甲醇在石墨烯负载Pt团簇表面吸附性能的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论计算分析了石墨烯的几种形式的缺陷及铂团簇与其结合的稳定构型,并使用该构型分析甲醇在铂上的吸附,与完美石墨烯表面吸附铂和甲醇的情况进行对比.结果表明:铂团簇在缺陷石墨烯表面的吸附强于在完美石墨烯表面的吸附,亦即缺陷石墨烯表面有一定的固定铂团簇的作用.石墨烯缺陷可以提高催化剂铂团簇的稳定性,防止烧结.此外,甲醇在缺陷石墨烯表面的吸附能力低于其在完美石墨烯表面的吸附能力,因其负载的铂与石墨烯表面的碳有较强的结合.     

水溶液中石墨烯剥离的分子动力学模拟

通过分子动力学模拟方法研究柔性石墨烯在水溶液中剥离的热力学机制。为了表征石墨烯与水溶剂之间的相互作用,研究了石墨烯周围水溶剂的结构性质;通过施加外力的方法剥离石墨模型中最外层的石墨烯,计算剥离过程中体系自由能的变化,并对剥离过程中微观结构变化以及石墨烯周围水溶剂结构性质进行分析。结果表明:石墨烯与水之间的相互作用较小;剥离石墨烯需要克服一定的能垒;石墨烯之间的相互作用决定了自由能能垒的大小,溶剂诱导的贡献对剥离起到促进作用;受限区域内的水溶剂分子对剥离起到重要的作用。     

硒酸钠与牛血清白蛋白相互作用的机理分析

在模拟动物体生理条件下,采用荧光光谱、紫外-可见吸收光谱等方法研究不同温度下硒酸钠与牛血清白蛋白的相互作用,并通过计算二者相互作用时的热力学参数及检测硒酸钠对牛血清白蛋白构象的影响,对其相互作用机理进行分析。结果表明,硒酸钠对牛血清白蛋白的荧光有猝灭效应,二者反应形成复合物,硒酸钠对牛血清白蛋白的荧光猝灭方式属于静态猝灭;硒酸钠与牛血清白蛋白主要靠静电相互作用力结合,且相互作用是自发进行的,二者的结合位点约为1。     

水环境下甲烷在不同润湿性石英表面吸附行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究水环境下石英表面润湿性对甲烷在石英狭缝中吸附行为的影响。结果表明:对于亲水性较强的石英表面,水分子优先吸附于石英表面,甲烷分子在狭缝中心发生团聚;而疏水性较强的石英表面,甲烷分子优先吸附于石英表面,水分子在狭缝中心发生团聚;当石英表面为中性润湿时,石英表面对这两种分子没有表现出优先选择性吸附。水、甲烷与不同润湿性石英表面的相互作用能表明,水/固相互作用是水环境下甲烷在石英狭缝中吸附构型改变的主要驱动力。     

硅藻土对诺卡氏菌的吸附作用

研究了吉林长白硅藻土吸附水相中诺卡氏菌的吸附过程,讨论了吸附时间、硅藻土用量、溶液初始pH值和吸附温度等实验条件对吸附效果的影响·实验结果表明,硅藻土对水相中的诺卡氏菌具有较好的吸附效果·该吸附过程进行得较快,在20min左右即可达到吸附平衡;在溶液初始pH值为7 0～9 0内都有较好的吸附效果;温度对吸附过程的影响不大,室温条件下操作即可;在诺卡氏菌浓度一定的条件下,适量增加硅藻土用量可以提高吸附效果·扫描电镜分析结果表明,硅藻土表面的微孔和诺卡氏菌表面的菌丝可能是吸附过程的主要吸附位·     

用有机相提高共价固定化胰蛋白酶活力

蛋白质共价固定时,容易发生由于共价化学反应而引起蛋白质构象的不可逆变化而造成蛋白活性丧失的现象,该问题在诸如药物修饰、蛋白质芯片、酶生物电极等制备中十分重要.本研究以壳聚糖为载体,以胰蛋白酶为研究对象,比较了水相与多种有机相条件下的共价固定化酶的动力学特性.结果发现,固定化酶特征常数Km值:所有的有机相条件下共价固定的胰蛋白酶均优于传统的水相中共价固定的该酶,且更接近于游离酶的Km值(水相中固定的胰蛋白酶其Km是1,4-二氧六环中固定的胰蛋白酶的3.69倍),提示有机相中固定的胰蛋白酶比水相中固定的该酶更接近于酶的天然构象;与水相中共价固定的胰蛋白酶相比,所有有机相中共价固定的胰蛋白酶均获得了更高的转换数Kcat(乙酸乙酯中固定的胰蛋白酶其转换数Kcat是水相中固定的该酶的58.64倍),即有机相中共价固定的胰蛋白酶均显示出比传统的水相中共价固定的该酶更高的催化效率.本研究表明,利用酶蛋白在有机相中变得刚硬的特性,在有机相中对某些酶进行共价固定化修饰有利于维持酶蛋白天然构象,一定程度上能够克服传统水相中进行共价固定化过程中造成的酶变性失活现象.     

石墨烯吸附材料的制备与应用研究进展

石墨烯具有独特的结构、优异的性能,在诸多领域有广泛的应用.石墨烯层的原子均为表面原子,其表面积非常大,是天然的吸附材料.其易于制备、成本低廉等优势使得石墨烯吸附材料成为水处理研究中的热点.石墨烯及其复合材料已经在重金属、染料、杀虫剂、抗生素、石油等污染物的治理方面得到应用.综述了石墨烯吸附材料的制备方法以及其在污水处理方面的应用.分析了污染物在石墨烯吸附材料上的吸附行为,并讨论了石墨烯与污染物的相互作用.着重关注官能团对石墨烯吸附材料性能的影响,从化学视角提出了设计高效石墨烯吸附剂的思路.     

利用密度泛函理论研究苄硫醇在石墨烯表面的吸附机理

用密度泛函理论方法对C_7H_7SH在纯的、缺陷的和Hg/Pd掺杂的石墨烯表面的吸附机理进行了详细的研究.主要考虑了两种模型:情况1为C_7H_7SH平躺在各种石墨烯表面;情况2为C_7H_7SH垂直地放在各种石墨烯表面,且巯基靠近表面.结果表明,C_7H_7SH初始构型对它们之间的相互作用在某种程度上有一定的影响.情况1较情况2有较大的吸附能.此外,情况1中吸附能的结果显示C_7H_7SH可以更好地与缺陷的、Hg/Pd掺杂石墨烯表面紧密结合.这一结论同态密度、差分电荷密度的分析也是一致的.     

吸附在Si (001)表面二聚体相互作用的分子动力学模拟

采用Stillinger-Weber原子间相互作用势,对吸附在Si(001)表面上的二聚体之间的相互作用进行了分子动力学模拟.通过对它们之间相互作用的分子动力学模拟,发现不同的二聚体之间相互作用会形成不同类型的四聚体结构.本文给出两种通过二聚体之间的相互作用形成四聚体结构的途径.模拟还发现这样的四聚体结构在一定温度下是相当稳定的,而且它们的结合位形类似于B型台阶,有利于吸附新的原子形成外延层.     

边界条件对经典非对称相互作用晶格热化的影响

研究了不同边界条件的选择对一维经典非线性晶格热化性质的影响.通过数值模拟分别对比自由和固定边界条件下类FPUT模型的热化时间,发现边界条件的选择并不会影响相互作用为对称势时的热化时间标度行为,而相互作用是非对称势的模型则会因此产生显著差异.有趣的是,不仅在自由边界条件下的FPUT-α模型热化过程中发现了违背波湍流理论预测的结果,还未在自由边界条件下的FPUT-α-β模型热化过程中观察到明显的亚稳态性质.这些结果表明,在非对称相互作用晶格的热化数值模拟中,边界条件的选择起着重要的作用.     

Au(111)表面磺酸甜菜碱自组装单层膜的分子模拟

旨在探索磺酸甜菜碱型材料阻抗蛋白质吸附的微观机理,以更好地指导新型无生物污染材料的设计和开发.采用分子力学和分子动力学方法,对磺酸甜菜碱在Au(111)表面的分子自组装结构和性能进行研究.研究结果表明,磺酸甜菜碱在Au(111)表面可形成7×7的稳定结构,真空模拟中分子平均倾斜角为23,°水溶剂化模拟中则为25°,两性离子端基偶极方向趋于平行;水和磺酸甜菜碱的两性离子基团相互作用而吸附于表面上,形成一层牢固的水膜,从而有效地阻止蛋白质吸附到材料表面上.     

星型共聚高分子构象的Monte-Carlo模拟

采用非格子Monte-Carlo模拟方法对星型共聚高分子的回转半径、均方回转半径、构象和能量等随时间的演化过程进行了模拟研究,并进一步分析讨论了分支数目、分支聚合度以及分支末端链单元间相互作用对星型共聚高分子驰豫过程及其聚集态结构的影响.结果表明,稳定状态下的星型聚合物可以呈现瓜型构象.所得结果可为星型共聚高分子性质的研究提供线索.     

零流电位法研究人血清白蛋白在金表面的吸附

目的在pH 7.0磷酸盐缓冲液中研究人血清白蛋白(HSA)在金表面的吸附行为。方法采用零流电位法。结果 HSA在金表面吸附使记录的I-E曲线及其零流电位Ezcp沿着电位轴逐渐负移。零流电位Ezcp与吸附时间t的关系曲线表明,HSA在金表面吸附经历了吸附和HSA构象改变两个连续阶段,吸附的表观速率常数kobs为(4.0±1.8)×10-3s-1。结论用零流电位法可以原位连续跟踪HSA在金表面的吸附过程,而且不损伤HSA吸附层。     

煤炭表面吸附甲烷的第一性原理研究

为了研究煤炭表面吸附甲烷的一般规律,从原子层面研究煤炭表面吸附甲烷分子的微观机理。先简化煤炭表面的分子模型,用Materials Studio软件建立煤体表面吸附甲烷的数值模型,用第一性原理方法的VASP软件计算了石墨烯在弛豫和非弛豫状态下吸附甲烷的电荷密度、吸附能等,同时计算了不同甲烷分子在石墨烯顶位和间隙位置的吸附能和态密度。计算结果表明:石墨烯吸附甲烷时,首选在C原子顶位吸附;吸附甲烷以后,石墨烯的导电性能消失,由导体变成了半导体或绝缘体;可以通过吸附以后的DOS图中能隙宽度预测吸附能的高低;随着吸附甲烷浓度的增大,体系吸附能逐渐降低,稳定性也降低。     

石墨烯上吸附金原子团的电子结构性能研究

金属原子吸附于石墨烯上可以改善石墨烯的物理性能.本文采用第一性原理研究石墨烯上吸附不同数目,不同结构的金原子团.研究发现,比起单原子吸附,石墨烯表面更容易吸附多个金原子.线性型吸附结构的原子间相互作用大,吸附能比其他结构有所增加,电荷转移量大,体系更稳定.体系的磁性大小也与吸附结构相关,直线型吸附结构无磁性,且吸附结构越不对称,净磁矩越大.研究表明,吸附不同结构的Au原子团,可以改变石墨烯本身的能带结构,使其具有金属性或者半导体性的电子性能,具有广泛的应用领域.     

多孔石墨烯的制备及其吸附性能

采用KOH高温刻蚀法制备多孔石墨烯.通过扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD),拉曼光谱,红外光谱(FTIR)比表面积(BET)对刻蚀前后石墨烯的表观形貌,晶体结构,化学组成进行分析.结果表明,处理后的石墨烯比表面积比原石墨烯增加到821 m2·g-1.利用气相沉积法对多孔石墨烯进行表面改性后,对水的静态疏水角可达158°,对多种有机溶剂显示了优异的选择性吸附性能.     

水热温度对3D石墨烯结构及蛋白吸附性能的调控

为了研究水热温度对3D石墨烯形貌以及蛋白吸附能力的影响,采用水热合成法制备3D石墨烯,在反应时间和反应试剂浓度一定的条件下,改变温度(100、150和200℃)制备具有不同形貌的3D石墨烯.利用游标卡尺、扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱和拉曼光谱分析法对不同温度下制备所得3D石墨烯的结构及内部化学键进行表征,利用蛋白电泳实验分析3D石墨烯的蛋白吸附能力.实验结果表明:从宏观角度看,随着水热温度的增加,3D石墨烯圆柱体材料的高度和底面直径变小,宏观总体积随之变小;从微观角度看,随着水热温度的增加,材料内部孔洞变得更加狭小,结构也变得更加紧密结实.在水热反应的过程中,温度越高还原反应越剧烈,因此,200℃条件下所得3D石墨烯的蛋白吸附能力较强.     

分子模拟蛋白质在氧化锌界面上的吸附

采用分子力学、分子动力学方法模拟了周期性水环境下聚十赖氨酸在氧化锌界面上的吸附过程．模拟初始对水溶液进行了能量优化，对聚十赖氨酸和水整体进行了100ps的分子动力学模拟．结果表明，聚十赖氨酸在氧化锌界面的吸附作用下构象发生变化，部分α螺旋结构消失．水溶液在界面与聚十赖氨酸分子作用过程中起到非常重要的媒介传递作用．界面作用、分子内部的作用和水溶液的共同作用使聚十赖氨酸侧链呈部分规律性变化．     

单链聚乙烯在石墨烯二维表面结晶的分子模拟

目前对于石墨或石墨烯等片层结构对共聚聚乙烯结晶行为的影响研究相对较少,尚未系统揭示其结晶机制。采用分子动力学模拟方法,研究单链聚乙烯在二维石墨烯表面受限状态下的结晶过程。结果发现,与聚乙烯单链结晶不同,聚乙烯沿石墨烯(001)表面发生表面吸附-链折叠取向有序形成层状晶体,结晶过程由表面吸附和链折叠共同控制,随等温结晶温度变化分为3个区域。另外,支链不利于结晶,但当支链长度大于10时,即开始发生吸附或折叠进入晶区,与主链形成共晶,从而减缓了结晶度随支链长度而下降的趋势,并且支链主要进入石墨层界面附近的晶区。     

复配表面活性剂对布敦岩沥青与水界面性质的影响

目的将两种表面活性剂复配,拟减少碱用量,研究表面活性剂在布敦岩沥青与水界面的吸附性能,为热碱水洗分离布敦岩沥青技术的应用提供指导.方法采用热碱水洗法分离天然沥青油,分析碱度、固液比、温度、吸附时间等条件对布敦岩沥青与水界面吸附性能的影响.结果复配表面活性剂质量分数为2%时,在p H值为8、固液比为1∶40、温度为75℃、吸附时间为90 min等条件下吸附效果较好.结论吸附动力学表明,p H值为8时吸附速率常数Ka比p H值为4时大,而吸附活化能Ea却比p H值为4时小,说明p H值为8时更利于反应的进行.吸附热力学表明,表面活性剂在布敦岩沥青与水界面的吸附过程是吸热、且自发的过程.红外光谱显示,表面活性剂在布敦岩沥青与水界面的吸附是物理吸附.