具有催化功能的蛋白质镍盐复合纳米纤维的研究
发布时间：2021-04-15 18:14
静电纺丝技术是一种以聚合物熔体或溶液为原料制备纳米纤维的技术。电纺动物蛋白纳米纤维具有操作简单、生物相容性好等优点。然而目前动物蛋白纺丝具有一定的难度,且纺丝过程中会使用大量的有毒溶剂,对环境造成破坏。金属空气电池是一种将金属的化学能直接转化为电能的装置。金属空气电池以其优异的性能在许多领域已经得到了应用,例如电能储存、电化学、新能源汽车等领域。目前商业化的空气电池催化剂主要以贵金属-C类催化剂为主,但贵金属催化具有价格昂贵等缺点,极大的限制了空气电池的市场化应用。过渡金属-N-C类催化剂具有初始能量高,成本低等优点,但目前该类催化剂仍处于实验室研究阶段。为解决上述问题,进行蛋白复合纳米纤维的制备研究,并使用蛋白复合纳米纤维为催化剂前驱体材料,进行空气电池催化剂的制备。探究了不同体系的催化剂的催化性能。具体研究内容如下:进行蛋清蛋白/PEO复合纳米纤维的制备技术研究,创新性的提出使用水溶性聚合物PEO与蛋清蛋白进行纺丝,在纺丝溶液体系中不使用有机溶剂,保证了纺丝过程及样品的环境友好性。对溶液质量分数以及纺丝工艺参数对复合纤维形貌的影响进行了探究。得出适合纺丝的最佳溶液质量分数为50%。...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２同轴静电纺丝装置示意图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏａｘｉａｌ?ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ??
杂产生的离子Ｃ－Ｆ和半离子Ｃ－Ｆ键的存在导致了?ＯＲＲ??活性的提高。研宄人员对于杂原子掺杂进行了大量的探宄，应用较为广泛的杂原子包??括?Ｂ、Ｐ、Ｓ、Ｆ、Ｎ?等。??ＭｉｎｇｇｕａｎｇＷｕ等［５（）］人发现，多元掺杂的离子具有协同作用，以此为根据，可以更??好的提高催化剂的催化活性，他们合成了?Ｎ，Ｆ，?Ｐ三元掺杂大孔碳纤维（ＮＦＰＣ），其??方法是将六氟磷酸钠（ＮａＰＦ６?）和聚丙烯腈（ＰＡＮ?）溶解在Ｎ，?Ｎ－二甲基甲酰胺（ＤＭＦ?）??中进行静电纺丝和随后的热处理，合成过程如图１－５所示。制备的ＮＦＰＣ催化剂具有??良好的导电性、大的比表面积和大孔结构以及掺杂杂原子的协同作用，对ＯＲＲ和ＯＥＲ??均表现出较好的催化性能。??？．．．－－——??图１－５?Ｎ，?Ｆ，?Ｐ三元掺杂大孔碳纤维的合成工艺??Ｆｉｇ．?１－５?Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ?ｏｆ?Ｎ＞?Ｆ、Ｐ?ｄｏｐｅｄ?ｍａｃｒｏｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｏｎ?ｆｉｂｅｒ??三、过渡金属－Ｎ－Ｃ类催化剂??过渡金属是指诸如Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ以及Ｃｕ等金属，过渡金属与贵金属相对比，??开发成本较低，且制备方法简单，另外过渡金属具有较好的稳定性。近年来，过渡金??属－Ｎ－Ｃ类催化剂受到了研宂人员的广泛关注。２０世纪８０年代，Ｙｅａｇｅｒ等人［５１］首先发??现过渡金属－Ｎ－Ｃ类催化剂具有催化活性，他们将Ｆｅ盐、高比表面积活性碳以及ＰＡＮ??相混合后进行热处理，其中活性碳提供Ｃ源，ＰＡＮ提供Ｎ源。他们发现ＰＡＮ在高温??热处理的过程中，Ｎ可以转化为吡啶型氮（Ｐｙｒｉｄｉｎｅ?Ｎ），然后可以与铁离子结合形成??Ｆｅ－Ｎ形成活性位点，经处理后得到的催化剂具有良好的
?第二章蛋清蛋白／ＰＥＯ纳米纤维制备技术研究???％，逸‘??擊鯽■??Ｓ?Ｖａ＆＜?ｉ?Ｓ＾ｗＭｍ??图２－２电纺蛋清蛋白／聚氧化乙烯纳米纤维装置图及纤维ＳＥＭ图（ａ）：静电纺丝装置示意图（ｂ－ｈ）：??对应质量分数为２０－８０％的溶液制得的纤维ＳＥＭ图??Ｆｉｇ．２－２?Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ?ｅｇｇ?ｗｈｉｔｅ?ｐｒｏｔｅｉｎ?／?ｐｏｌｙ?（ｅｔｈｙｌｅｎｅ?ｏｘｉｄｅ）?ｎａｎｏｆｉｂｅｒ?ｄｅｖｉｃｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ａｎｄ?ｆｉｂｅｒ?ＳＥＭ??ｄｉａｇｒａｍ?（ａ）：?ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ?ｄｅｖｉｃｅ?ｄｉａｇｒａｍ?（ｂ－ｈ）：?ｆｉｂｅｒ?ＳＥＭ?ｄｉａｇｒａｍ?ｐｒｅｐａｒｅｄ?ｂｙ?ｔｈｅ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｗｉｔｈ?ｔｈｅ??ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ?ｍａｓｓ?ｆｒａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?２０－８０％??表２－１质量分数为２０°／ｃ＾８０％的溶液制得纤维的平均直径与直径标准差??Ｔａｂ．２－１?Ｓｔａｎｄａｒｄ?ｄｅｖｉａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｖｅｒａｇｅ?ｄｉａｍｅｔｅｒ?ａｎｄ?ｄｉａｍｅｔｅｒ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｉｂｅｒ?ｍａｄｅ?ｆｒｏｍ?２０％?？８０％??１７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚合物熔体静电纺纳米纤维技术研究进展[J]. 王紫行,伍先安,陈明军,杜琳,李好义,杨卫民. 化工新型材料. 2020(03)
[2]静电纺丝技术在二次电池和电催化领域的应用进展[J]. 金婷,王晓君,焦丽芳. 中国科学:化学. 2019(05)
[3]以多糖和蛋白质为基质利用静电纺丝技术构建生物活性物质递送体系的研究进展[J]. 贾惜文,王浩,赵神彳,张帅,孔保华,刘骞. 食品工业科技. 2019(07)
[4]双功能yolk-shell钴@钴氮碳掺杂氧电极催化剂[J]. 水恒心,潘冯弘康,金田,胡军,刘洪来. 化工学报. 2018(11)
[5]静电纺丝法制备的纳米纤维在环境污染治理中的应用研究进展[J]. 陈晓青,谭晶,李好义,丁玉梅,杨卫民,何雪涛. 环境污染与防治. 2017(07)
[6]静电纺取向纳米纤维制备技术的研究进展[J]. 贾琳,张海霞,王西贤. 纺织学报. 2016(01)
[7]胶原蛋白在生物医药工程中的应用研究进展[J]. 何静. 河南科技. 2015(10)
[8]金属空气电池阴极氧还原催化剂研究进展[J]. 王瀛,张丽敏,胡天军. 化学学报. 2015(04)
[9]静电纺丝制备纳米纤维的最新进展[J]. 李小虎,李好义,张有忱,丁玉梅,杨卫民. 化工新型材料. 2014(10)
[10]多孔Fe2O3纳米纤维用于高容量长寿命锂空气电池催化剂[J]. 刘清朝,徐吉静,尹彦斌,蒋引珊,张新波. 中国科学:化学. 2014(07)
博士论文
[1]基于功能化含氮聚合物的碳基电催化剂设计合成及性能研究[D]. 李国栋.中国科学技术大学 2019
硕士论文
[1]纳米纤维人工细胞外基质的制备及其应用研究[D]. 胡晓婷.天津工业大学 2017
[2]羊毛角蛋白/聚乙烯醇纳米纤维膜的制备与表征[D]. 李帅.苏州大学 2014
[3]六氟异丙醇的制备研究[D]. 陈先进.浙江大学 2012
本文编号：3139842
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２同轴静电纺丝装置示意图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏａｘｉａｌ?ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ??
杂产生的离子Ｃ－Ｆ和半离子Ｃ－Ｆ键的存在导致了?ＯＲＲ??活性的提高。研宄人员对于杂原子掺杂进行了大量的探宄，应用较为广泛的杂原子包??括?Ｂ、Ｐ、Ｓ、Ｆ、Ｎ?等。??ＭｉｎｇｇｕａｎｇＷｕ等［５（）］人发现，多元掺杂的离子具有协同作用，以此为根据，可以更??好的提高催化剂的催化活性，他们合成了?Ｎ，Ｆ，?Ｐ三元掺杂大孔碳纤维（ＮＦＰＣ），其??方法是将六氟磷酸钠（ＮａＰＦ６?）和聚丙烯腈（ＰＡＮ?）溶解在Ｎ，?Ｎ－二甲基甲酰胺（ＤＭＦ?）??中进行静电纺丝和随后的热处理，合成过程如图１－５所示。制备的ＮＦＰＣ催化剂具有??良好的导电性、大的比表面积和大孔结构以及掺杂杂原子的协同作用，对ＯＲＲ和ＯＥＲ??均表现出较好的催化性能。??？．．．－－——??图１－５?Ｎ，?Ｆ，?Ｐ三元掺杂大孔碳纤维的合成工艺??Ｆｉｇ．?１－５?Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ?ｏｆ?Ｎ＞?Ｆ、Ｐ?ｄｏｐｅｄ?ｍａｃｒｏｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｏｎ?ｆｉｂｅｒ??三、过渡金属－Ｎ－Ｃ类催化剂??过渡金属是指诸如Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ以及Ｃｕ等金属，过渡金属与贵金属相对比，??开发成本较低，且制备方法简单，另外过渡金属具有较好的稳定性。近年来，过渡金??属－Ｎ－Ｃ类催化剂受到了研宂人员的广泛关注。２０世纪８０年代，Ｙｅａｇｅｒ等人［５１］首先发??现过渡金属－Ｎ－Ｃ类催化剂具有催化活性，他们将Ｆｅ盐、高比表面积活性碳以及ＰＡＮ??相混合后进行热处理，其中活性碳提供Ｃ源，ＰＡＮ提供Ｎ源。他们发现ＰＡＮ在高温??热处理的过程中，Ｎ可以转化为吡啶型氮（Ｐｙｒｉｄｉｎｅ?Ｎ），然后可以与铁离子结合形成??Ｆｅ－Ｎ形成活性位点，经处理后得到的催化剂具有良好的
?第二章蛋清蛋白／ＰＥＯ纳米纤维制备技术研究???％，逸‘??擊鯽■??Ｓ?Ｖａ＆＜?ｉ?Ｓ＾ｗＭｍ??图２－２电纺蛋清蛋白／聚氧化乙烯纳米纤维装置图及纤维ＳＥＭ图（ａ）：静电纺丝装置示意图（ｂ－ｈ）：??对应质量分数为２０－８０％的溶液制得的纤维ＳＥＭ图??Ｆｉｇ．２－２?Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ?ｅｇｇ?ｗｈｉｔｅ?ｐｒｏｔｅｉｎ?／?ｐｏｌｙ?（ｅｔｈｙｌｅｎｅ?ｏｘｉｄｅ）?ｎａｎｏｆｉｂｅｒ?ｄｅｖｉｃｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ａｎｄ?ｆｉｂｅｒ?ＳＥＭ??ｄｉａｇｒａｍ?（ａ）：?ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ?ｄｅｖｉｃｅ?ｄｉａｇｒａｍ?（ｂ－ｈ）：?ｆｉｂｅｒ?ＳＥＭ?ｄｉａｇｒａｍ?ｐｒｅｐａｒｅｄ?ｂｙ?ｔｈｅ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｗｉｔｈ?ｔｈｅ??ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ?ｍａｓｓ?ｆｒａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?２０－８０％??表２－１质量分数为２０°／ｃ＾８０％的溶液制得纤维的平均直径与直径标准差??Ｔａｂ．２－１?Ｓｔａｎｄａｒｄ?ｄｅｖｉａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｖｅｒａｇｅ?ｄｉａｍｅｔｅｒ?ａｎｄ?ｄｉａｍｅｔｅｒ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｉｂｅｒ?ｍａｄｅ?ｆｒｏｍ?２０％?？８０％??１７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚合物熔体静电纺纳米纤维技术研究进展[J]. 王紫行,伍先安,陈明军,杜琳,李好义,杨卫民. 化工新型材料. 2020(03)
[2]静电纺丝技术在二次电池和电催化领域的应用进展[J]. 金婷,王晓君,焦丽芳. 中国科学:化学. 2019(05)
[3]以多糖和蛋白质为基质利用静电纺丝技术构建生物活性物质递送体系的研究进展[J]. 贾惜文,王浩,赵神彳,张帅,孔保华,刘骞. 食品工业科技. 2019(07)
[4]双功能yolk-shell钴@钴氮碳掺杂氧电极催化剂[J]. 水恒心,潘冯弘康,金田,胡军,刘洪来. 化工学报. 2018(11)
[5]静电纺丝法制备的纳米纤维在环境污染治理中的应用研究进展[J]. 陈晓青,谭晶,李好义,丁玉梅,杨卫民,何雪涛. 环境污染与防治. 2017(07)
[6]静电纺取向纳米纤维制备技术的研究进展[J]. 贾琳,张海霞,王西贤. 纺织学报. 2016(01)
[7]胶原蛋白在生物医药工程中的应用研究进展[J]. 何静. 河南科技. 2015(10)
[8]金属空气电池阴极氧还原催化剂研究进展[J]. 王瀛,张丽敏,胡天军. 化学学报. 2015(04)
[9]静电纺丝制备纳米纤维的最新进展[J]. 李小虎,李好义,张有忱,丁玉梅,杨卫民. 化工新型材料. 2014(10)
[10]多孔Fe2O3纳米纤维用于高容量长寿命锂空气电池催化剂[J]. 刘清朝,徐吉静,尹彦斌,蒋引珊,张新波. 中国科学:化学. 2014(07)
博士论文
[1]基于功能化含氮聚合物的碳基电催化剂设计合成及性能研究[D]. 李国栋.中国科学技术大学 2019
硕士论文
[1]纳米纤维人工细胞外基质的制备及其应用研究[D]. 胡晓婷.天津工业大学 2017
[2]羊毛角蛋白/聚乙烯醇纳米纤维膜的制备与表征[D]. 李帅.苏州大学 2014
[3]六氟异丙醇的制备研究[D]. 陈先进.浙江大学 2012
本文编号：3139842
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