摘要：精准的诊断以及分析癌细胞死亡过程中复杂基因组DNA损伤,对肿瘤的治疗至关重要,但是仍然面临着重要的挑战。本研究设计了尺寸均一的等离子体金纳米向日葵,该纳米结构主要是通过修饰多肽的金纳米粒子静电组装的方法制备,形成热点结构丰富的SERS基底,用于捕获基因组DNA,实现高灵敏度基因组中DNA的SERS检测。我们的研究发现在恒压1.2 V刺激5 min的条件下,癌细胞比正常细胞更容易死亡。通过SERS光谱分析,我们可以看出,在电刺激癌细胞凋亡过程中,基因组中DNA的双链断裂,且腺嘌呤的缺失,这些加速了癌细胞的死亡过程,进而影响DNA的复制和转录。我们开发的传感平台对研究基因相关的疾病提供了重要的应用价值。

摘要：燃料电池的成本、性能和耐久性是决定其商业化的核心问题。燃料电池性能下降的主要原因是在其运行过程中催化剂的老化或瞬态时的电化学活性面积的损失,这些损失主要来自催化剂中金属的溶解和碳载体的腐蚀,这种连续不可逆的过程会大大缩短燃料电池的使用寿命。为探究此问题,基于硫酸刻蚀的碳载体制备了20%(质量分数)的Pt/C催化剂,形貌表征测试可知其分散均匀、粒径尺寸均一,被认为是进行长时间氧还原反应(ORR)稳定性测试的优异材料。接下来通过不同循环伏安(CV)圈数的ORR稳定性测试方法来观察其性能衰减情况,并利用一系列的物理表征:透射电子显微镜(TEM)、高分辨电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱仪(Raman)进一步直观解析其衰减机理。报道了Pt/C催化剂稳定性衰减的原因主要来自于Pt粒子的溶解、团聚、氧化和迁移以及碳载体的腐蚀的现象。本研究解析了燃料电池在运行过程中稳定性受影响的来源,为设计高稳定性的商业ORR催化剂提供了参考。

摘要：设计并合成了丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯共聚物及其梳状凝胶聚合物电解质.表征结果表明,合成的产物结构与设计的结果一致.该梳状凝胶聚合物电解质具有丙烯腈和聚氧化乙烯的优点,力学性能优良,室温电导率可达到10-3S/cm,在锂聚合物电池领域中具有实际应用价值.

摘要：为解决当前乙型肝炎病毒(HBV)基因检测技术在一定程度上存在成本高、操作繁琐、误诊率高等问题,在此提出了一种便携式生物传感平台用于HBV基因的超灵敏检测,可检出低至2 copies/μL的HBV基因。首次通过设计针对HBV检测序列的环介导等温扩增(LAMP)反应,实现了在40 min之内对HBV基因型单拷贝基因的检测。然后,通过在磁球上固定LAMP产物的捕获探针FP(F-Probe),同时在与FP部分互补的FPc(Complementary probe of F-Probe)链上修饰耐热蔗糖转化酶(Inv)构成Inv-FPc信号探针,Inv-FPc与FP杂交后组成信号转导探针。HBV基因的LAMP扩增产物与信号转导探针发生核酸链置换反应,使Inv-FPc信号探针脱离信号转导探针,磁性分离后溶液中的Inv-FPc信号探针可催化蔗糖转化为葡萄糖,最后通过血糖仪进行信号输出,即可间接实现对HBV基因的超灵敏检测。结果表明,所构建的生物传感平台在10~500 nmol/L浓度范围内对HBV基因片段具有良好的信号响应。选用诺如病毒基因对传感器的检测特异性进行验证,其信号与背景信号几乎一致。最后,通过对含10%体积分数人血清中的HBV基因进行检测,传感器依然展现了良好的“是/否”的特异性信号响应。为HBV的分子诊断提出一种新思路,所提出的新式传感器有望应用于HBV的现场即时(point-of-care,POC)诊断。

摘要：开发高性能、低成本的氧析出反应(OER)电催化剂是促进质子交换膜水电解(PEMWE)制氢规模化应用的关键。迄今为止,OER催化剂的最佳选项仍为贵金属铱(Ir),但其仍存在活性不足和储量稀缺的问题,进而增加了材料成本和电力成本。因此,开发低Ir载量、高活性和稳定性间距,且能够满足PEMWE设备中大电流密度和长期运行要求的OER催化剂是十分必要的。这些目标的实现需要深入理解酸性OER机制、明晰材料设计方法,并建立可靠的性能评估指标(特别是对耐久性的评估)。综上,本文首先系统总结了目前被广泛接受的酸性OER活性表达机制(即吸附析出机制、晶格氧氧化机制和多活性中心机制)和失活机制(即活性物种溶解、晶相和形态演化、催化剂脱落和活性位点阻塞),为催化剂的微观结构设计提供指导。其次,我们讨论了最近报道的几类低铱OER催化剂,包括多金属合金氧化物、负载型催化剂、具有特殊空间结构的催化剂和单位点催化剂,并重点描述低Ir催化剂中的性能如何得以调控以及其中潜在的构效关系。随后,我们介绍了常用的催化剂稳定性评价指标、催化剂失活表征技术以及模拟PEMWE实际操作条件的催化剂寿命测试方法,希望为催化剂筛选提供依据。最后,针对未来可用于PEMWE体系的低铱OER催化剂的探索提出了一些可行建议。

摘要：面对日益严重的全球能源危机,燃料电池作为一种清洁的能源转换装置在全世界范围内得到了广泛关注.燃料电池是一种能够使氢气、甲醇、甲酸和乙醇等小分子燃料和氧气发生氧化还原反应,并将其化学能转换为电能的新型装置.在燃料电池中,由于在阴极发生的氧气还原反应动力学速率缓慢而使得燃料电池的整体转换效率过低,目前商用的燃料电池一般采用贵金属铂作为催化剂来加速其反应.但由于铂的价格高昂且在反应过程中易被反应中间产物毒化而活性下降,使得燃料电池的整体成本过高,从而阻碍了燃料电池的实际商业化.为此,人们尝试利用非贵金属催化剂来替代铂基催化剂.找到一种廉价且高效的氧还原催化剂是目前燃料电池发展急需打破的瓶颈问题之一.近年来,人们发现铁、钴、锰等地表储量丰富的金属元素具有较高的氧还原催化活性.然而,作为一种最常见的金属元素,金属铜在氧还原催化剂方面研究较少.人们发现一些生物酶,如虫漆酶、细胞色素c氧化酶等能够高效地催化氧气还原,如虫漆酶在催化氧还原过程中仅表现出约20 m V的过电位,与金属铂(约200 m V)相比基本可忽略.通过研究这些活性生物酶,人们发现其活性中心均为含Cu的物质.进一步研究这些生物酶的活性位点,然后合成不同的铜基纳米材料去模拟酶的活性位点,以期望能够实现经济、高效催化氧还原反应.本文总结了基于铜的纳米材料在催化氧还原方面的研究进展,首先介绍了一些氧还原实验测试中的基本概念,主要包括不同电解质条件下氧还原的反应机理以及常用的测试手段和性能评价指标.氧还原催化剂的性能应该综合活性、稳定性、抗毒化能力以及催化剂成本等多个方面来评价与比较.随后,我们概括性地介绍了铜基氧还原催化剂的发展现状.根据铜基催化剂的不同类型,我们主要分为三个部分进行介绍:(1)铜的复合物,这部分主要从模拟虫漆酶和模拟细胞色素c氧化酶两个方面分类介绍;(2)铜的化合物,这部分主要介绍了不同价态的铜的氧化物和铜的硫化物;(3)其它铜基催化剂,这部分主要介绍基于铜的尖晶石结构、有机框架材料及载体负载的铜纳米粒子作为氧还原催化剂,以及铜作为掺杂元素在提高锰的不同氧化物催化活性中的作用.最后,通过综合分析铜基氧还原催化剂的发展历程以及目前燃料电池的研究进展,我们对基于铜的氧还原催化剂的未来发展方向做了一些展望.继续研究、探索酶的氧还原活性位点以及机理依然是重中之重,只有完全理解了酶的催化机理,才能够很好的设计并合成材料来对其活性位点进行模拟,从而制备出高性能且低成本的铜基氧还原催化剂.希望本文能够使读者认识到燃料电池氧还原催化剂的发展现况,以及铜基氧还原催化剂目前存在的问题及其未来的发展方向.

摘要：随着社会的快速发展,人类对能源的需求不断增加,化石能源的过度消耗造成了严重的环境污染和能源危机,引起全球各国的广泛关注.为解决这一问题,需要大力发展高效清洁的新能源转化装置.直接甲醇燃料电池和全水分解两种能源转化装置,因其高效率、低排放、低操作温度等优点,被认为是目前最具潜力的可再生能源.两种电化学体系能源转化过程中涉及的四个半反应分别是氧气还原反应(ORR)、甲醇氧化反应(MOR)、阴极氢气析出(HER)和阳极氧气析出(OER),而ORR和OER两个半反应由于动力学过程缓慢而成为甲醇燃料电池和全水分解两种装置转化效率的关键反应步骤,其中ORR反应过程中易发生两电子转移过程,生成中间产物,严重降低电流效率; OER反应涉及四电子转移和氧-氧键形成,相对于较易发生的二电子转移过程HER反应,反应动力学缓慢是影响转化效率的主要原因.因此,开发先进的电催化剂,尤其是高效ORR和OER催化剂,成为提高能源转化装置能量转化效率的关键.在过去十几年里,人们对基于贵金属铂、基于过渡金属及非金属纳米材料的电催化剂进行了充分研究并取得了重要进展,其中一维金属纳米材料(例如纳米线、纳米棒、纳米管等)因其具有独特的表面结构及物理和化学性能,表现出优越的电化学催化活性和较高的稳定性,在能源电催化领域具有潜在的应用价值.本文总结了一维金属纳米材料作为电催化剂应用于上述四种催化反应的研究进展,着重介绍了四种催化反应过程的反应机理、催化剂性能提升策略及其在催化反应过程中活性位的变化规律.首先对涉及到的四个半反应在不同电解质溶液中的反应过程和机理进行了详细介绍,并分别讨论几种反应在热力学和动力学过程上的主要障碍.然后通过近年来的相关研究进展,讨论了影响电催化剂催化活性的几种因素.其中,催化剂的组成、不同量或不同种类的异质原子掺杂往往会使金属催化剂的电子结构发生不同程度的改变,从而影响催化剂的性能.通常,催化剂的电化学活性面积越大,暴露出的活性位点越多,越容易使催化剂活性位点与反应物接触,从而提高催化活性及加速传质过程.因此,很大一部分工作致力于提高纳米结构催化剂的有效活性面积,用于电催化反应.另外,表面结构和晶面的调控可以控制纳米材料的电催化专一性和选择性,提高催化效率.而纳米材料的电子传输能力也会对其催化活性产生较大影响.最后总结了提高一维金属纳米电催化剂催化活性的有效策略,为进一步设计高性能电催化剂提供了参考.

摘要：燃料电池是一种将燃料反应的化学能转化为电能的装置,可分为氢氧质子交换膜燃料电池(PEMFCs)、直接甲醇燃料电池(DMFCs)和直接甲酸燃料电池等.与PEMFCs相比,DMFCs以甲醇为燃料,燃料的储存运输和电池操作运行具有较高的安全性,所以近年来受到人们的广泛关注.膜电极组件(MEA)是DMFCs的核心部分,由气体扩散层(GDL)、催化层(CL)和质子交换膜(PEM)三部分组成.GDL用于提高电池传质能力,并同时作为MEA的集流体.PEM主要用于隔离燃料和氧气,进行质子传导.CL是MEA中的主要组成部分,为电化学反应提供场所.催化层由催化剂,质子传输介质和电子传输介质组成.通常,阳极催化剂采用Pt Ru/C,阴极采用Pt/C,质子传输介质为全氟磺酸树脂,如***的结构对电池性能有直接的影响,因此人们对CL的结构进行了详细的研究,并通过调节CL亲水性能、梯度催化层的结构设计等优化其结构.研究表明,当CL中Nafion含量为33 wt.%,PEMFCs具有最佳的电池性能.DMFCs与PEMFCs对MEA要求不同,其阴极更容易发生水淹现象.本文结合非接触式三维光学轮廓仪、接触角测试系统和电化学测试对阴极不同Nafion含量的膜电极进行了表面形貌、亲水性、循环伏安和DMFC性能测试.本文利用喷涂法制备了GDE,然后与Nafion115热压形成MEA.由三维表面形貌图可以看出,随着催化层中Nafion含量的增加,GDE表面的粗糙度变大,尤其是N35和N45.理论上,表面粗糙有利于Pt的暴露和传质扩散,但是其电池性能并未与粗糙度呈现出正相关的关系,因为Nafion含量高于35 wt.%,Pt被Nafion过度包裹,抑制了O2至催化剂表面的传输,且随着Nafion含量由15 wt.%增加至45 wt.%,其GDE表面的接触角由166.8o减至143.1o,说明CL的亲水性增强,易导致阴极产生的水无法及时排出,从而造成阴极水淹现象.从不同Nafion含量制备MEA的CV图可以看出,随着Nafion含量的增加,Pt的电化学活性面积(ESA)增加.当Nafion含量较少时,Nafion无法对全部Pt纳米粒子(NPs)形成包覆或无法形成连贯的质子传输通道,从而导致大部分的Pt NPs催化活性较低变为无效Pt.而有效Pt NPs要求与连贯的质子传输通道相连接.当Nafion含量高于35 wt.%时,其ESA基本保持不变,因为Pt载量一定,从而限制了ESA,此时达到该载量条件下的极限ESA.但是电池极化曲线表明,30wt.%Nafion含量的MEA具有最佳的电池性能.因为有效Pt NPs不一定是高效的,当他们全部被Nafion包裹后,O2只能依靠溶解在Nafion中才可以到达催化剂表面,从而阻碍传质.只有Pt NPs表面包裹和暴露面积达到一定比例时才变得高效.所以当Nafion含量低于30 wt.%时,主要由质子传输通道导致的有效Pt NPs较少;当Nafion含量高于30 wt.%时,出现Nafion过度包裹Pt NPs,阻碍O2传质.因此,Nafion含量30 wt.%时,Pt的包裹面积和裸露面积达到所研究的最佳状态.

摘要：本文设计了一种新式夹心型光透薄层紫外-可见光谱电化学池。该池采用铂网工作电极,两侧平行放置铂片为对极置于同一石英窗口夹层中,同时以聚四氟乙烯隔离膜作为边际限制器,结合池内小孔道设置内参比点进行精确的电位控制,具有理想的光谱电化学响应。利用循环伏安、循环电位-吸收、恒电位现场光谱、双电位跃-计时电量、双电位跃-计时吸收等技术,对铁氰化钾在氯化钾溶液中的行为进行了表征。

摘要：石墨烯材料在生物领域的蓬勃发展使其纳米生物界面研究已成为纳米生物学研究的热点方向。生物膜是石墨烯材料进入生物体系环境中的第一道屏障,深入理解石墨烯材料与磷脂膜间的相互作用,对于石墨烯基生物材料的功能界面优化设计和生物学效应控制具有极为重要的意义。本文对石墨烯材料进行了简要介绍,系统总结了近几年石墨烯材料与模拟生物膜相互作用的研究进展,并对其研究方向进行了展望。