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关键词： 分散染料   分类   进展   趋势  

摘要： 本文以偶氮分散染料为重点,按化学结构对分散染料进行了详细分类并加以介绍,给出了典型分散染料品种的化学结构。通过对分散染料发展的分析,总结了四点分散染料的发展趋势。

关键词： 定量结构性质关系   吲哚啉   最大吸收波长   多元线性回归  

摘要： 本文建立了吲哚啉染料最大吸收波长(λmax)的定量结构性质关系(quantitative structure property relationship,QSPR)模型,采用多元线性回归(multiple linear regression,MLR)算法建立了QSPR模型,应用留一交叉验证和外部测试集验证这2种方法对模型的性能进行了评估。留一交叉验证的均方根误差(RMSE)、平均相对误差(MRE)和留一交叉验证相关系数,分别为38.808、4.65%和0.635。外部测试集验证中,RMSE、MRE和决定系数分别为31.109、3.84%和0.749。实验结果表明,所得模型具有良好的预测能力和稳健性,可用于吲哚啉染料λmax的预测,MLR可用于建立吲哚啉染料λmax的QSPR模型。

关键词： 光催化   C-TiO_(2)   溶剂热   核壳结构  

摘要： 化工、纺织印染与农药化肥等产业的蓬勃发展推动着人类社会的进步,但同时也给环境治理带来了巨大难题。目前,光催化降解局限于在特定波长下针对单一有机污染物进行降解,然而现实中的情况往往更复杂。因此,开发一种多功能光催化材料用于光催化降解不同有机污染物显得尤为重要。采用一步无模板溶剂热法合成了核壳结构的C-TiO_(2)复合材料前驱体,并在氩气气氛下煅烧得到高结晶度的C-TiO_(2)复合光催化材料。运用SEM、TEM、XRD和TG等表征手段对材料进行表征,结论如下:550℃煅烧时的样品为包含少量碳的高结晶度的锐钛矿相TiO 2,且550℃煅烧时的样品依然保持了完整的核壳结构。此外,C-TiO_(2)复合材料的比表面积高达85.69 m 2·g^(-1),平均孔径为16.4 nm以及孔体积为0.423 m 3·g^(-1)。在UV-Vis光照射下,C-TiO_(2)复合材料分别对罗丹明B(RhB)、亚甲基蓝(MB)和刚果红(CR)3种染料显示出增强的光催化降解活性。

关键词： 压敏染料   合成   苯酞   缩合   氧化   单晶分析  

摘要： 以对二甲氨基苯甲醛和间二甲氨基苯甲酸为原料,经过缩合、水解和氧化得到中间体6-二甲氨基-2-(4-二甲氨基苯酰)苯甲酸,其再与1-丁基-2-甲基吲哚发生缩合反应得到目标化合物3-(4-二氨基苯基)-3-(1-丁基-2-甲基-吲哚-3-基)-6-二甲氨基苯酞,4步反应总收率58%。目标化合物的结构经1HNMR和单晶测试确证。基于紫外-可见吸收光谱分析结果,结合理论计算,研究了该化合物的变色机理。结果表明,化合物在酸性条件下发生水解和消除反应,增加分子共轭,导致吸收光谱红移,是影响该化合物变色的关键因素。

关键词： 焦粉活性炭   染料   铁掺杂   结构调控   吸附  

摘要： 焦粉含碳量高,是一种制备活性炭的良好碳材料基体。但目前使用焦粉制备活性炭的方法成本较高,且对吸附性能的提升有限。针对上述问题,本论文以焦粉为原料制备活性炭,通过KOH和FeCl3·6H2O产生有效协同作用强化焦粉吸附能力,实现对有机染料的高效吸附。论文主要研究内容和结论如下: (1)以焦粉为碳源,KOH为活化剂,制备出焦粉活性炭(KCP)。BET和SEM结果表明焦粉活性炭的比表面积和总孔容积显著提升,表现为疏松的特征,具有丰富的微孔和介孔。TEM、XRD和Raman的分析结果表明KOH破坏了焦粉的碳微晶结构,使焦粉无定形碳含量和表面粗糙程度显著增高。XPS和FT-IR分析表明焦粉活性炭具有C-O、C=O、O-C=O和π-π*等一系列官能团。使用焦粉活性炭对亚甲基蓝(MB)、孔雀石绿(MG)、甲基橙(MO)和刚果红(CR)进行吸附试验,吸附试验结果表明焦粉活性炭对四种染料的最大吸附量分别为104mg/g、318mg/g、59.1 mg/g、35mg/g。焦粉活性炭对四种染料的吸附动力学结果表明吸附过程符合准二级动力学模型,等温吸附试验结果表明吸附属于Langmuir等温吸附,是以化学吸附为主的单分子层吸附。根据热力学模型参数计算,升高温度可促进四种染料在焦粉活性炭表面的吸附。 (2)以焦粉为碳源,同时加入KOH和FeCl3·6H2O两种活化剂制备金属掺杂活性炭(ACP@Fe3C-1)。通过XRD分析发现活性炭中存在渗碳体,表明Fe成功掺入碳基体中,在活性炭中形成了 Fe3C/C结构。改性后ACP@Fe3C-1的物理和化学性质发生了明显变化,其电负性增强,孔结构得到显著优化。ACP@Fe3C-l的比表面积、总孔容积与焦粉活性炭相比分别增加了 70.3%和57.1%。此外,ACP@Fe3C-1孔隙结构的发展主要朝着形成较大微孔和窄中孔的方向进行,构成了由微孔、中孔和大孔组成的互连良好的迁移通道,这为吸附质分子提供了有效的穿透和迁移通道。ACP@Fe3C-1对四种染料的吸附机理除了氢键相互作用和静电相互作用外,引入的Fe金属位点能与有机染料表面的活性基团通过键合力较强的Lewis酸碱作用形成金属络合物。吸附试验结果表明在适宜的条件下ACP@Fe3C-1对MB、MG、MO、CR的最大单层吸附能力分别为180.44 mg/g、475.5 mg/g、107.4 mg/g、48.3 mg/g,与焦粉活性炭的吸附能力相比分别提升了 73.3%、49.6%、81.7%和38%。对比其它同类型煤基活性炭和部分生物质活性炭的吸附能力,ACP@Fe3C-1吸附能力优异,是一种开发潜力大的染料去除吸附剂。

关键词： 染料敏化太阳能电池   数值模拟   阳极优化   影响因素   光电性能  

摘要： 染料敏化太阳能电池（Dye-Sensitized Solar Cell,DSSC）因其制作工艺的简易性和成本效益而备受研究者的青睐。然而,目前DSSC的光电转换效率相较于硅基太阳能电池仍显不足,因此,提升其转换效率成为当前研究的重点。光阳极作为DSSC的核心组件之一,通过改进其材料或结构,有望进一步优化DSSC的光电性能。 在充分理解DSSC的工作原理和性能评价指标的基础上,本研究致力于提高预测模型的准确性。为此,本文将孔隙率这一关键因素引入DSSC的数学模型中,孔隙率对染料分子系数和电子扩散系数均有显著影响。通过这一创新,本文构建了更为精确的载流子传输模型和光电子传输模型,并针对不同光阳极材料适用的数学模型进行模拟。 首先,本研究基于多重俘获理论、常数重叠方法和可变重叠法,构建了DSSC的载流子传输模型。本文详细分析了薄膜厚度、反应级数、孔隙率、电子-电解质复合系数、电子-染料复合系数、氧化染料的再生速率系数以及带隙变化对DSSC光电性能的影响趋势。鉴于载流子传输模型的应用范围有所局限,本文还基于光电子传输理论和朗伯比尔定律,建立了光电子传输模型,进一步探究了孔隙体积、电子寿命、涂层厚度、比表面积、染料负载量以及光照强度和温度等因素对DSSC光电性能的影响。 其次,针对不同半导体氧化物光阳极材料（TiO2、SnO2、ZnO）,本文深入分析了适用于不同光阳极的DSSC数学模型,从而更准确地揭示了各影响因素对DSSC光电性能的具体作用,为实验预测提供了更为可靠的参考依据。 最后,通过综合比较三种不同光阳极材料的影响因素,本文评估了各影响因素对DSSC光电性能的影响程度。研究结果显示,薄膜厚度、反应级数、电子-电解质的复合系数、孔隙率、电子寿命以及带隙为关键影响因素。针对这些因素,本文提出了光阳极结构的主要优化方向:在显著提升电子寿命和带隙的同时,降低其反应级数、电子-电解质的复合系数;同时,确保DSSC具有适宜的光阳极涂层厚度和孔隙率。 本研究对于推动DSSC理论结构的改进和实验的深入优化研究具有重要意义。

关键词： 镍铝水滑石   吸附   类Fenton催化   光催化   染料废水  

摘要： 随着工业化和城市化的推进和升级,染料污染问题日渐突出,开发高效环保的染料污水处理材料具有重要意义。水滑石,又称层状双氢氧化物(LDH),由于诸多的优点和独特的性质,LDH及其改性材料在吸附、类Fenton催化、光催化、电催化等方面具有广泛应用。然而,单一的LDH无法满足实际应用场景的需求,例如对阳离子型染料吸附性能几乎丧失、稳定性差、光催化性能差等问题需要解决。因此,如何通过对LDH的改性设计,构筑高性能、高稳定性、多次回收利用和环保经济的LDH多功能染料去除处理复合材料具有重要的研究价值。 针对上述问题,本论文以镍铝水滑石(NiAl-LDH)为主体,设计并制备了具有3D花状微球结构的复合材料。实现了吸附、类Fenton、光催化多功能同时对阴离子型染料(刚果红:CR)和阳离子型染料(亚甲基蓝:MB、孔雀石绿:MG)去除,并阐明性能增强机理。研究成果为LDH基多功能复合材料处理染料污水应用提供了理论指导和数据支撑。主要研究内容和结果如下: 1.针对NiAl-LDH吸附性能不高以及pH稳定性差的问题,采用两步水热法构建了由金属有机框架(MOF-235)衍生的3D花状微球氢氧化氧铁杂化镍铝水滑石(FeOOH@NiAl-LDH)高效吸附剂。FeOOH@NiAl-LDH更大的比表面积和孔容提供了更多的吸附位点和孔隙空间从而增强吸附性能,其最大理论吸附容量为1297.0 mg/g,是NiAl-LDH的2.6倍。此外,FeOOH@NiAl-LDH稳定性和抗干扰性显著增强,强碱性溶液中仍能高效去除CR,并且能够保持完好的结构。经过五次循环再生后吸附率仍高达86%,吸附之后仍保持良好的结构和形貌,具有优异的循环再生和重复使用能力。 2.针对NiAl-LDH本身易发生团聚和对阳离子型染料吸附性能差的问题,采用简单的水热法制备了3D花状的NiAl-LDH,然后在NiAl-LDH上原位生长氧化铜(CuO)纳米颗粒构建了氧化铜杂化镍铝水滑石(CuO@NiAl-LDH)类Fenton催化复合材料,CuO颗粒的均匀分布避免了严重团聚。CuO@NiAl-LDH具有优异的催化性能,120分钟内对MB的降解效率接近99%,其降解速率常数(k)分别是NiAl-LDH和CuO的20倍和93倍。同时,对阴离子型CR染料仍然保持高效吸附性能。良好的稳定性和抗干扰性赋予了优异的循环再生和重复使用能力。此外,得益于双金属的氧化还原循环反应,持续将过氧化氢(H2O2)活化分解为大量的活性氧(ROS)从而有效降解MB。生物毒性评估表明高毒性的MB经过降解后整体生物毒性大幅下降。 3.针对因NiAl-LDH导电性差、光诱导载流子分离效率低、光吸收能力不高导致光催化性能差的问题,通过两步水热法构筑了三元耦合氮化碳杂化氯氧化铋杂化镍铝水滑石(g-C3N4@Bi OCl@NiAl-LDH)双Z型异质结光催化剂。该催化剂具有更高的载流子分离效率、更小的载流子迁移电阻和较高的光稳定性从而显著增强了光催化性能。对MG的去除率达到96%,其降解动力学常数分别是NiAl-LDH、氮化碳(g-C3N4)和氯氧化铋(Bi OCl)的29.5、3.0和2.0倍,同时对阴离子型CR染料仍然保持高效吸附性能。良好的稳定性和抗干扰性赋予了优异的循环再生和重复使用能力,且生物毒性评估表明高毒性的MG经过降解后整体生物毒性大幅下降。

关键词： D-A-D结构   苯并[1,2-c:4,5-c’]双噻二唑   近红外二区   荧光成像   肿瘤微环境  

摘要： 近红外二区（NIR-Ⅱ）荧光成像具有组织穿透能力强和分辨率高等优势,在医学影像领域具有广阔应用前景。有机荧光染料因其结构可调、功能可定制和生物安全性高等特点,已被广泛应用于生物成像。但是,大多数有机染料的吸收波长较短,在组织荧光成像中的信噪比（SBR）低且穿透能力较差。受制于分子能隙定律和聚集诱导猝灭（ACQ）效应,长波吸收NIR-Ⅱ染料的发光效率较低。因此,如何延长吸收波长并提高发光效率是NIR-Ⅱ有机染料所面临的挑战性难题。本论文基于分子构象平面化策略,合成了一系列基于苯并[1,2-c:4,5-c’]双[1,2,5]噻二唑（BBT）的长波吸收NIR-Ⅱ荧光染料,并通过分子掺杂策略抑制ACQ效应,提高发光效率,探究其在活体光学诊疗中的应用。 为了阐明NIR-Ⅱ荧光猝灭机制,将不同构型的BBT衍生物（TPA-BBT、FT-BBT和BTBT-BBT）掺杂到小分子基质中,研究光物理性质随掺杂浓度的变化规律。研究结果表明扭曲结构的TPA-BBT的荧光猝灭是由于分子间的短程交换相互作用导致,而平面构型的FT-BBT和BTBT-BBT表现出从长程偶极-偶极相互作用转变为交换相互作用的过程。当荧光分子的掺杂浓度约为2.5 wt%时,FT-BBT和BTBT-BBT纳米粒子（NPs）呈现最佳的NIR-Ⅱ荧光亮度。因此,掺杂策略可以抑制荧光长程能量迁移,提高平面构型NIR-Ⅱ荧光团的发光效率。 为了进一步拓展NIR-Ⅱ染料的吸收和发射光谱,引入具有强给电子能力的三苯胺基团以增强分子内电荷转移,设计了平面分子构象的BBT基供体-受体-供体（D-A-D）结构有机染料（T-BBT和BT-BBT）,吸收光谱扩展到NIR-Ⅱ区域,在1064 nm处的摩尔消光系数（ε）分别为3.05×10～4 L mol-1 cm-1和1.64×10～4 L mol-1 cm-1。结构刚性会削弱与电子振动耦合相关的非辐射衰变途径,T-BBT和BT-BBT在二氯甲烷中的荧光量子产率（PLQY）分别为3.6%和13.5%。利用分子掺杂策略抑制荧光长程能量迁移,减轻ACQ效应。当掺杂浓度为2.5 wt%时,BT-BBT NPs的PLQY可达2.0%。这表明掺杂策略可以缓解结构平面化有机染料的长波吸收和高发光效率之间的矛盾。在980 nm激光激发下,它能实现高分辨血管和肿瘤的NIR-Ⅱ荧光成像。 肿瘤微环境（TME）的复杂性和多药耐药性对肿瘤治疗提出了重大挑战。为了解决这些问题,通过模块化设计策略开发了一种GSH/H2O2响应型有机光诊疗纳米平台。设计并合成了基于BBT单元的NIR-Ⅱ染料、H2O2响应性前药和GSH响应性分子,将其共组装制备成多组分NPs（CD-2A895 NPs）。一方面,由于GSH/H2O2响应行为,CD-2A895 NPs可诱导细胞内GSH耗竭和活性氧（ROS）上调,降低GSH参与的细胞解毒作用,提升苯丁酸氮芥的药效;另一方面,NPs表现出高吸光能力、较高的PLQY（0.32%）和良好的光热效应,具有良好的荧光成像和癌细胞杀伤能力。多功能的CD-2A895 NPs可作为优异的NIR-Ⅱ荧光/光声成像引导肿瘤化学/光热治疗的光诊疗试剂。