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图神经网络模型预测和解释离子液体毒性的研究

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化工学报 2024年

作者：冯海军章冰璇周健深圳信息职业技术学院计算机学院华南理工大学化学与化工学院广东省绿色化学产品技术重点实验室

离子液体对环境有潜在毒性，为了解其毒性机制，建立了三种传统机器学习（支持向量机，随机森林，多层感知机）和三种图神经网络（图注意力网络，消息传递神经网络，图卷积模型）模型，预测离子液体对大鼠IPC-81细胞等4种活生物体的毒... 详细信息

离子液体对环境有潜在毒性，为了解其毒性机制，建立了三种传统机器学习（支持向量机，随机森林，多层感知机）和三种图神经网络（图注意力网络，消息传递神经网络，图卷积模型）模型，预测离子液体对大鼠IPC-81细胞等4种活生物体的毒性。凭借分子结构信息，图卷积模型在4个数据集中的RMSE和MAE均最低，R2均最高，因此，图卷积模型在预测离子液体毒性上更优越。同时，基于图卷积模型，建立毒性解释模型，从数据驱动上来分析原子基团对毒性的贡献。阳离子的芳香环和长烷基链会产生毒性，S+，P+，N+，NH+等原子基团会显著增强离子液体的毒性，而P-，F，B-，C等原子基团会有效降低离子液体的毒性。该发现为快速筛选和开发更绿色低毒型离子液体提供理论依据。

关键词：离子液体毒性机器学习图神经网络模型预测可解释性

聚集诱导发光型核酸探针的制备及其核酸传感原理研究

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有机化学 2024年第8期44卷 2554-2562页

作者：欧彦蓝琳王正雄王志明唐本忠华南理工大学广东省分子聚集发光重点实验室发光材料与器件国家重点实验室广东省大湾区华南理工大学聚集诱导发光高等研究院

核酸检测是目前生物诊疗及医学分析领域最为精准的方法之一.其中,广泛应用的聚合酶链式反应(PCR)技术利用TaqMan探针的荧光信号输出,可实现对微量目标序列的高灵敏定量分析.本工作系统性地完成聚集诱导发光(AIE)基元——四苯乙烯(TPE)... 详细信息

核酸检测是目前生物诊疗及医学分析领域最为精准的方法之一.其中,广泛应用的聚合酶链式反应(PCR)技术利用TaqMan探针的荧光信号输出,可实现对微量目标序列的高灵敏定量分析.本工作系统性地完成聚集诱导发光(AIE)基元——四苯乙烯(TPE)的亚磷酰胺修饰,并将其设计和制备成一系列单标记特定RNA的核酸探针,为后续高效率利用全自动核酸合成仪制备各类AIE探针奠定基础;利用RNaseA酶特异性切割TPE-RNA1探针中水溶性的RNA部分,通过透射电镜、荧光光谱、质谱等表征证明酶切作用诱发的探针溶解能力变化且伴随着疏水聚集;通过优化探针浓度、反应时间、序列长度等多个参数,实现了AIE效应下荧光增强34.7倍.采用AIE原理取代传统探针中荧光-淬灭基团的双标记策略,扩展了核酸探针的设计策略,并系统表征和探讨AIE型核酸探针的聚集过程,旨在推动更高效、更灵敏的核酸检测探针,拓展其在生物化学检测领域的应用.

关键词：核酸探针聚集诱导发光亚磷酰胺修饰聚合酶链式反应核酸检测

具有丰富活性位点和高电子传导性的非晶MOF用于高效肼氧化

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第5期60卷 351-359页

作者：丁婕婷王浩帆沈葵韦小明陈立宇李映伟华南理工大学化学与化工学院广东省燃料电池技术重点实验室广东广州510640 华南理工大学物理与光电学院广东广州510640

金属有机框架(MOF)虽然具有完美的结晶性质,但由于其配位不饱和位点数量不足和电子传导性较低,这些特性限制了它在电催化领域的应用.尽管通过去除部分有机配体可以暴露晶体MOF的一些金属位点,但常用的方法涉及高压、高温、强酸、强碱等... 详细信息

金属有机框架(MOF)虽然具有完美的结晶性质,但由于其配位不饱和位点数量不足和电子传导性较低,这些特性限制了它在电催化领域的应用.尽管通过去除部分有机配体可以暴露晶体MOF的一些金属位点,但常用的方法涉及高压、高温、强酸、强碱等苛刻的条件,很容易造成MOF的多孔结构完全坍塌.相较于晶态MOF,非晶态MOF具有短程有序而长程无序的结构特征.通过快速组装MOF,有望实现MOF的非晶化,从而创造大量不饱和位点,并优化金属位点的电子结构.因此,开发高效的非晶态MOF合成策略十分必要.本文报道了一种诱导非晶态MOF在碳布上快速组装的电合成方法,制得了具有丰富活性位点和高电子传导性的非晶态MOF(记为aMnFc'/CC).在电合成过程中,有机配体在碳布上迅速去质子化,并与金属离子快速组装,形成具有大量配位不饱和Mn位点的非晶态aMnFc'.X射线衍射和透射电镜选区电子衍射结果表明,aMnFc'为无定形结构.电子顺磁共振和X射线吸收近边结构光谱等表明,aMnFc'比cMnFc'含有更多的不饱和Mn金属中心.随后,利用三电极体系评估催化剂在肼氧化(HzOR)中的催化活性,在0.1 mol L^(−1) PBS+0.4 mol L^(−1) N_(2)H_(4)电解质中,aMnFc'/CC的起始电位为287 mV(1 mA cm^(−2)),在10 mA cm^(−2)下的工作电势为667 mV,其活性远优于晶态MOF 起始电位为540 mV(1 mA cm^(−2)),在10 mA cm^(−2)下的工作电势为(871 mV).aMnFc'/CC在0.1 mol L^(−1) PBS中的HzOR性能优于大多数已报道的Mn/Fe基催化剂和MOFs催化剂.四探针法测定cMnFc'和aMnFc'的电导率分别为1.5×10^(−4)和1.8×10^(−3) S cm^(−2),表明MOF的非晶化可以提高电导率,从而增强其电化学性能.密度泛函理论计算表明,MnFc'-V在费米能级附近的态密度比MnFc'的态密度更强,说明不饱和Mn中心的存在增强了MOF的导电性.进一步通过理论计算研究了肼在MnFc'和MnFc'-V表面的逐步脱氢过程,结果发现,MnFc'和MnFc'-V的决速步都是从*N_(2)H_(3)到*N_(2)H_(2)的脱氢过程,其中MnFc'-V的自由能差(0.22 eV)远小于MnFc'的自由能差(0.65 eV).由此可见,在aMnFc'中,不饱和Mn位点使d带中心更接近费米能级,增强了活性位对N_(x)H_(x)中间体的吸附能,从而提高了HzOR活性.综上,本文提出一种电合成方法,实现了非晶态MOF在碳布上的快速组装,制备出具有丰富活性位点和高电子传导性的非晶态MOF,显著提升了其在肼氧化反应中的催化活性.这一新策略不仅克服了晶态MOF在电催化应用中的局限,而且为工业电流条件下合成用于HzOR的非晶态MOF提供了参考.

关键词：非晶化缺陷电催化肼氧化反应金属有机框架

化工流程模拟结合事故树分析的科研案例在环境污染与风险评价教学中的应用

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化学教育（中英文） 2024年第20期45卷 86-94页

作者：黄卫清刘家良东莞理工学院生态环境与建筑工程广东东莞523808 华南理工大学广东省绿色化学产品技术重点实验室广东广州510640

为提高研究生课程教学育人成效,本团队结合燃煤热电厂不同煤种燃烧过程效能与环境风险的科研案例和城市灰霾污染防治科研课题,创新性地探索将化工流程模拟结合事故树分析的科研实例应用在资源与环境专业研究生环境污染与风险评价课程教... 详细信息

为提高研究生课程教学育人成效,本团队结合燃煤热电厂不同煤种燃烧过程效能与环境风险的科研案例和城市灰霾污染防治科研课题,创新性地探索将化工流程模拟结合事故树分析的科研实例应用在资源与环境专业研究生环境污染与风险评价课程教学中,重点关联大气环境风险评价中燃煤产物与燃烧温度的关系以及燃煤与灰霾污染的致因机理。实践表明,这种教学方法有助于理论知识具体化、生动化、简明化,能够让学生更直观了解燃煤产物含量变化与燃烧温度之间的关系;与此同时,实现了通过事故树方法引导学生建立燃煤与灰霾污染的致因机理和防治的逻辑思维及理念。相关教学实践探索有助于学生掌握化工流程模拟及跨学科的系统工程理论在大气环境污染风险评价领域的应用,有助于加强对研究生科研创新思维与综合实践能力的培养。

关键词：研究生教育环境污染与风险评价科研案例流程模拟事故树灰霾

新型高增益氟硫改性磷酸盐光纤及L波段光纤激光

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中国科学：技术科学 2024年第4期54卷 655-664页

作者：朱金钟姬瑶黎仲贤耿鑫张勤远华南理工大学物理与光电学院发光材料与器件国家重点实验室广东省光纤激光材料与应用技术重点实验室广州510640

L波段(1565~1625 nm)激光是光通信信道容量拓展、测风雷达、生物气溶胶检测等领域发展的迫切与重大需求.稀土离子掺杂的高增益有源光纤是L波段光纤激光器的核心增益介质和关键科学难题.然而,目前石英有源光纤存在稀土离子溶解度低、发... 详细信息

L波段(1565~1625 nm)激光是光通信信道容量拓展、测风雷达、生物气溶胶检测等领域发展的迫切与重大需求.稀土离子掺杂的高增益有源光纤是L波段光纤激光器的核心增益介质和关键科学难题.然而,目前石英有源光纤存在稀土离子溶解度低、发光效率低、增益系数低等问题,严重制约着光纤激光器的性能提升.因此,探索在L波段具有优异放大能力的新型高增益介质是该领域的主要挑战之一.本文报道了一种新型Er^(3+)/Yb^(3+)共掺氟硫改性磷酸盐(FSP)激光玻璃光纤及其L波段光纤激光输出.结果表明,FSP玻璃光纤为稀土离子提供了丰富的配位环境,具有高增益与宽带宽的特性.Er^(3+)/Yb^(3+)共掺FSP玻璃光纤品质因子为5.7×10^(-23)s cm^(2),增益带宽为49.7×10^(-27)cm^(3),峰值净增益系数达5.3 dB cm^(-1)@1540 nm,在1600 nm波段的增益系数可达2.4 dB cm^(-1).基于超短长度(1 cm) FSP光纤即可实现中心波长为1617 nm的L波段激光输出.此外,FSP玻璃光纤还具有弹性模量高(>80 GPa)、抗析晶稳定性好(>200℃)和化学稳定性强(溶解速率<0.2×10^(-7)g cm^(-2)min^(-1))等优势.研究表明,新型高增益FSP光纤具有优异的长波放大性能,为L波段超短线性腔光纤激光器所需的增益材料提供了解决方案.

关键词：激光玻璃磷酸盐光纤氟硫改性磷酸盐光纤光纤激光器

K_(2)CO_(3)活化法油茶果壳活性炭的制备及表征

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林产化学与工业 2024年第2期44卷 87-93页

作者：浦丽伟莫立焕胡崟李军华南理工大学制浆造纸国家重点实验室广东广州510640

以油茶果壳(COS)为原料,K_(2)CO_(3)为活化剂,分别在空气和氮气中活化制备COS活性炭,探讨了活化温度、活化时间和K_(2)CO_(3)溶液浸渍COS的比例(浸渍比,mL∶g)对活性炭制备的影响,利用元素分析、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)... 详细信息

以油茶果壳(COS)为原料,K_(2)CO_(3)为活化剂,分别在空气和氮气中活化制备COS活性炭,探讨了活化温度、活化时间和K_(2)CO_(3)溶液浸渍COS的比例(浸渍比,mL∶g)对活性炭制备的影响,利用元素分析、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)等手段对活性炭进行了表征。研究结果表明:在空气中活化,浸渍比值为1.5,温度为800℃,炭化活化时间为1 h的条件下,制得的活性炭得率为12.48%,BET比表面积为1080.94 m^(2)/g,亚甲基蓝(MB)吸附值为441.62 mg/g;在氮气中活化,浸渍比值为2.5,温度为800℃,炭化活化时间为1 h时,制得的活性炭得率为18.00%,BET比表面积为942.42 m^(2)/g,MB吸附值为428.77 mg/g。元素分析结果表明氮气气氛下制备的活性炭H/C元素比低,芳香性提高;FT-IR和SEM分析表明活化促进了活性炭—CH、—COOH热解和孔隙生长;相比N_(2)气氛下的样品,空气作热解气制备的活性炭孔隙更发达,吸附性能更好。

关键词：油茶果壳活性炭碳酸钾吸附

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豌豆蛋白乳液的模拟口腔摩擦学特性

食品科学 2024年第16期45卷 45-52页

作者：陈佳伶高亚轩王殿楠李青万芝力杨晓泉华南理工大学食品科学与工程学院蛋白质工程与营养研究中心广东省天然产物绿色加工与产品安全重点实验室广东广州510640

食品乳液在口腔加工过程中的脂肪感知属性主要来自于其乳液液滴与口腔软表面及唾液之间的复杂相互作用,乳滴在舌头表面的黏附、润湿、铺展等一系列界面行为影响乳液在口腔中的摩擦特性和润滑作用。采用高压微射流处理后的豌豆分离蛋白(p... 详细信息

食品乳液在口腔加工过程中的脂肪感知属性主要来自于其乳液液滴与口腔软表面及唾液之间的复杂相互作用,乳滴在舌头表面的黏附、润湿、铺展等一系列界面行为影响乳液在口腔中的摩擦特性和润滑作用。采用高压微射流处理后的豌豆分离蛋白(pea protein isolate,PPI)作为乳化剂制备具有不同油滴粒径的水包油(O/W)乳液,研究油滴粒径变化及施加法向载荷、唾液添加等对PPI稳定的O/W乳液摩擦学特性的影响。结果表明:随着施加法向荷载的增大(0.5~2.0 N),乳液的摩擦系数明显下降,同时,随着乳液粒径的减小,更多乳滴会夹带到接触面之间,从而导致乳液摩擦系数下降(10%~30%),边界层区范围减小15%~20%,能在较低的滑动速率下实现润滑;在模拟口腔加工过程中,唾液的添加会使乳滴发生絮凝,粒径增大,不易夹带到接触面之间,进而导致PPI乳液摩擦系数增大。本研究可为调控豌豆蛋白乳液的口腔质构感官特性及产品研发提供一定技术支持。

关键词：豌豆蛋白乳液口腔加工摩擦系数唾液

壳聚糖对氧化淀粉凝胶热挤压3D打印成型性的影响

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华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 1-9页

作者：陈玲吕嘉宇邱志鹏华南理工大学食品科学与工程学院/广东省天然产物绿色加工与产品安全重点实验室/淀粉与植物蛋白深加工教育部工程研究中心广东广州510640

氧化淀粉凝胶材料因其具有亲水性和电荷性、易反应与组装等优势,成为近年来食品及生物医药等领域研究和应用的热点材料,但其作为热挤压3D打印凝胶材料时却存在打印成型性较差及凝胶强度较低等缺陷。本研究提出利用壳聚糖与氧化淀粉分子... 详细信息

氧化淀粉凝胶材料因其具有亲水性和电荷性、易反应与组装等优势,成为近年来食品及生物医药等领域研究和应用的热点材料,但其作为热挤压3D打印凝胶材料时却存在打印成型性较差及凝胶强度较低等缺陷。本研究提出利用壳聚糖与氧化淀粉分子间的非共价及化学交联作用对其进行调控,探究不同壳聚糖添加量对氧化淀粉凝胶材料的流变性能、打印成型性和凝胶强度的影响。结果表明:壳聚糖与氧化淀粉糊特性依然呈现典型的剪切稀化特征,随着壳聚糖添加量增加(0.5%~2%),氧化淀粉-壳聚糖凝胶体系中存在氢键及静电吸引等非共价相互作用导致黏度增大,触变性先提升后下降,流动应力(τ_(f))先减小后增大、屈服应力(τ_(y))先增大后减小。相比于氧化淀粉凝胶,氧化淀粉-壳聚糖凝胶均具有良好的打印成型性,尤其是当壳聚糖添加量为1%时,复合凝胶触变性最好,流动应力(τ_(f))最小、屈服应力(τ_(y))最大,因此打印成型性与打印精度最佳。此外,由于壳聚糖与氧化淀粉的非共价相互作用以及希夫碱化学交联作用,使得氧化淀粉凝胶网络结构更加致密,稳定性提升,凝胶强度显著增大,且随壳聚糖添加量增加变化趋势愈加明显。本研究结果可为氧化淀粉凝胶材料的性能改善及适合热挤压3D打印加工需求的氧化淀粉-壳聚糖凝胶材料设计与应用提供理论依据和技术支撑。

关键词：热挤压3D打印氧化淀粉凝胶壳聚糖打印成型性凝胶强度

含铁锰的有机凝胶原位还原和碳化及其费托合成反应性能

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燃料化学学报（中英文） 2024年第9期52卷 1256-1265页

作者：李长霄李杰路七超刘建超刘雷董晋湘太原理工大学化学工程与技术学院化学产品工程山西省重点实验室山西太原030024

本研究制备了系列含Fe、Mn的有机凝胶前驱体,在氩气氛围下通过高温热处理,凝胶中铁物种被有机物原位分解进行还原和碳化,制备出了θ-Fe_(3)C含量不同的费托合成催化剂。采用XRD、N_(2)吸附-脱附、Raman、CO-TPD、CO_(2)-TPD、XPS和TEM... 详细信息

本研究制备了系列含Fe、Mn的有机凝胶前驱体,在氩气氛围下通过高温热处理,凝胶中铁物种被有机物原位分解进行还原和碳化,制备出了θ-Fe_(3)C含量不同的费托合成催化剂。采用XRD、N_(2)吸附-脱附、Raman、CO-TPD、CO_(2)-TPD、XPS和TEM等手段对催化剂的结构组成、表面性质以及活性物种的电子价态进行了系统的表征和分析。实验结果表明,热处理后获得的催化剂含石墨碳、θ-Fe_(3)C、Fe^(0)和(FeO)_(0.497)(MnO)_(0.503)物相,费托反应后催化剂的结构保持稳定,物相种类不发生变化。考察了反应条件对催化性能的影响,FeMn10催化剂具有较优的催化性能,CO转化率为57.3%,低碳烯烃(C_(2)-C_(4))选择性为37.1%,其中,θ-Fe_(3)C物相作为催化活性位点,催化剂的活性和低碳烯烃的选择性与θ-Fe_(3)C的含量具有正相关性。

关键词：费托合成低碳烯烃 θ-Fe_(3)C Mn

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