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王榮民教授課題組(2021年)在新型功能材料領域取得研究進展

【發布單位: 發布時間:2021-10-15 瀏覽量:81


 近期(2021年),网赌平台環境材料課題組(王榮民教授、何玉鳳教授、宋鵬飛教授等)在新型抗菌材料、水處理材料、農用材料等領域取得一系列重要研究進展。代表性成果如下:

1. 新型抗菌功能材料的合成

 包括細菌、病毒在內的有害微生物防治,尤其是預防新冠病毒的傳播,引起各國科學家們的高度關注。開發新型的抗菌材料是有效解決問題的重要途徑之一。其中,具有抗菌功能的聚合物可用于多種用途的基材表面,如防腐、殺菌劑、水凈化和食品儲存等。

 首先,開展了特殊形貌陽離子聚合物Janus微球的合成及其在高效抗菌涂料的應用。以常見的丙烯酸酯類單體、苯乙烯單體及陽離子單體,水為溶劑,采用一鍋無皂乳液聚合法,精確控制合成工藝與條件(表面活性劑、引發劑、溫度、單體比例等因素),成功合成了具有廣譜抗菌活性的黑莓形陽離子共聚物顆粒(BsCCP),并將BsCCP乳液加入到內墻涂層中,得到了BsCCP基涂料(BsCCP-C)(Scheme 1)。評價了其對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌活性,討論了其抗菌機制。發現BsCCP具有高效的抗菌活性,有望成為一種能夠快速有效抵抗細菌繁殖的抗菌涂層材料。該成果以論文“Preparation of blackberry-shape cationic copolymer particles for highly effective antibacterial coatings發表在Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2021, 614, 126202.(化學2區,IF4.53);另一篇論文“Synthesis of cationic acrylate copolyvidone-iodine nanoparticles with double active centers and their antibacterial application發表在Nanoscale, 2020, 12, 21940-21950(工程I區,IF7.79)。第一作者為李雪梅(碩士研究生)。

      Scheme 1

 其次,進行了蠕蟲狀共聚物Janus微球的合成及高效抗菌活性復合材料的制備。采用懸浮聚合和界面聚合相結合的方式,親水性的陽離子型丙烯酸酯(MaC)和疏水性的苯乙烯(St)為聚合單體,甲苯為合成Janus微球的軟模板劑,成功合成了具有高效抗菌活性的蠕蟲狀共聚物Janus微球(PMS-WJMs)。然后將PMS-WJMs與銀負載殼聚糖(Ag@CS)結合,制備了無機納米微粒負載天然高分子/合成高分子(Ag@CS /PMS-WJMs)復合材料(Scheme 2),目的是作為一種新型的雙活性抗菌材料,用于抑制細菌的感染和繁殖。考察了合成材料的抗菌活性,發現合成的PMS-WJMsAg@CS/PMS-WJMs對典型的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌顯示出良好的抗菌活性。制備的PMS-WJMsAg@CS/PMS-WJMs能被用作抑制細菌感染和繁殖的新型抗菌材料,抗菌蠕蟲狀聚合物顆粒在新型界面材料的制中具有重要的意義。該成果以論文“Synthesis of Ag@chitosan/copolymer with dual-active centers for high antibacterial activity發表在International Journal of Biological Macromolecules, 2021, 174: 198-206(高分子科學1區,IF6.95),第一作者為王斌(博士研究生)。另一篇論文“Antimicrobial Cationic Acrylate-based Hybrid Coatings against Microorganism Contamination發表在Progress in Organic Coatings, 2020, 142: 105576(材料科學I區,IF5.16)。王發偉(碩士研究生)和王斌(博士研究生)為共同第一作者。

Scheme 2

2. 用于水中有機污染物處理的光催化材料的合成

 首先,充分利用MOFs材料中UiO-66具有高比表面積、大孔隙率、高熱穩定性、化學穩定性、優異的水中結構穩定性和顯著的強酸性、中等堿度的耐受性等特點,通過簡單的水熱反應構筑了一種高光催化活性的花狀雜合體異質結材料,為醫療廢水的光催化處理提供了一種新思路。通過將UiO-66分散到MoS2的前驅體溶液中,在水熱反應過程中經過靜電誘導自組裝構建花狀雜合體材料(Scheme 3)。之后,將其應用于醫療廢水抗生素的降解,同時通過ICP-MS對雜合體光催化劑中金屬離子的溶出進行了檢測,并結合自由基捕獲實驗探討了花狀UiO-66@MoS2雜合體的光降解機理。發現所制備的光催化材料不但具有高的催化活性,而且可循環使用。

 其次,利用高分子效應,在油包水乳液中包覆BiOBr前驅體溶液,再通過水熱反應構建超薄納米圓片(Scheme 4)。并將其應用于有機物的降解,在提升降解率的同時,還提高了傳統BiOBr的循環穩定性。最后通過M-K電負性定義理論方程計算了超薄納米圓片的帶隙能和導帶能,并結合自由基捕獲實驗探討了BiOBr超薄納米圓片的降解機理。利用高分子效應調控BiOBr的尺寸,構筑了比表面積更大且具有光降解活性的超薄納米圓片,為設計和制備高效、可回收、高光響應的光催化材料凈化廢水提供了一些新思路。成果以論文“Construction of UiO-66@Flower-like MoS2 hybrids through electrostatically induced self-assembly with enhanced photodegradation activity towards Lomefloxacin Chemosphere發表在Separation and Purification Technology, 2021, 265: 118486(工程I區,IF7.312)。高娣(碩士研究生)和張亞蘋(博士研究生)為共同第一作者。另一篇論文“Facile Construction of BiOBr Ultra-thin Nano-roundels for Dramatically Enhancing Photocatalytic Activity”發表在Journal of Environmental Management, 2021, 299, 113636(環境科學與生態學2區,IF6.79)。第一作者張亞蘋(博士研究生)。



Scheme 3

 


Scheme 4


3. 新型農用材料的合成

 以廉價的黃土微粒(Lo)為原料,采用堿激發法制備多孔黃土基地質聚合物(Lo-GP),進一步以Lo-GP作為農業肥料載體,以天然高分子、生物相容性高分子為凝膠包膜材料,將尿素進行包封,通過硼酸作為交聯劑形成凝膠體,合成了一種廉價環保且能緩釋肥料的多孔地質聚合物復合凝膠材料。發現其具有吸水、保水性能、土壤酸堿性調節性能;對氮肥具有較好的緩釋效果,而且對植物具有促進生長作用。因此可以推廣應用于農業肥料緩釋中。成果論文“Porous Geopolymer Based Ecofriendly Multifunctional Slow-Release Fertilizers for Promoting Plant Growth”發表在Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2021, 631. 167646(化學2區,IF4.53)。閆海彥、朱新華為共同第一作者(碩士研究生)。


Scheme 5




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