最新研究进展－化学与化工专辑

最新研究进展－化学与化工专辑

电致变色的碳纳米管/聚二炔纳米复合纤维

彭慧胜 教授 复旦大学高分子科学系

聚二炔等变色材料在温度、pH值和化学或机械应力等各种环境刺激下改变颜色，并已被制成传感装置。研究发现，人工合成的碳纳米管/聚二炔纳米复合纤维可对电流作出迅速且可逆的响应，产生了肉眼清晰可见的颜色改变。这种复合纤维也可以对其他刺激作出颜色响应。例如，碳纳米管/聚二炔纳米复合纤维在可忽略拉长的条件下呈现出迅速而可逆的应力诱导的变色现象。这种电致色在传感器领域具有广阔的应用前景。

——摘自《NATURE NANOTECHNOLOGY》

石墨烯量子电容的测定

李景虹 教授 清华大学化学系

石墨烯由于其独特的电化学特性而受到广泛的关注。目前，许多研究集中在由带电杂质和其他异物的分散程度决定的电子移动。然而，量子电容作为另一个重要的量却被严重的忽视。在这里，我们报道了一种利用三电极电化学配置以门电势函数直接测定石墨烯的量子电容的方法。研究结果显示，量子电容在D irac点有一个非零最小值，在最小值的两侧呈斜率相对较小的线性增加。我们实验结果而非理想石墨烯理论预测结果表明带电杂质也会影响量子电容。我们还测量了在不同离子浓度下的气溶胶中电容，我们的结果强烈表示长期以来关于碳电极上界面电容的难题有量子学起因。

——摘自《NATURE NANOTECHNOLOGY》

自组装阳离子肽纳米颗粒作为一种有效抗菌剂

李兰娟 中国工程院院士 浙江大学医学院

抗菌阳离子肽因其具有抗多重耐药性细菌的能力而备受关注。大部分的肽结构为α单环结构（α-helices）或是β表格样结构（β-sheet-like），这类的抗菌肽能插入带负电荷的细菌细胞表面，并分解细菌细胞壁。研究发现，这类新型的core-shell纳米颗粒具有广谱的抗菌效果，可杀死多种菌类，如真菌。动物试验表明，这类肽能有效杀死耐药性金黄色葡萄球菌。在试验动物兔身上，这类肽能穿越血脑屏障，有效抑制脑内细菌感染。这些研究结果表明，这些抗菌阳离子肽是一类有应用前景的抗菌药物。

——摘自《NATURE NANOTECHNOLOGY》

多种磁性纳米管的结构和磁性特性

韩秀峰 研究员 中国科学院物理研究所

研究低成本电沉积法制作的磁性纳米管的结构和磁性特性。描述了在不同直径、壁厚和长度的铝氧化模板和聚碳膜中，以Fe、Co、Ni等多种元素铁磁性材料与NiFe、CoPt、CoFeB等铁磁性合金及CoCrPt纳米管矩阵为材料制作纳米管。这些纳米管的结构、磁性、磁化反转等特性被以几何参数函数的形式研究。矫顽磁性的角度依赖表明铁磁性纳米管存在着卷曲至粘连之间过度。研究结果表明，纳米管制作允许系统性调整纳米管的内外直径、长度和厚度。壁厚影响铁磁性纳米管磁化过程。

——摘自《NATURE NANOTECHNOLOGY》

H+S iH4反应的全维水平准经典轨道研究揭示原子水平机制

边文生 研究员 中国科学院化学研究所

我们阐述了化学反应通用的新原子水平机制，我们的发现多原子交换和抽取反应本质的深入理解具有重要意义。用于描述构建的H+S iH4抽取的交换反应的12维势能面（PES）是基于改进Shepard内插法和UCCSD（T）/cc-pVQZ能量计算。PES有抽取的经典势垒高度为5.35kcal/mol，放热性为13.12kcal/ mol，这与实验相一致。针对这一新PES准经典轨道计算揭示有趣的详细动力学定量特性和基本新机制。我们计算出的交换产物的角度分布在向前半球并在侧边带有尾巴，这归因于三个机制的结合：inversion、torsion-tilt和side-inversion。随着冲撞能的提高，我们计算出的抽取角度分布的首先在后方散射出峰，然后漂移至较小的分散角，这可以用rebound和stripping机制之间的竞争来揭示。这里stripping处于较低的能量上，但在概念上与Zare等人在H+C D4反应中观察到的相似。这些每一个原子水平机制可以通过直接轨道实验证实，其中的两个（torsion-tilt和side-inversion）是本项研究的研究对象。

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

活酵母细胞作为荧光量子点可控细胞合成器

庞代文 教授 武汉大学化学与分子科学学院

能耗，污染以及安全性一直是化学合成领域里亟待解决的问题。通过时空耦合活细胞内的互不相关的生化反应，成功地在活的酵母细胞内尺寸及荧光发射波长可控地合成出了CdSe量子点。通过这种方法，使原本在300oC高温条件下需要使用易燃易爆有毒的化合物才能得到的CdSe量子点，现在只需在不添加这些危险有机试剂的条件下，在30oC时就可以合成出来。这个方法具有以下的特点：首先，这种时空耦合细胞内非自然存在的生化反应的思路和策略是新颖的；第二，这种方法本身十分地绿色，整个反应过程中是在30oC的室温条件下进行的，避免了所有易燃易爆的有毒有机试剂，并且CdSe是在活的酵母细胞内得到的，这说明这种方法对于细胞的毒性很小。第三，在以往的工作中使用生物合成的方法得到的半导体纳米材料，既不能得到产物的荧光性质也无法控制产物的粒径大小，而用这种方法合成的C dS e量子点，无论从材料的单分散性、粒径的控制还是荧光性质等方面都具有以往用生物合成的方法得到的半导体材料所无法比拟的性质。

——摘自《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》

刚性棒共轭聚合物的纳米丝晶体

胡文平 研究员 中国科学院化学研究所

我们通过分散剂中自组装得到了一种刚性棒共轭聚合物形成的清晰、高度结晶纳米晶体，该刚性棒共轭聚合物是带有硫代乙酸酯末端集团的聚苯撑乙炔衍生物（T A-P P E）。结构分析表明，在格子参数内的以斜方晶体为单位的纳米丝a约为13.63埃，b约为7.62埃，c约为5.12埃；在纳米丝中T A-P P E链骨架与纳米丝长轴平行，支链与其垂直。有机场效应晶体管（O rganicfield-effecttransistors，O F E T s）检测纳米丝的传递特性，研究表明最高载流子迁移接近0.1cm2·V-1·s-1，平均值约为10cm2· V-1·s-1，比相同聚合物的薄膜传递高3-4个数量级，这说明了一维聚合物纳米丝晶体的高效性。研究结果对于检测P I P E S聚合物半导体的固有特性和促进它们在电子设备中的潜在应用具有特殊的启发性和价值。

——摘自《JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY》

聚合物-沸石复合中空纤维支持物上的高效沸石-N aA膜

王正宝 教授 浙江大学化学工程于生物工程学系

我们发现了一种利用聚合物-沸石复合中空纤维作为支持物的新方法。高效沸石膜（flux=8.0-9.0kg·m-2·h-1，α>10000）可以通过简单地原位水热结晶化在聚合物-沸石复合中空纤维支持物上直接合成。包含在聚合物中空纤维中的沸石晶体作为沸石膜生长的种子，他们也起到将沸石膜锚定在支持物上，增加沸石膜的粘附力。因此，独立的而且常常是复合的种子进程可以被忽略。由于一个非常统一的晶体分布很容易得到，所以连续的沸石膜制备具有高重复性。这些复合中空纤维可以通过在中空纤维挤压成形前将沸石晶体结合进复合物的简单方法生产，因此这种方法成本低廉。

——摘自《JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY》

H F处理硅纳米丝的优良光催化特性

邵名望 教授 苏州大学功能纳米与软物质(材料)实验室

H F处理的硅纳米丝呈现出优良地光催化特性，甚至比许多理想的钯、金、银和铑等改性金属纳米丝还要好。这种现象对于硅相关材料的应用具有重要的意义，因为这类材料通常用作催化剂载体。溶液中这种H F处理硅纳米丝可以在超过1周时间内保持稳定，进一步我们为这种稳定性作出了可能性解释。

——摘自《JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY》

神奇M n3O4微八面体：充满希望的用于丙酮检测的催化发光传感材料

吕弋 教授 四川大学化学学院

在十二（烷）酸酯-N a2S O3-乙醇/十二（烷）酸酯-乙醇系统中，通过水热处理K M nO4可控性合成，分别得了M n3O4的微八面体和六面体纳米盘两种神奇的形态。X R D、S E M、H R T E M和N2吸收测量用于定性所制备的锰氧化材料。以M n3O4微八面体和六面体纳米盘为传感材料，设计了新型丙酮气体传感器，评价了传感器的催化发光特性，并研究了影响参数的作用。实验结果显示，所制备的M n3O4材料的催化发光特性依赖于形状，Mn3O4微八面体表现出优秀的丙酮传感特性。在优化实验条件下，催化发光密度对丙酮蒸气浓度的计算曲线是在2.6-52.2和52.2-394.0μg·ml-1范围内分别呈线性，测量极限为0.4μ g·ml-1（信噪比=3），范围I的相对标准偏差为3%。就长期稳定性而言，在6个月的时间里，丙酮的浓度为470.4μg·ml-1信号的正负变化为11%。该传感器的最快响应时间为3s，恢复时间小于40s。

——摘自《CHEMISTRY OF MATERIALS》

用于H2O2电还原的镍泡沫支持的C o3O4纳米丝矩阵

曹殿学 教授 哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院

空气热处理后以无模板生长方式制备镍泡沫支持的C o3O4纳米丝矩阵，并通过扫描电子显微镜、投射电子显微镜、X射线衍射、红外光谱、热解重量分析等手段分析其特性。C o3O4纳米丝的直径约为250nm、长为15μm，B runauer-E mmett-T eller表面积为78.4m2·g-1。C o3O4纳米丝几乎沿镍泡沫骨架表面垂直生长，紧密地包裹在镍泡沫骨架表面。环状电压计、计时电流法和电化学阻抗光谱分析碱性基质中在C o3O4纳米丝矩阵上的H2O2电还原。对于H2O2电还原，C o3O4纳米丝电极表现出较高的活性、稳定性和大体积传递特性。在室温下，0.4mol·dm-3H2O2和3.0mol·dm-3N aO H下，-0.4V可得到90mA·cm-2的电流密度。在-0.4V下测量的C o3O4纳米丝的每克电荷密度是C o3O4纳米颗粒的1.5倍。

——摘自《CHEMISTRY OF MATERIALS》