氢氧化钾活化制备可再生多孔碳及其电催化氧还原性能研究

氧还原反应缓慢的动力学过程严重限制了燃料电池的能量转换效率, 而商用Pt/C催化剂成本太高、资源稀缺、稳定性差, 需要寻找合适的材料来取代商用的Pt/C催化剂。近年来, 氮掺杂多孔碳材料因其独特的物理和化学特性吸引了大量的关注。本文使用富含氮元素的可再生土豆作为生物质前驱体, 通过简单的一步热解过程和KOH活化方法相结合制备出了一系列氮掺杂多孔碳电催化剂; 并系统研究了KOH用量和活化温度对碳基体孔结构和电催化性能的影响。结果表明, 当活化温度为750 ℃、KOH与碳的质量比为3/1时, 所制备的催化剂(NPC-750)的氧还原活性最高, 起始电位和半波电位分别达到0.89和0.79 V (vs. RHE), 极限电流密度达到5.53 mA?cm ^-2。NPC-750优异的氧还原催化活性主要归因于其发达的孔结构、高的比表面积(1134.2 m ²?g ^-1)和合适的氮含量(1.57at%)。同时, 优异的循环稳定性和抗甲醇中毒性能进一步说明这些生物多孔碳材料是潜在的低成本氧还原电催化剂。此外, 这些高比表面积多孔碳在超级电容、吸附/分离、催化以及电池等领域也具有潜在的应用前景。     

MnOx改性的斜发沸石及其在油墨废水净化中的应用

目的 研究一种具备吸附和降解作用的催化剂,进而更高效地净化处理油墨废水。方法 通过氧化还原沉淀法对天然斜发沸石进行MnOx改性,并研究天然斜发沸石和MnOx改性的斜发沸石对油墨废水进行净化处理。考察MnOx改性斜发沸石的晶型、孔结构和形貌,系统地研究处理时间和处理温度对油墨废水COD和色度去除率的影响规律。结果 MnOx改性的斜发沸石保持了斜发沸石的晶型结构和形貌,具有更高的比表面积、孔容量,以及更宽的孔径分布。结论 在最佳的处理条件下,与天然斜发沸石相比,MnOx改性斜发沸石具有更高的去除性能,在20 ℃下对油墨废水处理15 min,其COD和色度去除率分别可以达到98%和99%以上。     

介孔有机硅为载体的纳米递送系统制备及其体外化疗-光热联合治疗性能研究

有机/无机杂化的介孔有机硅纳米颗粒因其高的比表面积、丰富的介孔孔道、功能性的骨架以及高的药物装载量等特点而在生物医学领域受到广泛关注。本研究提出以二硫键桥接的有机/无机杂化介孔有机硅纳米颗粒为载体共装载化疗药物和光热剂, 设计制备以DNA分子作为控释“开关”修饰介孔有机硅纳米颗粒的纳米递送系统(ICG/DOX-MONs @DNA₂₀)。该纳米递送系统结合了光热剂的光热效应以及DNA分子随温度升高而从颗粒表面脱附的特性, 可实现近红外光照射激发药物在肿瘤细胞中的控制释放, 同时获得药物化疗-光热联合治疗肿瘤的效果。实验结果表明, 纳米递送系统在近红外光照下能迅速升温至43 ℃以上的热疗温度, 而且在37 ℃条件下6 h内仅缓慢释放药物12.3%, 而当温度升至43 ℃时则快速释放药物52.4%; 细胞实验显示该纳米递送系统能够被HeLa肿瘤细胞吞噬, 在近红外光照下有明显的药物化疗-光热联合治疗效果。因此, ICG/DOX-MONs@DNA₂₀纳米递送系统在药物化疗-光热联合治疗肿瘤方面具有应用前景。     

二氧化锆掺入对三维打印的硅酸二钙支架物理化学和生物学性能的影响

三维打印结合高分子前躯体制备生物陶瓷材料由于制备工艺简单, 在骨组织工程修复领域引起了极大的关注。本文成功利用三维打印技术与高分子硅胶前躯体结合, 通过填充活性CaCO₃和惰性ZrO₂制备出ZrO₂掺杂的β-Ca₂SiO₄支架。制备得到的支架具有均一、连通的大孔结构(孔隙率>67%), 随着掺杂ZrO₂含量的增加, 支架的抗压强度明显提高, 并且促进成骨细胞增殖、分化。重要的是在动物体内实验发现, 相较于纯的β-Ca₂SiO₄支架, ZrO₂的掺入明显提高了支架在骨缺损处促进新骨形成的能力。因而, 通过三维打印结合高分子前躯体技术制备掺杂ZrO₂的β-Ca₂SiO₄支架有望应用于骨组织工程。     

3D打印HA微球支架的制备与表征

生物材料表面微结构对于成骨具有重要的影响, 该研究以不同粒径(< 60 μm)的羟基磷灰石(HA)微球状粉体为原料, 通过3D打印技术制备了一系列(HA0、HA10、HA30、HA50)生物陶瓷支架。不同支架具有相似的理化性能, 由于微球粒径不同形成了不同的微结构, 对其生物学性能造成不同的影响。相比传统非微球颗粒打印的支架(HA0), HA微球构成的支架能够提供更多细胞粘附和生长位点, 24 h的粘附实验显示HA30支架能显著促进骨髓间充质干细胞的伪足伸长; 培养5 d的细胞增殖实验显示, 微球支架上的细胞数量与HA0支架出现显著性差异, 表面微球结构与细胞尺度相当的HA30支架具有最好的促增殖效果。因此, 3D打印技术在可控制备HA支架宏观结构的同时, 还可以通过控制生物陶瓷粉体的颗粒形貌, 调控3D打印支架的表面微结构, 从而优化其生物学效应, 在骨组织工程领域具有良好的应用前景。     

颗粒碰撞阻尼的时效性研究

颗粒碰撞阻尼是一种被动式振动控制器,其中颗粒材料在冲击过程中的尺度和形貌变化必然对其减振性能产生重要影响。文中初次探讨了带有中值粒度为35微米的锌颗粒的颗粒碰撞阻尼器在96小时内对正弦激励悬臂梁的阻尼减振的时效性。研究证明,主系统的响应在所考察的时间历程内出现了三次微幅上升,它是锌颗粒材料在冲击作用下结构和能态变化的结果。首先,随着冲击的进程,颗粒的冷焊效应阻碍了冲击器的运动速度,降低了冲击器的动量交换功能。第二,颗粒应变能和层错能的下降降低了系统的不可逆能耗。第三,颗粒的细化使其本身缺陷减少,进一步细化的难度增加,也使得系统内的不可逆能耗不断减小。这是主系统的响应随着振动历程出现了两次阶跃性微幅上升的主要原因。     

低温固相反应制备氧化锌微粉研究

以Zn(NO3)2、Zn(Ac)2、ZnCl2和Na2CO3为原料,通过低温固相反应方法制备出了ZnO超细粉体。讨论了制备过程中不同的反应体系、反应物配比、煅烧温度和保温时间对ZnO粉体平均粒径的影响,并对其作用机理进行了分析。实验结果表明:在低温下,固相反应能快速进行;以Zn(NO3)2和Na2CO3为反应体系,能得到结晶度好、分散性较好、平均粒径为20nm左右的ZnO粉体。     

熔盐法制备含钴氯磷灰石及其抗氧化性能和细胞相容性研究

生物活性陶瓷骨修复材料虽然具有优异的成骨性能, 但缺乏抗氧化应激的能力, 妨碍骨修复进程。本研究以β相磷酸三钙(β-TCP)粉体为原料, 采用LiCl-KCl熔盐体系, 以六水合氯化钴(CoCl₂·6H₂O)为钴源, 利用熔盐法制备出含钴氯磷灰石(Co-MS-TCP)。通过Co-MS-TCP粉体清除过氧化氢(H₂O₂)分析了含钴氯磷灰石的抗氧化能力; 通过细胞活性、胞内活性氧(ROS)含量变化评价了材料的细胞相容性和细胞水平抗氧化性能。结果表明, 熔盐处理β-TCP粉体能够制备含钴氯磷灰石, 钴含量随CoCl₂·6H₂O加入量增加而增大; H₂O₂清除能力随氯磷灰石中钴含量的增加而增强, 6 h内对H₂O₂的清除率可达90%以上。细胞实验证实, 含钴氯磷灰石具有良好的细胞相容性和抗氧化性能, 1.5 mg·mL^-1加3% Co盐的MS-TCP (3%Co-MS-TCP)即可保证软骨细胞和骨髓间充质干细胞存活率大于85%, 并且3% Co-MS-TCP可有效清除H₂O₂, 使得细胞内ROS含量显著降低。因此, 通过熔盐法制备含钴生物活性陶瓷是实现抗氧化应激的一种有效途径, 这也为开发催化活性高、生物相容好的功能化生物活性陶瓷提供了新的策略。     

含铜硅酸钙纳米棒复合水凝胶用于肿瘤治疗和皮肤伤口愈合性能研究

为了清除皮肤肿瘤手术切除后的残余肿瘤细胞并促进皮肤伤口愈合, 开发一种具有肿瘤治疗和促进皮肤伤口愈合功能的水凝胶具有重要意义。本研究以水合硅酸钙纳米线为基体材料, 以NaCl和KCl为熔盐介质, CuSO₄•5H₂O为铜源, 采用熔盐法制备了含铜硅酸钙(Cu-CS)纳米棒, 并将其复合到海藻酸钠水凝胶得到Cu-CS纳米棒复合水凝胶(Cu-CS/SA)。实验结果表明, 随着铜盐添加量增大和熔盐处理温度升高, Cu-CS纳米棒的Cu含量逐渐上升, 但其催化过氧化氢(H₂O₂)生成羟基自由基(•OH)的性能呈现先升高后下降的趋势; 在3%铜盐添加量和熔盐处理温度700 ℃条件下所制备的3Cu-CS纳米棒具有最佳的催化性能, Cu元素均匀地分布在纳米棒表面, 其价态为+2价, 且Cu元素的含量极低, 仅为0.61%。细胞实验发现Cu-CS纳米棒含量不超过20%的复合水凝胶具有良好的生物相容性, 并且Cu- CS/SA水凝胶在模拟肿瘤微环境条件下能催化H₂O₂生成高细胞毒性的•OH, 进而实现化学动力学治疗肿瘤的效果, 同时还能促进血管内皮细胞和成纤维细胞的增殖和迁移。因此, Cu-CS纳米棒复合水凝胶有望用于皮肤肿瘤术后治疗。     

三维打印羟基磷灰石晶须增强复合骨修复支架

利用三维打印技术成功制备羟基磷灰石晶须(HAPw)增强的聚己内酯(PCL)复合骨修复支架。通过改变三维打印的挤出速度和挤出气压, 使不同含量HAPw均能在PCL基材中一致排列并均匀分布。PCL支架的机械强度随HAPw含量增加显著提高, 添加33wt%HAPw使PCL支架强度提升了高达3倍。此外, HAPw使PCL支架表面与水的接触角从近100º降低至约50º, 有效改善了细胞表面粘附。经过体外人类骨髓间充质干细胞(hBMSC)在支架上的培养实验, 发现添加HAPw的复合支架具有更好的生物相容性, 能够有效促进hBMSC的增殖生长, 且HAPw-PCL复合支架上细胞具有更高的碱性磷酸酶(ALP)活性和OCN、RUNX2等相关成骨基因表达, 显示出hBMSCs向成骨方向更好的分化及成骨活性。