高湿度环境下衬底表面对牛胰岛素聚集的影响

利用原子力显微镜观察了牛胰岛素(bovine insulin)在高湿度环境下(相对湿度大于90%)、在4 种不同衬底表面上的聚集行为. 在高湿度环境下, 衬底表面会形成一层纳米级水膜, 牛胰岛素分子会在水膜中扩散、迁移、聚集. 原子力显微镜观察表明, 牛胰岛素在不同衬底表面呈现出形式多样的聚集状态: 在MICA 表面形成排列比较规则的纤维; 在APS-MICA表面呈现出较杂乱的聚集状态; 在高温热解石墨(HOPG)表面蛋白分子主要吸附在HOPG 的台阶上, 堆积成高点并沿着台阶呈线状排列; 在OTS-MICA 表面, 部分区域出现团聚, 小部分聚集成纤维状. 这些结果表明: 在高湿度条件下, 不同衬底表面对牛胰岛素的聚集有很大影响, 可以利用不同性质的衬底表面来调制牛胰岛素的聚集.     

利用氢键构筑超分子纳米结构

合成了一个核中心含有6个氮的diquinoxalino(2,3-2′,3′-a,c)- phenazine(DQP)分子, 并在大气条件下用扫描隧道显微镜(STM)研究了它在高定向裂解石墨(HOPG)表面的吸附和组装行为. 利用1,14-十四二酸作为桥成功构筑了二维有序的超分子纳米结构. 结果表明, 利用分子与分子之间的氢键可以来构筑与调控超分子纳米结构.     

光电化学反应中界面气泡多尺度作用机制的研究进展

太阳能驱动的光电化学转化制燃料是解决能源危机、助力我国“双碳”(碳达峰、碳中和)目标达成的重要途径.常见的光电化学转化制燃料包括光电催化分解水制氢、二氧化碳转化制碳氢燃料等.上述光电催化反应是一个典型的界面析气反应过程,可在界面位点生成多种气体燃料.反应界面析气过程从表面的气体成核开始,以两相流结束.需要指出,该过程涉及不同时间和空间尺度的匹配以及各子过程的相互作用,对界面光子、电子、分子、离子等多载能子的耦合传输与转化有关键影响.本文的目的是阐明析气反应界面气泡生长各过程之间的内在联系.首先,以光电催化分解水为例,分析光电极表面气泡动力学多尺度过程及其对界面能质传递和转化的作用机理;随后,详细讨论微观尺度界面气泡成核、介观尺度气泡生长、宏观尺度气液两相流这一系列界面气泡生长演化的多尺度过程,并分析每一个子过程之间的耦合作用及其对光传递、物质传递、物质转化的影响规律;最后,对光电化学反应中界面气泡多尺度作用的研究挑战和未来方向进行展望.     

R1234yf,R1234ze(z),R32及其混合工质在Co-MOF-74中吸附储能的分子模拟

利用流体分子在纳米多孔材料固体表面吸附分离过程中热能与表面能的相互转化,可以提高工质循环吸热量进行储能.采用分子模拟(分子动力学和巨正则蒙特卡罗)方法开展了制冷剂R1234yf, R1234ze(z), R32及其混合工质在金属有机骨架材料Co-MOF-74中的吸附储能特性研究.研究发现,纯工质吸附时,受分子尺寸影响, R32在MOF中的吸附量高于R1234yf和R1234ze(z).而饱和吸附时, R32的解吸附热低于R1234yf和R1234ze(z).在制冷剂中添加Co-MOF-74纳米颗粒形成纳米流体,可以改良纯工质的储能特性,且R1234yf和R1234ze(z)纳米流体的改良效果强于R32纳米流体.在混合工质吸附中, R1234ze(z)和R1234yf的吸附量低于R32,但随着温度上升,由于不同种类工质竞争吸附, R1234ze(z)和R1234yf的吸附量呈现逐步上升的趋势,而R32的吸附量则逐渐减少.     

无机盐离子对石英表面油-水润湿性的影响

油藏岩石表面油-水润湿性对原油的开采具有重要影响,润湿性向亲水转变被认为是低矿化度水驱技术的主要机制,但是低矿化度水注入后岩石表面发生润湿性转变的微观机理目前依然存在很多争议.本研究针对极性分子在岩石表面的极性吸附,研究水中无机盐离子对石英表面润湿性的影响及其作用机理.研究发现,相同浓度下,NaCl溶液和KCl溶液的接触角基本相同;在浓度较低时, CaCl_2溶液使三相接触角降低的幅度比NaCl溶液更大,Na_2SO_4溶液比NaCl溶液效果更明显;在较高浓度下, Na_2SO_4溶液的接触角与NaCl溶液相似.当离子浓度大到一定程度时,不同溶液的接触角都趋于15°左右,离子使吸附的极性分子基本都脱附,导致石英表面润湿性向亲水转变.基于石英粉末的Zeta电位测量和石英片表面的原子力显微镜(atomic force microscopy, AFM)粗糙度分析,提出了两种机理解释:(1)癸烷中的十八胺在油水界面质子化带正电,与水中阴离子相互吸引,降低了油水界面张力;(2)水中的阳离子在带负电的石英表面吸附,使石英片表面负电性减弱,并置换了部分石英表面吸附的十八胺分子,使石英表面亲油性减弱.     

NPAN分子在Au(111)电极上吸附结构的电化学STM研究

用电化学循环伏安法和电化学扫描隧道显微镜(STM)研究了0.1 mol/L HClO₄溶液中偶氮分子4-(4-硝基苯基偶氮)-1-萘酚(NPAN)在Au(111)电极上的吸附. 结果表明, 相对于基底NPAN分子在电极上可以形成稳定的(6×4)单分子结构, 吸附的分子平面与基底相平行. 另一方面, NPAN分子的吸附也可以阻止发生在电极表面上的氧化还原反应. 根据实验结果提出了分子的吸附模型, 解释了分子的STM图像.     

PNBA 分子在银纳米粒子表面的吸附取向

通过表面增强Ｒａｍａｎ散射,紫外可见吸收光谱等手段研究了极难溶于水的对硝基苯甲酸分子在银纳米粒子表面以及银镜表面的吸附取向。研究表明,在银胶／乙醇的混合体系中,由于银纳米粒子表面活性位和水分子的协同作用导致ＰＮＢＡ分子在银纳米粒子表面的吸附取向发生明显变化。     

化学镀饰有机胺研制两亲性酸性沸石

以十八胺(ODA)为改性剂, 乙醇为溶剂, 通过液相化学镀饰的途径, 制备出同时具备亲油和亲水性能的两亲性ODA/HY和ODA/Hb沸石. 真空红外光谱及酸量测定的结果证实ODA分子与沸石表面的酸性位发生了化学吸附, 因而表现出较高的热稳定性和耐醇冲刷性. 这些两亲性沸石在环己烷/水和水/CCl4两种体系中均处于水油两相之间, 显示出用于相界面催化或吸附过程的潜力. 由于该制备过程中不产生强酸性副产物, 因而可被用于合成两亲性低硅铝比的酸性沸石.     

亚甲兰对纳米CdS有机溶胶体系光谱性质的影响

本文合成了亚甲兰(MB)分子掺杂的纳米CdS反向胶束体系,首次研究了亚甲兰分子对纳米CdS反向胶束体系光谱性质的影响,以期进一步了解纳米反向胶束体系进行功能分子掺杂后其光学性质的改变,进而开发复合纳米体系的应用.样品的吸收光谱表明当MB分子浓度较低时,MB吸附在纳米CdS表面;其带正电荷的极性头部分与阴离子表面活性剂发生某     

4-戊氧基肉桂酸在HOPG表面的自组装及光诱导结构转变的STM研究

利用扫描隧道显微镜(STM) 研究了4-戊氧基肉桂酸(AOCA)分子在高定向裂解石墨(HOPG)表面的光诱导结构转变. 光反应前, 4-戊氧基肉桂酸(AOCA)分子间在氢键作用下, 在石墨表面形成稳定的有序自组装单分子层. 光反应后变为无序的结构, 这是由于二聚后的分子立体性较强, 原来形成的二维有序结构被破坏. STM揭示了自组装层变化的分子结构细节.     

非受限条件下二维冰的形成及生长机制

受限和界面水/冰在自然界中无处不在,在岩石断裂、摩擦和纳米流体等领域发挥着重要作用.纳米级高度受限的环境可以破坏水中氢键网络,从而增加二维水/冰的可能多晶型物的数量.然而近期许多研究揭示了在不需要纳米级限制的情况下也可以形成二维冰的可能性,比如在石墨烯、Pt(111)表面、Ru(0001)衬底和Au(111)表面上都观察到二维双层六角冰(bilayer hexagonal ice, BHI)的生长.本文综述了非受限条件下,二维冰形成和生长的理论研究进展,着重阐述表面浸润性以及表面结构对二维冰形成所起的关键作用.在非受限条件下, BHI冰岛锯齿形边缘通过集体桥接机制生长.相比之下,扶椅形边缘的生长涉及局部播种和边缘重构.在应用方面,这种BHI的存在可以决定冰晶在亲水表面的取向,进而控制冰晶在表面的生长模式.     

分子束研究Cl_2在Si(111)面化学吸附的平动能效应

气相小分子在金属单晶表面上解离化学吸附的机理研究十分活跃.目前描述化学吸附过程有两种不同的机理,即直接解离和前驱态(Precursor)机理.前者认为气相分子与固相表面碰撞能直接解离成碎片吸附于表面上;后者则假设分子入射表面先经中间前驱态再发生解离化学吸附.要深入研究上述不同的吸附机理,分子束技术是一种有效的实验手段,通过测定入射分子束的平动能以及入射角对解离吸附的影响,可以获得有关化学吸附的重要信息.在半导体表面气相化学蚀刻反应中Si-Cl_2体系占有十分重要的地位.我们在文献[4,5]中曾指出Cl_2分子在Si表面上解离吸附是蚀刻反应关键的一步,但是对其吸附机理的深入研究尚未见报道.本文将首次采用超声分子束、角分辨的飞行时间质谱和激光诱导吸附技术,研究Cl_2在Si(111)表面上吸附的平动能效应,并探讨其解离化学吸附的机理.     

细菌叶绿素c分子单体结构的STM研究

利用扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscopy, STM)研究了细菌叶绿素c在石墨(HOPG)表面的自组装结构. 研究发现, 与叶绿素a, c 以及细菌脱植基叶绿素c, d分子通常形成的二聚体结构相比, 细菌叶绿素c的结构有其特点. 细菌叶绿素c分子在石墨表面自组装, 形成了大范围的二维有序结构. 分子以单体而非二聚体形式存在. 分析认为, 此差别与实验中以极性较强的甲醇做溶剂, 并且分子与石墨基底间的作用力在自组装过程中占主导地位有关.     

人纤维蛋白原与聚四氟乙烯表面间相互作用的研究

在生物医学材料的研究和应用中,亟待解决的一个重要问题是这些材料的血液相容性问题.一般认为生物医学材料表面吸附了纤维蛋白原(Human fibrinogen,Fg),γ-球蛋白等糖蛋白后,就会与血小板形成复合体而粘附于材料表面,加速内源性凝血,促使溶胶状态的纤维蛋白原转变成为凝胶状态的纤维蛋白,从而造成凝血.尽管人们对于血浆蛋白与各种材料表面的相互作用已进行了大量的研究,然而血浆蛋白在材料表面的吸附机理至今尚不清楚.为了搞清楚材料表面凝血的机理,首先需要从界面反应的角度研究吸附在材料表面的血浆蛋白分子的结构和功能上发生的变化.Fg是理解凝血、抗凝、血栓形成与溶栓机制的核心,本文将Fg吸附在平均粒径约100μm不透明的聚四氟乙烯(Poly tetrafluro ethylene,PTFE)微粒表面,用圆二色(Circular dichroism,CD)光谱方法研究它们间的相互作用,为从分子水平理解PTFE表面的血液相容性提供了一定的依据.     

壳聚糖及其衍生物修饰的聚乳酸表面的蛋白吸附性能

通过表面截留技术在PLLA表面引入壳聚糖(CS), 羧甲基壳聚糖(CMC), 亚磷酸化壳聚糖(PCS)得到不同修饰的PLLA表面, 采用放射性同位素125I 标记技术, 研究了纤黏连蛋白(Fn)在修饰的聚乳酸表面的单一蛋白的等温吸附和吸附动力学, 二元蛋白体系的竞争吸附和多元蛋白的竞争吸附以及在牛血清白蛋白(BSA)中的解吸附行为. 结果表明, 在等温吸附中, 较低的浓度下, Fn在CS修饰的表面具有较大的吸附量, 但是在较高浓度时, Fn在CMC修饰的表面具有较高的吸附量; 吸附动力学中, Fn在CS表面吸附平衡最快, 平衡吸附量最高, 在PCS修饰的表面则相反; BSA的加入, 对于Fn在PCS修饰的表面吸附的影响最大; 血清的加入, 对于Fn在PCS修饰的表面的吸附的影响最大; Fn蛋白在6 h后在修饰的表面都达到解吸附平衡, 修饰表面对Fn的解吸附速率以及平衡蛋白存留百分比有不同的影响.     

原位红外光谱法研究(CdS)_4分子簇在八面沸石笼内的形成

纳米(nm)级的CdS半导体分子簇具有良好的非线性光学和光能储存等特性.当簇的尺寸小于5nm时,表现出“量子限定”的特性,即位于分子簇界面上的原子,它与分子和体相晶体内的原子不相同,相应地改变了它的光吸收特性,纳米DdS分子簇相对体相晶体CdS,光吸收产生了蓝移.在具有纳米尺寸微孔,并以周期性排列的沸石晶体内,合成CdS分子簇,它的尺寸应小于HY沸石的超笼(直径1.3nm)和β笼(直径0.9nm)的孔直径,这类分子簇的结构测定已不能采用常规的X-衍射法(只能定出晶粒在2.5nm以上的固体).采用EXAF法只能定出原子间的间距,需配合理论模型进行拟合计算.这里建议的原位IR谱法,以沸石表面羟基为探针,结合已知的沸石笼内阳离子分配的位置,能更简便地定出分子簇在笼内形成的结构,并能跟踪合成步骤观察到它的形成过程.     

基于AFM针尖电化学刻蚀的金纳米电极制备

利用导电原子力显微镜针尖, 对组装在单晶硅上的有序长链硅烷(OTS)单分子膜进行微区电化学氧化, 非破坏地改变其表面甲基为羧基, 形成线宽、间距在纳米量级且可控的梳状结构模板. 然后通过镉离子吸附, 与硫化氢(H₂S)气体反应, 生成硫化镉(CdS)线, 继续与氯金酸(HAuCl₄)反应, 形成金纳米结构. 通过导电原子力显微镜测试, 发现其具有较好的导电性, 可以作为纳米电极.     

光发射电子显微镜研究CO和O2在Ag/Pt(110)表面的吸附和反应

用原位蒸镀的方法制备Ag/Pt(110）模型催化剂并用发光射电子显微镜（PEEM）在10^-5-10^-2Pa范围原位地研究了480K时CO2和O2在模型催化剂表面上的吸附和反应。500K退火后,模型催化剂表面由Pt(110),AgPt界面和Ag区域组成。压力对CO和O2在银区域的吸附的影响远远大于其对CO和O2在Pt(110)及AgPt界面的吸附的影响。AgPt界面和Ag区域上有Pt团族的形成。与Pt(110)平台相比,Pt团簇具有更强的吸附CO的能力。银的存在对Pt(110)表面CO氧化反应动力学有明显的影响。在Pt(110)表面有反应扩散波形成的反应条件范围内。AgPt界面观察不到任何时空斑图。     

应用SDSL-EPR技术研究溶液中牛血清白蛋白的运动性及构象变化

应用位置定向自旋标记-电子顺磁共振(SDSL-EPR)技术研究牛血清白蛋白(BSA)的运动性、构象特征及其加入芹菜素(Apigenin)后的变化.采用MTSL对BSA的第34位半胱氨酸(Cys)进行标记;通过EPR检测计算旋转相关时间τc及强弱固定化之比S/W研究运动性的变化;通过功率饱和实验检测该位点的易趋性,研究构象特点及其变化.在BSA溶液中加入Apigenin后,τc及S/W值明显降低,说明其Cys位点运动性变快;易趋性检测结果显示,34位Cys位点位于蛋白质表面,加入Apigenin后,该位点构象发生改变,且微环境由亲水性变为疏水性.实验揭示BSA同Apigenin能够相互结合,且引起BSA自由Cys位点的运动性和构象的改变.     

动态组合模式“蘸笔”纳米刻蚀与单个DNA分子上的物理纳米图形制造

利用“蘸笔”纳米刻蚀技术(DPN)可在金、硅和氧化硅等较硬的固相衬底表面上制作不同的纳米级图案. 但是, 在柔软的物体表面如生物大分子上直接制作纳米图形是尚需开拓的研究领域. 本文发展的动态组合模式“蘸笔”纳米刻蚀技术(CDDPN)可实现在生物大分子上直接制作纳米图形, 并且能达到在拉直的单个DNA分子上制造纳米图形的目的.