丝纳米纤维中加入纳米填料——石墨烯(G),有助于提高纳米纤维的性能,扩展其应用领域。本文综述了近年来国内外静电纺丝制备石墨烯基复合纳米纤维的研究现状,重点介绍了石墨烯与聚酰胺(PA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)、二氧化钛(TiO2)等复合纳米纤维制备的研究进展及其在光催化剂、超级电容器、染料敏化太阳能电池(DSSCs)、传感器、生物医学等方面的应用潜力,展望了石墨烯基复合纳米纤维的发展前景。     

A Novel Hollow Carbon@MnO2 Electrospun Nanofiber Adsorbent for Efficient Removal of Pb2+ in Wastewater

Lead ion(Pb²⁺) is one of the most hazardous heavy metal ions in aquatic environments. Carbon materials and manganese dio-xide(MnO₂) have been shown to be prospective adsorbents to cope with the lead pollution. In this study, a novel hollow carbon@MnO₂ composite nanofiber adsorbent was prepared by the combination of electrospinning and carbonization. The PAN nanofiber membrane is subjected to a pre-oxidation and carbonization process, and then the obtained carbon nanofibers react with KMnO₄ solution during the hydrothermal process to develop the hollow carbon@MnO₂ nanofibers. The hollow carbon@MnO₂ nanofibers displayed a higher adsorption capacity of Pb²⁺ than carbon and MnO₂/PDA/PAN nanofibers. The maximum adsorption capacity toward Pb²⁺ by hollow carbon@MnO₂ nanofibers was 460.83 mg/g. After 5 adsorption-desorption cycles, the carbon@MnO₂nanofibers had a good recyclability and the removal efficiency remained 81.47%. Moreover, the removal efficiency of the hollow composite nanofibers for Pb²⁺ from real wastewater could reach 94.37%. This work shows a strategy for synthetics of the hollow carbon@MnO₂ nanofibers, which exhibits a promising potential in actual wastewater treatment.     

Orbital Symmetry in QSAR: Some Schiff's Base Inhibitors of Carbonic Anhydrase

Abstract

In a reexamination of some data on the inhibition of carbonic anhydrase (CA) isozymes I and II by some phenyl and pyridyl substituted sulfanilamide Schif's bases we have found that activity can better be explained by considering the directions of the nodes in π-like near frontier orbitals in the molecules. The near-frontier orbitals involved are those that are analogous to the degenerate pairs of HOMO and LUMO orbitals of benzene. This effect seems common in compounds which contain variously substituted benzene rings and is probably critical to understanding the activity of any aromatic molecule which is bound to its receptor by π–π charge transfer interactions.     

采用SFAD将碳酸酐酶偶联至无活性官能团聚合物表面的新方法

摘 要 采用异双官能团光偶联剂－Sulfosuccinimidyl (perfluoroazidobenzamido) ethyl-1,3-dithio propionate,SFAD),将碳酸酐酶（Carbonic anhydrase,CA)接枝在无活性官能团聚合物－聚甲基戊烯（Polymethyl-pentene,PMP)膜式氧合器表面,以对硝基苯酚乙酸酯(p-nitrophenyl acetate,p-NPA)为底物,采用紫外分光光度计测定了接枝CA的活性、浓度、重复利用性、储存稳定性。结果表明,采用SFAD为交联剂能将酶成功地偶联在无活性官能团聚合物表面,在保持酶活性的同时获得较高的接枝效率;共价接枝CA（Covalently immobilized CA,CACI）的浓度随SFAD浓度的增加而增加,最大可达理论单分子层接枝量的85.86％;CACI比物理吸附的CA（Physically adsorbed CA,CAPA）具更好的重复利用性;37°C下, CACI 比CA溶液表现出更好的储存稳定性。     

Coordination Dynamics of Zinc Triggers the Rate Determining Proton Transfer in Human Carbonic Anhydrase II

We present, for the first time, how transient changes in the coordination number of zinc ion affects the rate determining step in the enzyme human carbonic anhydrase (HCA) II. The latter involves an intramolecular proton transfer between a zinc-bound water and a distant histidine residue (His-64). In the absence of time-resolved experiments, results from classical and QM-MM molecular dynamics and transition path sampling simulations are presented. The catalytic zinc ion is found to be present in two possible coordination states; viz. a stable tetra-coordinated state, T and a less stable penta-coordinated state, P with tetrahedral and trigonal bipyramidal coordination geometries, respectively. A fast dynamical inter-conversion occurs between T and P due to reorganization of active site water molecules making the zinc ion more positively charged in state P. When initiated from different coordination environments, the most probable mechanism of proton transfer is found to be deprotonation of the equatorial water molecule from state P and transfer of the excess proton via a short path formed by hydrogen bonded network of active site water molecules. We estimate the rate constant of proton transfer as from P and from T. A quantitative match of estimated k_P with the experimental value, ( ) suggests that dynamics of Zn coordination triggers the rate determining proton transfer step in HCA II.     

In2O3/ZrO2-TiO2空心球复合材料的制备与光解水制氢性能

以聚苯乙烯(PS)胶球为模板, 通过一步法结合煅烧后处理制备了空心球复合材料In₂O₃/ZrO₂-TiO₂. 采用X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)、 扫描电子显微镜(SEM)、 紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)和氮气吸附-脱附等测试手段对复合材料的结构、 组成和形貌进行了表征. 结果表明, In₂O₃/ZrO₂-TiO₂复合材料的晶型结构以锐钛矿型TiO₂为主, 同时存在少量含有Ti—O—Zr键的混合氧化物. 该复合材料经聚苯乙烯模板处理后呈现空心球状结构, 球壁由纳米粒子堆积而成. In₂O₃/ZrO₂-TiO₂空心球复合材料的比表面积较大(66.92 m²/g), 且In₂O₃与ZrO₂-TiO₂复合后光吸收发生了红移. 对该复合材料光解水制氢性能的研究结果表明, 空心球状In₂O₃/ZrO₂-TiO₂具有较好的产氢效果(56.7 μmol/g, 8 h), 明显高于P25、 ZrO₂、 空心球状ZrO₂-TiO₂及粉末状In₂O₃/ZrO₂-TiO₂.     

静电纺丝法制备铁酸锌中空纤维及其磁学性能

以锌盐、铁盐和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为原料,通过静电纺丝法先制备PVP/硝酸盐复合纤维,这些复合纤维以5℃·min-1的升温速率加热到500℃并保温3h,最终得到铁酸锌(ZnFe2O4)中空纤维.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及振动样品磁强计(VSM)等分析手段对中空纤维的晶体结构、形貌和磁学性能进行了研究.结果显示,ZnFe2O4中空纤维属于尖晶石结构,高温处理后仍能保持一维结构,纤维直径在200-400nm之间,纤维壁由大小为25nm的颗粒堆积而成.室温磁化结果显示制备的ZnFe2O4中空纤维具有超顺磁性,在10kOe的磁化强度为2.03emu·g-1.     

Effects of Various Factors on the Modification of Carbon Nanotubes with Polyvinyl Alcohol in Supercritical CO2 and Their Application in Electrospun Fibers

Supercritical（SC） CO2 anti-solvent induced polymer epitaxy（SAIPE） method was used to help prepare nanohybrid carbon nanotubes（CNTs） wrapped with polyvinyl alcohol（PVA） nanocrystals.With the variation of a series of experimental conditions or peripheral effects,such as PVA concentration,CNTs concentration,and SC CO2 pressure,the optimal experimental variables for PVA-nanocrystals growing on CNTs have been found.The adsorption of polymer on CNTs via multiple weak molecular interactions has been studied by Fourier transform infrared（FTIR） spectroscopy and Raman spectroscopy.The mechanism about the formation of PVA nanocrystals on CNTs can be suggested through the experimental phenomena.These CNTs wrapped with PVA nanocrystals can be directly used as nanofillers to fabricate PVA composite fibers reinforced with CNTs by electrospinning.     

Zr-MOF空心纳米球固载离子液体对CO2环加成反应的催化性能

通过后合成修饰方法(PSM)构筑了空心纳米球(Void@UiO-66-Ⅰ)和实心块(UiO-66-Ⅰ) 2种形貌的季铵盐功能化UiO-66-NH₂(Zr), 得到兼具酸碱活性位点和氢键给体的新型功能化金属-有机框架材料. 通过一系列表征证明2种催化剂的成功合成, 并将它们用于催化转化CO₂和氧化苯乙烯的环加成反应. 由于Void@UiO-66-Ⅰ催化剂的季铵盐部分含有大量的羟基和卤素阴离子, 可以通过氢键和亲核攻击与环氧化合物连接, 诱导环氧化合物开环, 促使反应顺利进行, 且催化剂的中空结构有利于物质进出催化剂, 起到加快反应速率的作用, 使得该催化剂在CO₂与氧化苯乙烯环加成反应中表现出比实心块UiO-66-Ⅰ催化剂更好的催化性能. Void@UiO-66-Ⅰ催化剂在120 ℃, CO₂压力为1.2 MPa, 反应时间为6 h, 无溶剂和助催化剂的反应条件下, 碳酸苯乙烯酯的收率和选择性分别为85.5%和95%.