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  • ISSN 1008-9357
  • CN 31-1633/O6

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研究亮点
向具有商业化前景的光伏材料迈进:一类低成本高效率的聚合物给体材料
张志国, 陈祺
2020, 33(5): 415-420. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20200618001
摘要:
高效率、高稳定性与低成本是聚合物太阳能电池走向商业应用的3个关键要素。近年来,聚合物太阳能电池的能量转换效率屡创新高,目前已经突破17%。然而这些高效率器件的获得主要依赖于结构复杂、成本高的给受体光伏材料,因而降低光伏材料的成本成为了聚合物太阳能电池商业化进程中的一大挑战。2018年以来,中科院化学所李永舫院士团队相继报道了一系列基于聚(噻吩-喹喔啉)衍生物的聚合物光伏给体材料,这类材料兼具高效率、高稳定性与低成本的优点,显示出广阔的应用前景。基于该类聚合物的合成,他们又探讨了给体材料氟化策略和甲基化策略对聚合物能级和光伏性能的影响。该工作为具有商业化应用前景的聚合物给体材料的设计提供了新思路。
特约综述
一氧化碳高分子递送载体研究进展
张名扬, 程健, 胡进明
2020, 33(5): 421-432. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20200327001
摘要:
CO是一种生物体中广泛存在的气体信号分子,具有抗炎、抑制肿瘤细胞增殖和抗菌等生理功能。由于直接吸入CO存在中毒的风险且难以实现病理组织富集等问题,近年来,研究人员发展了多种一氧化碳释放分子(CORMs)。这些供体分子能够在特定的环境下释放CO,作为CO气体的替代品而展现出潜在的应用前景。然而传统的CORMs均为小分子,它们普遍在生物环境中存在稳定性不足、半衰期短和生物分布不佳等问题。针对上述问题,通过将CORMs物理负载或者化学键合到高分子材料中,成功制备的多种CO释放大分子相对于CORMs小分子前体而言,不仅能够有效增强稳定性和延长释放时间,而且对病理组织具有一定的靶向性,对相关疾病展现出更优异的治疗潜能。综述了CO释放大分子的研究进展,并对这一新兴领域的发展方向进行了展望。
研究论文
基于可逆离子氢键构筑室温快速自修复聚硅氧烷弹性体
时金凤, 赵娜, 符文鑫, 李志波
2020, 33(5): 433-440. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20200228002
摘要:
以环三聚磷腈碱(CTPB)为催化剂,合成不同分子量和不同硅氧乙烯基单元摩尔分数的线型聚硅氧烷(PDMS-g-Vi)前驱体,通过硫醇-烯点击化学反应获得侧链含羧基或氨基的聚硅氧烷(PDMS-g-COOH或PDMS-g-NH2),进而利用羧基与氨基之间的离子氢键成功制备在室温条件下可快速自修复的聚硅氧烷(PDMS-g-[COOH/NH2])弹性体。采用凝胶渗透色谱、核磁共振、红外光谱等确定了聚合物的组成和结构。拉伸试验结果表明:通过控制PDMS-g-Vi前驱体的分子量和乙烯基含量可调节PDMS-g-[COOH/NH2]弹性体的力学性能和自修复性能。在50 mm/min的拉伸速率下,弹性体的拉伸强度为230.9 kPa,断裂伸长率高达877%,在快速拉伸的条件下(200 mm/min)也显示出了较高的断裂伸长率(>500%)。此外,所制备的弹性体显示出优异的快速自修复性能,室温静置30 min后其修复效率达到99%。
三苯胺-芴共聚物桥联的[60]富勒烯功能材料的合成及非线性光学性能
黄舒桐, 张斌, 陈彧
2020, 33(5): 441-451. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20200111001
摘要:
利用1,3-偶极加成反应制备了三苯胺-芴共聚物桥联的[60]富勒烯非线性光学功能材料(C60-PTF-C60),将该材料掺杂于非光学活性的透明聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中制成具有优良光学性能的薄膜(C60-PTF-C60/PMMA)。利用开孔Z扫描技术研究了C60-PTF-C60薄膜在532 nm激光辐照下的非线性光学和光限幅性能。结果表明:与C60/PMMA薄膜相比,在400 μJ激光辐照下,C60-PTF-C60/PMMA薄膜展现出更高的非线性吸收系数(βeff:437.75 cm/GW)和三阶非线性磁化率虚部系数(Imχ(3): 1.87×10−10 esu),其光限幅阈值为0.34 GW/cm2,优于C60/PMMA薄膜的光限幅阈值0.53 GW/cm2
蝌蚪形双亲水性嵌段共聚物的合成及其水溶液性质
张龙, 张国颖
2020, 33(5): 452-459. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20191008001
摘要:
采用原子转移自由基聚合(ATRP)与分子内叠氮-炔基点击化学反应,合成具有环形聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)“头部”和线形聚乙二醇(PEG)“尾巴”的温敏性蝌蚪形双亲水性两嵌段共聚物(PEG-b-cPNIPAM),并对其结构和水溶液性质进行了表征。GPC表征结果表明,蝌蚪形两嵌段共聚物比相同嵌段长度的线形两嵌段共聚物具有相对较小的分子量。当水溶液温度高于其相转变温度时,因PNIPAM嵌段的塌缩,线形和蝌蚪形两嵌段共聚物均可在水溶液中发生聚集。LLS测试结果表明,由于不存在链间缠结和贯穿,由蝌蚪形共聚物形成的聚集体具有相对更为疏松的结构和更小的流体力学半径。
多重响应性嵌段共聚物稳定的乳液相反转行为
黄利民, 彭文丽, 韩霞, 刘洪来
2020, 33(5): 460-466. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20191202002
摘要:
利用聚乙二醇单甲醚(mPEG)和聚苯乙烯(PS)的溶剂响应性、双硫键(S−S)的氧化还原响应性,设计合成了具有溶剂响应性和氧化还原响应性的两嵌段共聚物聚乙二醇单甲醚-b-聚苯乙烯(mPEG-S-S-PS)。通过核磁共振氢谱和凝胶渗透色谱表征了mPEG-S-S-PS的结构与组成;通过溶剂分散和显微镜观察对乳液的相反转行为进行了研究。研究表明,该嵌段共聚物体系具有两亲性,可稳定油水两相体系形成乳液。对于甲苯-水体系,甲苯是mPEG和PS的非选择性良溶剂,嵌段共聚物无论是先分散在甲苯中还是先分散在水中都形成油包水(W/O)型乳液;但对于环己烷-水体系,由于环己烷是PS的选择性良溶剂,当mPEG-S-S-PS先分散在水中时,形成水包油(O/W)型乳液;当mPEG-S-S-PS先分散在环己烷中时,形成W/O型乳液。基于mPEG-S-S-PS的氧化还原响应性,通过添加还原剂二硫苏糖醇(DTT)或谷胱甘肽(GSH)可诱导甲苯-水乳液体系发生相反转,由W/O型变为O/W型乳液。通过调节油水体积比可诱导乳液的相反转,当水体积分数(φw)小于0.7时,乳液为W/O型;但当φw≥0.7时,体系发生突变反相,得到O/W型乳液。
金属离子负载对表面改性PI薄膜热分解温度的影响
詹淋中, 吴力佳, 田桂芝, 武海生, 田国峰, 齐胜利, 武德珍
2020, 33(5): 467-472. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20191119001
摘要:
采用KOH溶液对均苯四甲酸酐/4,4’-二氨基二苯醚(PMDA/ODA)基聚酰亚胺(PI)薄膜进行表面碱解开环改性处理,乙酸酸化后,在PI表面得到聚酰胺酸(PAA)表面改性层,随后通过离子交换反应在PAA层中分别引入了K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Ag+、Al3+这6种金属离子。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)和电感耦合等离子发射光谱(ICP)考察了不同金属离子的离子交换过程。同时,通过氮气氛围下的热重(TG)分析考察了不同金属离子的载入对PI薄膜热分解温度的影响。结果表明:金属离子的负载量与其化合价呈反比关系,该离子交换反应严格按照离子电荷1∶1进行;同时,强碱金属离子K+、Na+对PI薄膜有明显降解作用,导致PI薄膜热分解温度明显下降,而碱性较弱金属离子Ca2+、Mg2+、Ag+、Al3+则对PI薄膜的热分解温度影响非常微弱。金属离子对薄膜热分解温度的影响与其对应氢氧化物的碱性(pKb)呈正相关,即K+> Na+ >> Ca2+ ≈ Mg2+ > Ag+ ≈ Al3+
燃料电池用新型磺化聚(醚酮苯并咪唑)共聚物的合成与性能
郭玉飞, 郭志海, 张崇印, 王文彬, 刘飞跃, 郭晓霞, 房建华
2020, 33(5): 473-482. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20191230001
摘要:
通过两步反应合成了一种邻二氨基单体4-苯氧基-1,2-苯二胺(POPDA),并将它与4,4’-二苯醚二甲酸(DCDPE)、5-氨基间苯二甲酸(APA)及3,3’-二氨基联苯胺(DAB)在多聚磷酸介质中进行无规共聚,合成了一种新型聚(醚酮苯并咪唑)共聚物(PEKBI-xx指POPDA在芳胺单体(POPDA和DAB)中的摩尔分数)。以发烟硫酸为磺化试剂,通过后磺化反应合成了相应的磺化聚(醚酮苯并咪唑)共聚物(SPEKBI-x)。利用SPEKBI-x结构中APA单元的侧氨基与交联剂1,2,7,8-二环氧辛烷结构中的环氧基团反应,制备了一系列磺化聚(醚酮苯并咪唑)共聚物交联膜(SPEKBI-x-CL)。采用热重分析、拉伸测试、Fenton实验等研究了质子交换膜的热稳定性、力学性能、离子交换容量、吸水率、溶胀率、质子电导率、抗自由基氧化稳定性及电池性能。结果表明:所制得的交联膜具有很高的离子交换容量(2.88~3.28 meq/g)、良好的力学性能和热稳定性,膜的质子电导率随着共聚物结构中POPDA单元含量的增加而增大。单电池初步测试结果表明:由SPEKBI-0.50-CL交联膜所组装的H2-O2单电池在80 ℃、80%相对湿度和100 kPa背压下的最大输出功率密度(PD, max)达到662 mW/cm2,高于由Nafion212所组装的H2-O2单电池在相同条件下的发电性能(PD, max=631 mW/cm2)。
Lys-GO对PLCL形状记忆纤维的力学增强和成骨诱导作用
刘畅, 易兵成, 王先流, 沈炎冰, 秦春萍, 张彦中
2020, 33(5): 483-491. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20191208001
摘要:
将氧化石墨烯(GO)与具形状记忆特性的乳酸-己内酯共聚物(PLCL)混合电纺制备了GO/PLCL复合纤维。然后将碱性氨基酸—赖氨酸(Lys)通过化学方法与GO共价嫁接得到Lys-GO后电纺引入到PLCL纤维中,形成Lys-GO/PLCL复合纤维,并对其力学性能、形状记忆性能、酸度中和能力以及成骨分化效果等进行了表征和检测。结果表明:将GO引入到PLCL纤维中后,与PLCL膜相比,GO/PLCL纤维膜的杨氏模量提高了28.4%,形状回复力提高了28.3%;而Lys-GO的引入不仅在维持GO/PLCL纤维膜基本性能的前提下显著减缓PLCL的降解导致的酸性问题,而且增强了纤维支架的细胞相容性和成骨分化功效。
典型生物降解聚酯在海水中的降解性能
王格侠, 黄丹, 张维, 季君晖
2020, 33(5): 492-499. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20191015001
摘要:
选取4种典型生物降解聚酯,聚乳酸(PLA)、聚(对苯二甲酸丁二醇酯-co-己二酸丁二醇酯)(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和聚己内酯(PCL),通过它们在天然海水中364 d 内失重、分子量、力学性能、样条形貌的变化,考察了材料在海水中的降解性能。进一步通过对材料在天然海水、静态海水、静态河水、蒸馏水、除菌海水、自制海水这6种水体中降解性能的对比,研究了环境因素对聚酯在不同水体中降解性能的影响。研究表明生物降解聚酯在天然海水中的降解性能相对于在堆肥中的降解性能明显降低。在6种不同水体中,PLA基本不降解;PBAT、PBS在364 d 内失重不超过3%;PCL降解最快,失重率为32%。微生物是影响生物降解速率的关键因素,高浓度无机盐对非酶促水解过程有一定促进作用。
PDA-Cu NPs树莓状纳米粒子的制备及其抗菌性能
朱嘉莹, 李婷, 丁重阳, 东为富
2020, 33(5): 500-506. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20200103001
摘要:
通过水合肼原位还原成功构建了以聚多巴胺(PDA)为载体,铜纳米粒子(Cu NPs)为无机抗菌剂的树莓状抗菌纳米粒子(PDA-Cu NPs)。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪、接触角测量仪以及Zeta 电位及纳米粒度分析仪等对PDA-Cu NPs的微观形貌和抗菌性能进行了表征与测试。结果显示:PDA-Cu NPs粒子的平均粒径在550 nm左右,在水中的分散稳定性良好;成功构建的树莓结构因铜纳米粒子的引入,增加了聚多巴胺粒子的表面粗糙度,表面接触角可达102.2°;当PDA与硝酸铜的质量比为1/6时,PDA-Cu NPs的抗菌性能最优,对大肠杆菌的最小抑菌浓度(MIC)和最小杀菌浓度(MBC)分别为48.7 μg/mL和195.0 μg/mL,对表皮葡萄球菌的MIC和MBC值分别为39.0 μg/mL和97.5 μg/mL,同时PDA-Cu NPs对表皮葡萄球菌的抗菌性能优于大肠杆菌的,具有优异的抗菌性能。
透明质酸微阵列结构的构建及其生物相容性研究
常铃雪, 何宏燕, 金莉莉, 刘昌胜
2020, 33(5): 507-514. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20190713001
摘要:
植入材料表面的微结构在骨修复和组织再生中至关重要,而微阵列结构的可控制备是影响细胞尤其是骨间充质干细胞(BMSCs)生物学行为的关键因素之一。制备微阵列结构的材料通常降解性较差、生物活性不足。本文选用可降解高分子透明质酸(HA)为原材料,与己二酸二酰肼(ADH)和N′-(乙基亚胺基亚甲基)-N,N-二甲基-1,3-丙二胺(EDCI)交联成膜。随着ADH和EDCI的质量分数分别由8.3%增加到16.7%,薄膜交联程度越来越高,体积膨胀越来越小,薄膜的降解速率越来越慢。结合软光刻技术和溶剂挥发法,成功制备了一系列表面具有微阵列孔洞结构的HA薄膜(孔径分别为32 、96、128 、320 μm)。研究结果表明:与平滑的HA凝胶薄膜相比,孔径较大(96、320 μm)、排布较稀疏的表面结构对大鼠骨间充质干细胞(rBMSCs)的增殖没有显著影响,而孔径较小(32 μm)、排布较密集的表面结构可以明显地促进rBMSCs的增殖及成骨活性。