10.Yichun Zhang , Yang Liu , Xu Wang , Yuehui Yuan , Wenchuan Lai , Zaoming Wang , Xiaojiao Zhang and Xiangyang Liu *;Towards efficient microwave absorption: intrinsic heterostructure of fluorinated SWCNTs; Journal of Materials Chemistry C;2017, 5, 11847-11855.
作为吸波材料,单臂碳纳米管对电磁波有较强的损耗能力,但其表面与空气的阻抗差异较大,导致电磁波在表面被大量反射而无法被有效吸收。本文采用升温氟化的方法,构建了兼具氟化区和芳香区的氟化单臂碳纳米管。其中,氟化区作为透波区,为电磁波的传输提供路径;芳香区作为损耗区,将由氟化区传递来的电磁波耗散。这种本征型的异质结构,保证了氟化碳纳米管兼具较好的阻抗匹配性和损耗能力。
9.Lai W, Yuan Y, Wang X, et al. Radical mechanism of a nucleophilic reaction depending on a two-dimensional structure[J]. Physical Chemistry Chemical Physics, 2018, 20(1): 489-497.
本文以氟化石墨烯(FG)作为二维材料的代表,来深入研究FG在亲核试剂进攻下的脱氟和取代反应机理,并探索二维材料的化学特征。DFT计算和EPR波谱表明,FG的脱氟反应以自由基历程进行,包括单电子转移反应,和产生石墨烯自旋中心及氟离子的碳氟键的裂解反应。更重要的是,我们发现不论是SN1还是SN2机理都不适用于具有2D结构的FG的亲核取代过程,这是由于相应的热力学或动力学劣势。因此,FG的亲核取代被证明同样是以自由基机理进行,其由之前的脱氟步骤引发。这些研究表明,具有2D结构的FG的衍生反应通常与自由基机理有关,因而自由基机理可以被当作是二维化学的典型特征。
8.Xu Wang, Weimiao Wang, Dazhou Xu, Yang Liu, Wenchan Lai, Xiangyang Liu*,Activation effect of porous structure on fluorination of graphene based materials with large specific surface area at mild condition,Carbon, 2017, 124, 288-295
发现孔洞结构对石墨烯片成氟化反应的活化作用,并基于此实现多孔石墨烯的低温氟化,在温和的氟化条件下得到高氟含量的氟化多孔石墨烯,氟碳比达到0.67,同时多孔和大比表面积特点得到保持,其中氟化产物的比表面依然达到1100m3/g。
7.Luo L, Dai Y, Yuan Y, et al. Control of Head/Tail Isomeric Structure in Polyimide and Isomerism‐Derived Difference in Molecular Packing and Properties[J]. Macromolecular Rapid Communications, 2017, 38(23): 1700404.
聚合物序列结构的调控是高分子合成化学的追求目标,而在缩聚反应中,序列结构的调控更是一个挑战。本文利用二胺单体PABZ头尾氨基反应活性的差异以及在不同溶剂中溶解性的差异,得到了一种简单易行调控聚合物序列结构的合成方法。当PABZ在非良溶剂(NMP)中与BPDA聚合时,得到更高含量的头尾-头尾序列结构的聚酰亚胺薄膜,其具有更加规整的分子堆砌和更优异的力学性能。
6.Zaoming Wang, Shuliang Li, Baoyin Li, Wenchuan Lai, Yang Liu, Zheng Cheng, Xu Wang and Xiangyang Liu*, The preparation of surface fluorinated polyethylene films with excellent properties similar to that of fluoropolymers,Journal of Fluorine Chemistry, 2017, 8, 169-178
本文通过直接氟化制备了不同表面氟化度的氟化聚乙烯,并发现通过改变氟化条件(主要是氟化温度)可以有效调节其表面氟化层化学结构。对该氟化聚乙烯进行表征发现,具有高度氟化表面层的聚乙烯获得了更好的耐紫外性、氧气和有机溶剂阻隔性以及更低的表面能。这为设计新型太阳能电池背板保护膜提供了新方法。
5.Wenchuan Lai, Dazhou Xu, Xu Wang*, Zaoming Wang, Yang Liu, Xiaojiao Zhang, Yulong Li and Xiangyang Liu*,Defluorination and covalent grafting of fluorinated graphene with TEMPO in a radical mechanism,Physical Chemistry Chemical Physics,2017, 19, 24076-24081
氟化石墨烯FG可以作为代表性二维材料来研究二维材料的化学特征,但是其衍生反应机理尚需揭露。本文以电子顺磁共振波谱、质谱、XPS等工具研究了TEMPO自由基进攻FG的独特反应。发现TEMPO还原FG的反应是以自由基历程的进行,并导致了石墨烯片层上自由基和双键,以及氟化TEMPO小分子的生成,FG脱氟过程中氟的命运首次得以明确。此外,一些TEMPO分子可以通过自由基耦合反应接枝到石墨烯片层上。这些研究丰富了FG衍生反应的研究,并强调了其衍生反应的自由基特点,同时为“二维化学”的研究提供了自由基机理这一视角。
4.Wenchuan Lai, Dazhou Xu, Xu Wang, Zaoming Wang, Yang Liu,,Xiaojiao Zhang and Xiangyang Liu*,Characterization of the thermal/thermal oxidative stability of fluorinated graphene with various structures,Physical Chemistry Chemical Physics,2017, 19, 19442-19451
氟化石墨烯FG作为一种独特的石墨烯材料,其在诸如能源、电子、信息等领域有应用前景,因而有必要对其热稳定性进行关注。本文以直接氟化技术制备了一系列不同结构氟化石墨烯,包括从不同的原料(石墨烯G、多孔石墨烯PG)氟化而来,以及具有不同的氟含量的氟化产物。通过XPS、TGA及计算模拟等工具对氟化石墨烯热/热氧稳定进行了详细表征和研究,并对不同氟化石墨烯热稳定性差异的结构原因进行了探索。此外,我们还创造性的引入了EPR(电子顺磁共振)表征工具,从自由基的角度对氟化石墨烯热稳定性进行了研究。研究发现FG热稳定性随着氟含量的提高而增强,这来源于共价碳氟键键能的增加;CFn基团的引入会导致热稳定性的削弱;而更低和更稳定的自由基会导致相应材料热稳定性的强化。
3.Chen Teng, Wang Xu, Liu Yang, Li Baoyin, Cheng Zheng, Wang zaoming, Lai Wenchuan, Liu Xiangyang*. Effects of the oxygenic groups on the mechanism of fluorination of graphene oxide and its structure[J]. Physical Chemistry Chemical Physics, 2017, 19(7): 5504-5512.
石墨烯中含氧官能团对其氟化反应的影响并没有得到认识,我们通过在同一条件下氟化不同氧含量和含氟官能团种类的氧化石墨烯,发现氧化石墨烯中羟基在反应过程中被氟化自由基取代,羰基能够促进邻位芳香区的加成反应,而醚键能够在反应中保持较高的稳定性。
2. Yang Liu, Yichun Zhang, Zaoming Wang , Wenchuan Lai, Xiaojiao Zhang, Xu Wang* and Xiangyang Liu*, Investigation of the dispersion behavior of fluorinated MWCNTs in various solvents. Physical Chemistry Chemical Physics, 2017, 19: 21565-21574.
氟化反应具有一定的选择性,因而制备得到的氟化碳纳米管并不是一个均匀的结构,其表面往往存在不同的微相区域即氟化区和芳香区。本文通过氟化碳纳米管在常见溶剂中分散性研究发现氟化区域与醇类溶剂具有较好的亲和性,而芳香区域则与NMP、DMF、DMAC类溶剂形成良好相互作用。因而,氟化碳纳米管表现出较宽的良溶剂范围。同时,异质结构还使得氟化碳纳米管可以抵御溶剂参数的变化而表现出良好的分散稳定性。
1.Zheng Cheng, Can Chen, Jieyang Huang, Teng Chen, Yang Liu, Xiangyang Liu*, Nondestructive grafting of PEI on aramid fiber surface through the coordination of Fe (Ⅲ) to enhance composite interfacial properties[J]. Applied Surface Science, 2017, 401: 323-332.
芳纶纤维的无损改性是非常重要的研究方向。通过Fe3+与苯并咪唑的络合效应,本研究中将Fe3+通过络合反应化学键接到一种含苯并咪唑的芳纶纤维表面,模型化合物NDPD和PBA模拟大分子的反应结果说明PBIA结构中的苯并咪唑基团可以作为活性位点络合重金属离子Fe3+,然后利用Fe3+未被占据的杂化空轨道,进一步络合接枝含有较多NH/NH2结构的聚乙烯亚胺。纤维的模型化合物PBA也验证了此反应历程。改性后改性过程中纤维的力学性能基本没有变化,大分子链保存完整,说明了本方法的无损伤性。而纤维表面引入了大量的NH/NH2,可以与环氧树脂在界面形成化学键接,最终导致复合材料层间剪切强度提升了47%。