藻胶实验室:澎湃荧光
刘欣雨, 胡蔚然, 李铮凯, 吉玮, 倪潇
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202312021
“荧光海”是指在夜晚或黑暗环境中,海水表面发蓝光的景象,又称“蓝眼泪”。本科普实验着眼于引导人们了解该有趣自然现象,探究背后的科学原理,以智能缓释材料海藻多糖水凝胶包埋发光原料,根据化学发光能量转移原理制备可持续发光的多彩藻胶球,并基于此推出一种便携科普实验盒,可随时随地重现属于自己的澎湃“蓝眼泪”。本科普实验将糖化学、光化学和材料化学知识应用于自然现象的解读与应用,向公众充分展现浪漫美妙的化学科学。
关键词: 荧光海, 海藻多糖水凝胶, 离子交换, 可持续发光
经典内容、常教常新——以-熵图为例
吴强, 侯文华
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202407102
在热力学可逆循环过程中,用温–熵图(TS图)表示系统的温度与熵的变化关系,能同时显示出系统所吸的热与所做的功,从而可以方便地计算得到该循环的热功转换效率。本文总结了TS图在多个经典热功转换循环过程中的应用,还介绍了近期报道的、利用电势的温度效应或浓差效应构建热力学循环,从低品位热能中获取能量的几个新型能量转换过程以及TS图在其中的指导作用,可加深师生对TS图的理解和认识,并拓展其应用范围。
关键词: 温-熵图, 热功转换效率, 热力学循环, 新能源利用
葡萄糖修饰的双席夫碱的合成及其治疗阿尔茨默病的生物活性
孙斌, 蒋和雁
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240428
通过微波加热方式,快速合成了3个葡萄糖修饰的双席夫碱。通过比浊度分析、HRP/Amplex Red实验、DCFH-DA荧光探针实验、NBT分析法以及MTT实验检测它们抑制金属离子诱导的Aβ聚集、减少活性氧(ROS)生成及抑制Aβ聚集产生的细胞毒性。发现葡萄糖修饰的双席夫碱都能有效抑制金属离子(Zn2+、Cu2+)诱导的Aβ1~40的聚集,降低Cu2+-Aβ加合物催化产生ROS水平、提高Cu2+-Aβ作用的细胞内超氧化物歧化酶的活力,有效抑制Zn2+或Cu2+诱导Aβ聚集而产生的神经细胞毒性并大幅提高细胞存活率。作为对比,我们也检测了相同条件下的氯碘羟喹(cliquinol, CQ)和没有葡萄糖修饰的同类双席夫碱的活性,发现葡萄糖修饰的双席夫碱各方面活性均好于CQ;葡萄糖修饰的双席夫碱自身毒性小、抗氧化和提高Aβ与金属离子共同处理的细胞的存活率方面均优于未葡萄糖官能化的同类双席夫碱。
关键词: 合成, 葡萄糖, 阿尔茨海默病, 双席夫碱, 抗氧化剂
PNIPAm敏纳米纤维膜:交联作用下的形貌稳定性和响应行为
田晓靖, 黄至纯, 张青松, 王旭, 杨宁, 邓南平
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202304037
N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)交联温敏纳米纤维膜作为一种相变温度易于控制的新兴响应性材料,克服了传统PNIPAm块状水凝胶的生产成本高、响应速率慢和PNIPAm非交联温敏纳米纤维耐水性差的缺点,受到广泛研究并应用于智能开关、温度致动器、水油分离、药物、细胞控制释放和伤口敷料等领域。形貌稳定性和快速响应性是温敏纳米纤维膜在重复体积变化过程中最大的挑战,同时也作为评价PNIPAm温敏纳米纤维膜的实用性最重要指标引起了人们广泛的关注。本文全面综述了PNIPAm温敏纳米纤维膜近二十年来国内外的突破性进展和非交联作用下PNIPAm温敏纳米纤维膜的形貌变化和响应性,重点综合分析了物理和化学交联中交联反应类型、交联度、交联时间和交联分子量对PNIPAm温敏纳米纤维膜的形貌稳定性和响应行为的影响,为之后纤维膜的交联处理提供了理论支持,并对PNIPAm温敏纳米纤维膜的发展及应用前景进行了展望。
关键词: N-异丙基丙烯酰胺, 纳米纤维膜, 形貌稳定性, 响应性, 耐水性
无碳酸乙烯酯电解液定向构筑正极电解质界面相实现高电压钴酸锂的宽域稳定运行
彭羽, 陈嘉威, 殷悦, 曹永杰, 廖莫愁, 王丛笑, 董晓丽, 夏永姚
【物理化学学报】doi: 10.1016/j.actphy.2025.100087
提升钴酸锂(LCO)正极的充电截止电压是提高锂离子电池(LIBs)能量密度的直接策略。然而,高电压下正极-电解质界面相(CEI)的不稳定性严重制约了高能量密度LIBs的发展。因此,本研究利用无碳酸乙烯酯(EC)的电解液设计,通过构建兼具化学稳定性与机械强度的氟/硼复合CEI以提升界面稳定性。采用碳酸丙烯酯(PC)及氟代碳酸乙烯酯(FEC)作为溶剂,增强电解液的抗氧化稳定性,促进CEI中氟化锂(LiF)组分的生成,提升其机械强度。同时,引入双草酸硼酸锂(LiBOB)添加剂,在CEI中形成含硼交联聚合物(LiBxOy)组分,以其柔性结构特征弥补LiF层的不足之处。最终,构建出具有富无机相(LiF和Li2C2O4)嵌入含硼类聚合物(LiBxOy)基体结构的刚柔并济CEI。这种CEI其兼具结构致密性、良好的机械稳定性与电化学稳定性等优点,有效抑制高电压下LCO的界面副反应及不可逆结构退化。实验结果表明,无EC的PC基电解液使LCO正极在4.6 V高截止电压下展现出优异的电化学性能,0.5C倍率循环200次后容量保持率达82%。此外,石墨||LCO全电池在4.5 V截止电压下表现出显著提升的循环稳定性,并实现−40 – 80 ℃宽温域范围内的稳定运行,验证了该优化电解液衍生的刚柔并济CEI的有效性。本研究突破传统EC基电解液设计范式,为开发高性能、宽温域及可持续PC基电解液提供了新思路。
关键词: 高电压电解液, 无碳酸乙烯酯电解液, 添加剂, 钴酸锂, 正极-电解质界面相
面向化学类非高分子专业学生的高分子化学实验教学创新与实践——以敏型高分子的制备、溶液性质、光学性能与应用为例
张来英, 吴莹焕, 喻雅姿, 徐业成, 张豪杰, 吴伟泰
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202310126
面向化学类(非高分子)专业的高分子化学实验教学发展较为缓慢,亟需紧跟研究前沿,引入新内容。本文总结了近十年的教学改革经验,并以温敏型高分子的制备、溶液性质、光学性能与应用为例,介绍如何通过实验教学内容、实验技术、教学方法等方面的创新,设计符合理科人才培养需求的、契合时代与科学发展的、被学生喜爱与重视的一系列高分子化学实验,以有效解决培养需求与课业负担之间的矛盾,且在不新增开课、课时有限的情况下,加入到化学类专业本科教学体系中,激发学生对学科领域的兴趣,提升学生的探究和创新能力。
关键词: 高分子化学, 实验教学, 智能高分子, 聚合, 综合性实验
耦合甘油高选择性转化为甲酸盐与制氢的酸碱双电解液流动电解器
冯辛, 郭可鑫, 贾春光, 刘博文, 次素琴, 陈俊翔, 温珍海
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202303050
氢气因其高能量密度、可持续性和燃烧后无污染等优点,被认为是取代传统化石燃料的最具前途的新兴能源载体之一。其中,电解水制氢技术因为其高效和绿色的特性而备受关注。然而电解水制氢过程通常受到阳极析氧反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)的限制,因此这种方法的大规模应用面临重大挑战。克服这一难题的一个有前途的解决方法是在阳极上使用电催化甘油氧化反应(Glycerol Oxidation Reaction,GOR)代替OER,这种替代反应可以实现节能降耗的同时提高电解水制氢的效率,进一步推动氢气作为清洁能源的发展。然而,这一目标的实现需要高效、低成本且高选择性的GOR电催化剂。在这篇文章中,我们报告了一种新型的酸碱双电解质流电解器(AADEF-electrolyzer),用于在碱性阳极GOR耦合酸性阴极析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)。我们通过一种简单的水热煅烧方法制备了一种在镍泡沫(NF)上原位生长的自支撑的NiCo2O4纳米针电极材料(NiCo2O4/NF)。该电极在GOR中表现出优异的电催化性能,在低电位下实现了高的电解电流密度,对甲酸盐的生产表现出优异的选择性,法拉第效率超过85%。密度泛函理论计算表明,NiCo2O4对GOR具有较低的反应能垒,Ni的存在有利于降低Co的电子态密度,从而实现NiCo2O4与中间体的高效解离,促进甲酸的生成。基于NiCo2O4/NF出色的GOR性能和电化学中和能(ENE)理论,我们构建了一个新型的AADEF-electrolyzer,利用NiCo2O4/NF作为GOR的阳极,配合酸性阴极进行析氢反应(HER)。实验结果表明,AADEF-electrolyzer对GOR具有低过电位和高选择性产甲酸的优异性能,仅需0.36 V的电压即可实现10 mA∙cm−2的电流密度,平均产甲酸的法拉第效率为85%。同时该电解槽表现出良好的长期稳定性和辅助产氢性能,阴极产氢的法拉第效率接近100%。这种低成本、易于制备的自支撑电极材料和新型酸碱双电解质流动电解器为促进化学品的增值转化和开发新型混合电解系统或其他相关电化学反应的混合电解装置提供了创新策略。
关键词: 制氢, 甘油氧化, 电催化, 电解器

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