铜钴团簇催化水煤气变换反应的催化活性

水煤气变换反应在质子膜燃料电池中可以除去CO,同时生成H2,因此应用于水煤气变换反应的催化剂受到了广泛的关注。为了研究团簇中掺杂单个原子对催化剂催化活性和反应机理的影响,我们采用密度泛函理论研究了Cu12Co和Cu13催化水煤气变换反应的催化活性和反应机理,其中我们考虑了三种反应机理,包括氧化还原机理、羧酸机理和甲酸基机理。通过对比研究Cu12Co和Cu13,我们发现掺杂团簇Cu12Co的催化活性比Cu13的催化活性好,而且Cu12Co和Cu13催化水煤气变换反应的最优路径都是羧基机理。在此过程中,Cu12Co和Cu13的基态结构均为Ih构型;Cu12Co和Cu13团簇上吸附H2O分子时都是在顶位上的吸附最强,而吸附CO分子最强的位点分别是顶位和洞位;对于氧化还原机理和甲酸基机理,其决速步都是OH* + * → O* + H*,而羧基机理的决速步分别是COOH* + * → CO2* + H* (Cu12Co)和2H* → H2* + * (Cu13)。本文的研究加深了我们对铜钴团簇催化水煤气变换反应的催化行为的理解。     

耐盐希瓦氏菌异化还原铁过程中胞外聚合物的光谱分析

微生物的生长代谢往往受盐度的影响，因此筛选出耐盐性强的菌株对含盐废水的生物处理意义重大。选取一株从海洋分离具备耐盐异化金属还原的功能细菌(DMRB)——耐盐希瓦氏菌(Shewanella aquimarina XMS-1)作为研究对象，探究盐度对XMS-1还原Fe³⁺过程及胞外聚合物变化的影响。考察了不同盐度下XMS-1的Fe³⁺还原能力和胞外聚合物(EPS)的含量，并采用三维荧光光谱(3D-EEM)、拉曼光谱(Raman spectra)、红外光谱(FTIR)及其对应的二维相关光谱(2D-COS)分析了XMS-1还原Fe³⁺过程中EPS的变化。结果表明，蛋白为XMS-1 EPS中主要物质，占EPS含量的80%以上，多糖的含量相对较少，3%盐度条件下会促进XMS-1的EPS产量，表明XMS-1在高盐环境中会分泌更多的EPS来保护细胞进行正常的生理活动。Fe³⁺还原过程在盐度为1%～4%时得到促进，而在盐度高于5%时则受到抑制，过高盐度会抑制XMS-1的生长，导致Fe³⁺还原率下...     

Cu/CeO2(110)界面特性的第一性原理研究

Cu-CeO₂体系因其特殊的催化能力而在固体氧化物燃料电池和水煤气转化反应等多个催化领域有重要应用. 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 在原子和电子层面上系统地研究了单个Cu原子及Cu小团簇在CeO₂(110)面上的吸附构型, 价键特性和电子结构, 结果表明: 1) 单个Cu原子的最稳定吸附位是两个表面O的桥位; 2) Cu团簇的稳定吸附构型为扭曲的四面体结构; 3) Cu原子及Cu团簇的吸附在CeO₂(110)面的gap区域引入了间隙态, 这些间隙态主要来自于Cu及其近邻的O和表层还原形成的Ce³⁺, 间隙态的出现表明Cu的吸附增强了CeO₂(110)表面的活性; 4) 吸附的单个Cu原子及Cu团簇分别被CeO₂(110)面表层的Ce⁴⁺离子氧化形成了Cu^δ+和Cu₄^δ+, 并伴随着Ce³⁺离子的形成, 这个反应可归结为Cu_x/Ce⁴⁺→Cu_x^δ+/Ce³⁺; 5) Cu团簇的吸附比Cu单原子的吸附引入了更多的Ce³⁺离子, 进而形成了更多的Cu^δ+-Ce³⁺催化活性中心. 结合已报道的Cu/CeO₂(111)界面特性, 更加全面地探明了Cu与CeO₂(111)和(110)两个较稳定低指数表面的协同作用特性, 较为系统地揭示了Cu增强CeO₂催化特性的原因及Cu与CeO₂协同作用的内在机理. 关键词： 2')" href="#">Cu/CeO₂ U')" href="#">DFT+U 吸附 电子结构     

赤铁矿和三羟铝石吸附Cu~(2+)的红外光谱研究

应用红外光谱法,研究了不同pH值和Cu2+浓度条件下,合成赤铁矿和三羟铝石吸附Cu2+后表面羟基结构及其特征吸收峰的变化。结果表明:(1)随Cu2+浓度增加,赤铁矿表面H—O—H和OH的变形振动参与了吸附反应,Cu2+强烈地缔结在Fe—O上,形成了Fe—O—(Cu)结构。(2)酸性条件下,H+破坏了赤铁矿表面的O—H结构,NO3-促使弱峰1 131 cm-1的产生。随pH值增大,赤铁矿表面OH-逐渐由伸缩振动转变为变形振动,Fe—OH和Fe3+—O2-结构不断发生改变。(3)三羟铝石对Cu2+的吸附发生在高波位,随Cu2+浓度增大,其表面游离羟基的O—H弯曲振动、水分子的OH-伸缩振动和H—O—H弯曲振动均参与了吸附反应,Al—O基中的Al3+渐被Cu2+取代从而加强了较低波位的振动强度。(4)随pH值增加,三羟铝石Al—OH的弯曲振动和Al—O的伸缩振动逐渐发生着改变,表明吸附Cu2+后,在其表面形成了AlOCu+与AlOCuOH结构。     

Cu在Zr掺杂CeO2(111)面吸附特性的第一性原理研究

采用基于广义梯度近似的投影缀加平面波方法和具有三维周期性边界条件的超晶胞结构模型,用第一原理计算方法,计算并分析了Cu在Zr掺杂的CeO2(111)面吸附所形成的Cu/ Ce0.75Zr0.25O2(111)界面体系的吸附能、吸附结构和电子结构。结果表明：（1）Cu在Ce0.75Zr0.25O2(111)面上次层O的顶位,且邻近Zr原子的吸附位置的吸附能最大,吸附最强;（2）Zr的掺杂增强了Cu与CeO2衬底的作用;（3）Cu的吸附,在CZ(111)面的O2p-Ce4f态之间引入了新的间隙态,这些间隙态主要来自于Cu3d与衬底O2p的杂化作用,这是Cu与CeO2/ZrO2有较强作用的主要原因;（4）吸附的Cu被Ce0.75Zr0.25O2氧化为Cuδ+,并伴随着表面Ce4+ → Ce3+的转化,该反应可以总结为：Cu/Ce4+→ Cu δ+/Ce3+。     

污泥生物淋滤过程中黄铁矾对重金属离子的吸附与共沉淀作用的模拟研究

生物淋滤处理可加速污泥中重金属(Zn,Cu和Cr)的溶出。但在淋滤后期,约有31%的已溶出的Cu2+被重新固持。并且,Cu2+浓度的再次下降与Fe3+沉淀形成黄铁矾的反应在时间上具有同步性。为阐明Cu2+固持机理,文章利用氧化亚铁硫杆菌的生物催化氧化作用,模拟生物淋滤环境在纯体系合成了黄铁矾。吸附试验表明,在pH 2.0～2.5的范围内(污泥生物淋滤过程中重金属溶出范围),黄铁矾对10 mg·L-1 Cu2+(该浓度与供试污泥生物淋滤中的Cu2+浓度相近)的吸附率低于9%,不能完全解释Cu2+的重新固持现象。共沉淀试验表明,Cu容易与黄铁矾形成共沉淀而掺入矿物的晶格。当Cu2+为10 mg·L-1时,约有44.6%的Cu2+与黄铁矾产生共沉淀而进入固相。可以认为,Cu与黄铁矾的共沉淀效应,是导致污泥生物淋滤后期Cu2+浓度再次下降的主要原因,黄铁矾对Cu2+的吸附只起极小的作用。     

巯基化、钠化和酸化膨润土对Cu2+，Pb2+和Zn2+的吸附性能研究

基于改性膨润土可能存在的优异吸附能力,利用傅里叶变换红外光谱仪和场发射扫描电镜研究分析了巯基化、钠化及酸化三种改性膨润土对Cu2+,Pb2+和Zn2+的等温吸附与竞争吸附实验结果。研究结果表明,在单一重金属离子的等温吸附环境下,巯基化膨润土对Cu2+,Pb2+和Zn2+的吸附能力明显优于其他两种材料,且对Pb2+具有一定的吸附选择性,吸附率达到近100%;在竞争吸附环境下,三种改性膨润土对Cu2+,Pb2+和Zn2+的吸附率都有所下降,但巯基化膨润土仍旧能够保持较好的吸附能力,较其他膨润土的吸附率大约高出10%～40%;三种重金属离子的吸附量均表现为Cu2+＞Pb2+＞Zn2+,这与三种重金属离子的竞争能力、化学亲和力等大小有关;膨润土的巯基改性,步骤简单且吸附重金属的效果好,对膨润土改性及其应用具有重要意义。     

光谱法研究酵母菌对铜离子的吸附机理

采用AAS,FTIR,SEM/EDS等方法研究了啤酒酵母对铜离子的吸附作用。 酵母菌经丙酮和NaOH处理后对Cu2+的吸附量明显增加,而将羧基酯化和将氨基甲基化使得酵母菌对Cu2+的吸附能力显著降低。化学修饰与酵母菌对Cu2+吸附的吸附结果表明,细胞壁上的羧基、氨基在酵母菌吸附铜时起着重要的作用。 红外光谱表明,酵母菌表面有结合金属的官能团,如羟基、羧基、氨基等,吸附Cu2+后,3 392 cm-1处的吸收峰紫移至3 404,1 405 cm-1处的峰红移到1 383 cm-1,细胞的主要成分和结构保持完整。 SEM/EDS分析表明,吸附后酵母菌表面变化不大,酵母菌仅结合少量Cu2+。     

Cu在Zr掺杂CeO_2(111)表面吸附特性的第一性原理研究北大核心CSCD

采用第一原理计算方法,计算并分析了Cu在Zr掺杂的CeO2(111)表面吸附的吸附能及所形成的Cu/Ce0.75Zr0.25O2(111)界面体系的吸附结构和电子结构.结果表明:1)Cu在Ce0.75Zr0.25O2(111)表面上邻近Zr原子的次层O的顶位吸附最强;2)Zr的掺杂增强了Cu与CeO2衬底的作用;3)Cu的吸附在Ce0.75Zr0.25O2(111)表面的O2p-Ce4f态之间引入了新的间隙态,这些间隙态主要来自于Cu3d与衬底O2p的杂化作用,这是Cu与Ce0.75Zr0.25O2有较强作用的主要原因;4)吸附的Cu被Ce0.75Zr0.25O2氧化为Cuδ+,并伴随着表面Ce4+→Ce3+的转化,该反应可以总结为:Cu/Ce4+→Cuδ+/Ce3+.     

Pd修饰Cu电极的电化学CO_2还原（英文）

利用微分电化学质谱和电化学原位衰减全反射红外光谱技术探究了Cu和CuPd催化剂上CO_2和CO的电化学还原行为.红外光谱观察到了生成甲醇、甲烷与乙烯的CH_x中间物种.在CuPd电极CO_2还原过程中,红外光谱的CO吸附峰起始电位比Cu正移大约300 mV,说明CuPd能够有效促进CO_2还原;CO饱和溶液中,Cu和CuPd电极CO起始吸附电位基本相同;两电极上CO谱带出现的电位与CO_3~(2-)的谱带降低的电位基本相同,说明C O的吸附需要CO_3~(2-)的脱附.利用电化学在线质谱发现在CuPd电极上CO还原产生CH_4和CH_3OH的起始电位比Cu电极正移约200 mV.推测催化活性的提升可能是由于Pd的引入改变了Cu的d能带,且Pd吸附更多的H,从而促进CO_2还原,使CO能够与H结合并被深度还原.     

ICP-MS研究黄河三湖河口表层沉积物对Cd~(2+)和Cu~(2+)的吸附-解吸特性

为了研究黄河上游表层沉积物与Cd~(2+)和Cu~(2+)的相互作用机理,以黄河三湖河口表层沉积物(简称样品)为研究对象,采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术,优化样品对Cd~(2+)和Cu~(2+)的吸附固液比、时间、pH等条件。并在此条件下研究了Cd~(2+)和Cu~(2+)在样品上的吸附特性和解吸特性。结果表明:两种金属的优化吸附条件不同,在各自优化吸附条件下,样品对Cu~(2+)和Cd~(2+)的平衡吸附量分别为0.88和0.13 mg·g~(-1);对两种金属的吸附动力学符合伪二级吸附动力学模型,且样品对Cu~(2+)的吸附速率大于对Cd~(2+)的吸附速率;吸附热力学拟合结果显示吸附过程符合Freundlich模型,对两种金属的吸附均属于优惠型吸附,且吸附过程属于吸热过程,可自发进行;解吸动力学研究表明,两个金属的解吸过程均符合Elovich方程,属于非均相扩散;在多离子竞争吸附-解吸实验中发现,样品对Cu~(2+)的吸附-解吸受到共存离子的影响更大。研究结果揭示了黄河三湖河口表层沉积物对Cd~(2+)和Cu~(2+)吸附和解吸的作用机理以及共存离子对吸附解吸特性的影响。对于分析重金属在水体与沉积物之间的作用机理、固液两相分布规律以及重金属迁移能力提供了理论依据,同时也为制定研究区域针对性的重金属防控措施具有一定指导意义。     

微生物胞外聚合物对重金属镉的解毒作用及红外光谱分析

为探索微生物胞外物在微生物对重金属的抗性和去除过程中的作用,比较分析了对重金属镉具有不同抗性和去除率的菌株SCSE425-7和SCSE709-6胞外物的产生情况和菌株的红外光谱谱图。结果表明,在含镉条件培养时,菌株SCSE425-7表现了较高的镉抗性,分泌了相对较多的可溶性胞外多糖;而菌株SCSE709-6镉抗性较SCSE425-7低,但镉的生物去除性能较好,分泌了更多不可溶胞外聚合物。这说明,在重金属毒性胁迫下,微生物分泌的可溶性胞外多糖可能有助于提高微生物对重金属的抗性,而不可溶性胞外聚合物有助于重金属的微生物吸附。菌株红外光谱分析结果表明不可溶胞外聚合物上的酰胺基和羧基是其吸附镉离子的主要官能团。     

生物吸附剂ZL5-2对六价铬离子吸附作用的红外光谱分析

研究了Agrobacterium.sp产生的具有吸附作用的蛋白聚糖类物质ZL5-2对Cr(Ⅵ)的吸附作用,并对吸附Cr(Ⅵ)前后及解吸附后的ZL5-2进行了红外光谱分析。结果表明,ZL5-2对Cr(Ⅵ)吸附的最佳pH为0.5～1.5,随着pH增大,吸附作用减弱。60 min时吸附达到平衡,80 min后所有的Cr(Ⅵ)都被吸附。被吸附的Cr(Ⅵ)可以被解吸附,解吸率为13.6%～67.9%。通过红外光谱分析,发现吸附后ZL5-2在3 400 cm-1附近OH,NH伸缩振动峰强度减弱,并发生了约8 cm-1的位移,2 900 cm-1附近C—H伸缩振动减弱,1 600 cm-1处的酰胺Ⅰ带伸缩振动的相对强度减弱,并发生约13 cm-1的位移。解吸附后,OH,C—H伸缩振动又恢复到原来水平,而NH、酰胺Ⅰ带的伸缩振动未恢复到原来水平,推测该吸附过程存在可逆吸附和不可逆吸附,以可逆吸附为主。     

干废弃啤酒酵母菌对铅离子的吸附及FTIR分析

以啤酒厂废弃啤酒酵母菌为原料,利用原子吸收光谱(AAS)、扫描电子显微镜/X射线能谱仪(SEM/EDS)、傅里叶红外光谱(FTIR)等手段,研究其对Pb2+的生物吸附规律,并对吸附机理进行了探讨。结果发现实验条件下,啤酒酵母菌对Pb2+的吸附是一个快速过程,实验进行30 min时酵母菌的吸附量为47.6 mg·g-1,吸附效率已达到91.6％,90 min时基本达到吸附平衡,此时酵母菌实验吸附量为48.8 mg·g-1,吸附效率接近94.0％以上。SEM分析发现吸附Pb2+后部分酵母菌出现细胞壁破裂和脱离现象,且认为胞内的溶出物质为酵母菌对Pb2+后期吸附有一定贡献。EDS分析进一步证明Pb2+被吸附到酵母菌细胞上。FTIR分析发现,不同pH和吸附时间红外光谱图均有所差异,特别是羟基、羧基及酰胺的氨基等基团变化显著,认为细胞上的多糖、蛋白质酰胺更多地参与了对Pb2+的化学吸附过程。利用啤酒厂废弃啤酒酵母菌菌体为原料处理工业污水中的Pb2+是一种价格低廉,吸附效果理想的有效途径。     

苯并咪唑取代胺及其配合物光谱分析

本文阐述了用原子吸收光谱测定三（2－苯并咪唑亚甲基）胺和二（2－苯并咪唑亚甲基）胺与Cu2 的配合物中心原子,并对上述配体及配合物用紫外光谱法和红外光谱法进行了研究,从而解释了配合物分子结构。     

γ辐照下土壤分离菌对Sr2+吸附特性及其FTIR分析

从四川盆地紫色土中分离获得一株革兰氏阳性细菌,对该菌株形态学及16S序列分析,初步鉴定属于芽孢杆菌属。本文主要分析了一定剂量γ辐照前后该菌株对Sr2+的吸附效果。结果显示：实验辐照条件对该菌株吸附Sr2+有一定抑制作用,主要表现为其对Sr2+吸附效率达到90%以上的平衡点出现时间比无辐照情况下延迟了1.5 d出现,生长速率最大值出现延迟了0.5 d。SEM分析发现辐照后菌体出现不规则变形,说明一定剂量γ辐照会对所选细菌产生明显损伤作用。FTIR分析显示,Sr2+与辐照对Strain No.4菌体有一定协同损伤作用,且处于对数生长期的菌体比迟滞生长期更易受辐射损伤。这种损伤主要表现为菌体蛋白质酰胺基团和多糖中糖环、蛋白质分子中甲基等基团对应谱峰变化。     

环糊精胺衍生物—Cu^2＋—苯甲酸三元配合物的园二色性研究

用ＪＡＳＣＯ Ｊ－２０Ｃ自动记录旋光仪测定了β－ｃｙｃｌｏｄｅｘｔｒｉｎｄｉｅｎ，β－ｃｙｃｌｏｄｅｘｔｒｉｎｄｉｅｎ－Ｃｕ＾２＋配合物，β－ｃｙｃｌｏｄｅｘｔｒｉｎｄｉｅｎ－苯甲酸配合物及β－ｃｙｃｌｏｄｅｘｔｒｉｎｄｉｅｎ－Ｃｕ＾２＋－苯甲酸三元配合物的园二色谱，并利用Ｃｕ＾２＋配合物及苯甲酸的轨道能级顺序对谱带进行了归属。并根据Ｃｕ＾２＋配合物的结构特征及ＫＡＪＡＲＴ扇形规则确定了配合物的结     

耐辐射奇球菌对放射性核素铀的吸附行为研究

采用耐辐射奇球菌活体为生物吸附剂,进行了对水溶液中放射性核素铀的批量吸附实验。主要研究了溶液pH、初始铀浓度对吸附放射性核素铀效果的影响,并通过红外光谱(FTIR)和扫描电镜/能谱仪(SEM/EDS)等手段分析了其吸附机理。结果表明：在pH 5,c₀=100 mg·L-1时其吸附效果最佳,而最大饱和吸附量q_max为240 mgU·g-1。结合扫描电镜与能谱分析结果认为,耐辐射奇球菌表面附着了大量的含铀片状结晶物,并且其吸附过程主要以离子交换或表面络合的方式吸附铀。比较吸附铀前后菌体红外光谱图和红外分峰图发现,耐辐射奇球菌吸附铀后的整体谱形有了一定的变化,特别是蛋白质中酰胺基团、羟基、羧基以及磷酸基团等活性基团可能参与了吸附过程,并且在906 cm-1处出现了一个新的峰,此峰为UO2+₂的伸缩振动峰。可见,利用具有抗辐射特性的耐辐射奇球菌为生物吸附剂,以期在放射性环境中对放射性核素铀的吸附具有一定的潜在途径。     

普通X射线荧光光谱仪分析铜精矿样品在储存过程中化学态的变化

采用普通X射线荧光光谱仪观察了经不同方式保存的铜精矿样品的S K_α谱、S K_β伴线谱的谱峰位置和谱线形状,以及(S K_α/S K_β),(Cu L_α/Cu K_α)和(Fe L_α/Fe K_α)的谱线强度比率,根据这些谱线及谱线强度比率存在的一些变化来推断,铜精矿中的硫、铜、铁的化学态在储存过程中发生了变化。研究表明,主要矿相为黄铜矿(含有少量黄铁矿)的铜精矿样品储存2年后,发生了较明显的氧化,有部分S2-,Cu+和黄铁矿中的Fe2+被氧化为高价态,硫原子与氧原子相结合。样品的保存方式对样品的氧化程度有很大影响。     

铜胁迫下玉米污染特征波段提取与程度监测

我国农田重金属污染形势不容乐观。土壤中的重金属被作物根系吸收后会影响作物正常的生长发育,降低农产品质量,进而通过食物链进入人体,危害人体健康。高光谱遥感为实时动态高效监测作物重金属污染提供了可能。设置不同浓度Cu2+胁迫梯度的玉米盆栽实验,并采集苗期、拔节期和穗期玉米老、中、新叶片光谱数据,测定不同生长时期叶片叶绿素含量、叶片Cu2+含量。基于所获取的光谱数据、叶绿素含量和叶片Cu2+含量,结合相关分析法、最佳指数法(OIF)和偏最小二乘法(PLS)构建OIF-PLS法提取含有Cu2+污染信息的特征波段。首先依据苗期、拔节期和穗期叶片叶绿素含量及穗期叶片Cu2+含量与相应叶片光谱的相关系数初步筛选特征波段;然后,从中选取三个波段计算最佳指数因子,并以该三个波段为自变量,对玉米叶片Cu2+含量进行偏最小二乘回归分析,计算均方根误差;最后根据最佳指数因子最大、均方根误差最小的原则选取最佳特征波段。基于OIF-PLS法所选取的特征波段构造植被指数OIFPLSI监测重金属铜污染,并与常规的红边归一化植被指数(NDVI 705)、改进红边比值植被指数(mSR 705)、红边植被胁迫指数(RVSI)和光化学指数(PRI)监测结果做比较,验证OIFPLSI的有效性和优越性。另外利用在相同的实验方法下获取的不同年份的数据对OIFPLSI进行检验,验证OIFPLSI的适用性和稳定性。实验结果表明,基于OIF-PLS法提取的特征波段(542,701和712 nm)比基于OIF法提取的特征波段(602,711和712 nm)能更好地反映Cu2+污染信息;植被指数OIFPLSI与叶片Cu2+含量显著正相关,相关性优于NDVI 705,mSR 705,RVSI和PRI;OIFPLSI与叶片叶绿素含量显著负相关,与土壤中Cu2+含量显著正相关;不同生长时期OIFPLSI与土壤中Cu2+含量的相关性高低依次为拔节期、穗期、苗期。基于不同年份数据验证结果表明,OIFPLSI与叶片Cu2+含量显著正相关,OIFPLSI具有较强的稳定性。基于OIF-PLS法所提取的特征波段构建的OIFPLSI能够较好地诊断分析玉米叶片铜污染水平,可为作物重金属污染监测提供一定的技术参考。