生物质衍生碳材料电催化裂解水研究进展

生物质衍生碳材料具有独特的形貌、高的比表面积、分级多孔的结构和丰富的杂原子,在电催化领域具有广阔的应用前景.本文系统总结了生物质衍生碳材料的制备方法及相关机制,探讨了制备条件对碳材料结构和性能的影响,综述了生物质衍生碳材料在电催化裂解水(析氧反应和析氢反应)中的应用,并提出了其在电催化领域未来的研究方向.     

大尺寸SiO2大孔材料的表面改性及其吸附性能

以具有三维骨架结构的环氧树脂大孔聚合物为整体型模板,利用硅酸酯原位溶胶-凝胶过程和高温烧结法制备出大尺寸SiO2大孔材料,通过水热法用铝酸钠对材料进行表面改性,得到铝掺杂SiO2大孔材料（Al-SiO2）,并用SEM、FTIR和XPS对大孔材料进行了表征．以Cu^2＋和Pb^2＋为模拟污染物,研究改性大孔材料的吸附性能．结果表明：改性大孔材料对Cu^2＋和Pb^2＋均具有良好吸附能力;Al-SiO2对Cu^2＋和Pb^2＋的最大吸附量分别为71mg·g^-1和138mg·g^-1,0．100gAl-SiO2对100mL50mg·L^-1水溶液中Pb^2＋的去除率达到95.3％,重复使用3次后的去除率保持在89．8％．     

Cu(OH)2/TiO2复合型纳米光催化剂的制备及其光催化性能

利用沉淀法制备了用表面包覆Cu（OH）2的纳米TiO2光催化剂，以甲基橙为待降解的模型化合物，研究了Cu（OH）2的包覆量、光催化剂的用量、pH值等因素对Cu（OH）2／TiO2复合纳米光催化剂的光催化性能的影响。结果表明，当Cu（OH）2的包覆量为0.05％（铜、钛原子百分比）时，该催化剂的光催化效率最高，约为未改性TiO2光催化剂的6倍，且在比较宽的pH范围内（3.0～7.0）均具有较高的催化活性和较强的矿化能力以及较长的使用寿命。     

量子尺寸相关的金纳米环三阶非线性光学极化增强

基于金属颗粒与电磁场相互作用的Mie理论和非线性光学的基本原理，利用束缚元法等方法计算得到了不同环壁厚度下金纳米环的三阶极化率增强因子．当金纳米环壁厚度d逐渐减小时（d／a由1→0，其中a为环半径），其表面等离子共振吸收频率由684nm逐渐红移，且速率逐渐增大，而且其等离子共振频率处三阶极化率增强因子F^（3）（ωR）随着环壁厚度的减小先增大，而后逐渐减小（d／a≈0．2时，F^（3）（ωR）达到最大）．金纳米环的这种性质，为制备非线性光学器件提供了理论基础．     

纳米材料CuO-SnO2的实验研究

用SnCl4和Cu（NO3）2无机盐为初始原料,采用Sol-Gel（溶胶-凝胶）法制备了平均尺寸10～15nm的CuO-SnO2纳米粉料,运用X射线衍射（XRD）并结合透射电镜（TEM）分析手段分别对纳米SnO2粒径以及掺杂CuO的纳米SnO2粒径进行了较为全面的表征,同时运用差热-失重分析（DTA-TG）方法分析了纳米CuO-SnO2的形成过程。实验表明：与纯SnO2相比掺杂CuO可以有效阻碍SnO2纳米晶体的生长和团聚;以无机盐为原料,采用Sol-Gel（溶胶-凝胶）法制备CuO-SnO2纳米粉体切实可行。     

纳米橡胶填充环氧树脂的压缩力学性能

鉴于复合材料具有不同于一般材料优异的性能,因此有必要在宽广应变率的范围内（从准静态到冲击动态）来认识纳米粒子的增强增韧效应及其机理．为了对纳米橡胶／环氧树脂的动静态压缩力学性能进行研究,分别在霍普金森压杆（SHPB）和MTS液压伺服材料试验机上进行了纳米橡胶填充环氧树脂复合材料的动静态压缩实验,并将实验结果与细观力学方法的预测性能进行了比较分析,探讨了纳米级橡胶颗粒对基体材料环氧树脂的改性效果．     

NiCo LDH/空心碳管3D复合材料的制备及超级电容器

通过热处理三聚氰胺棉制备得到空心碳管(MC),再通过一步水热法将镍/钴层状双金属氢氧化物(NiCo LDH)负载在MC基底上,成功制备出了高性能的NiCo LDH@MC 3D复合材料,MC基底能够有效分散NiCo LDH纳米片解决了LDH易堆叠的现象,其中空结构也为离子提供了便捷的运输通道,从而获得了高比容量、高倍率性以及具有长循环寿命的超级电容器电极材料。实验结果表明,NiCo LDH@MC在电流密度为0.5 A·g~(-1)下进行恒流充放电测试计算得到的比电容量为1 326.8 F·g~(-1),在功率密度为2 500 W·kg~(-1)时测得的能量密度为31.53 Wh·kg~(-1),在电流密度为5 A·g~(-1)时循环1 000次后,电容保持率仍然有83.8%,比电容量仍有880.1 F·g~(-1)。因此,本实验制备的NiCo LDH@MC 3D复合材料是一种非常有前景的超级电容器材料。     

垂直直立石墨烯纳米墙的制备及光热感应

基于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,通过调节实验参数,在绝缘衬底玻璃上成功制备出了三维垂直直立的石墨烯纳米墙(GNWs)材料.生长过程中发现石墨烯的质量和尺寸大小与相应的生长时间有关,利用拉曼(Raman)光谱、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等仪器对石墨烯纳米墙作了表征.并且,利用石墨烯纳米墙超高的比表面积和优异的散热特性,发现垂直直立的石墨烯纳米片-玻璃杂化混合材料在光热感应上有着良好的响应,将有望促进垂直直立石墨烯纳米片-玻璃杂化的混合材料在透明的太阳热装置和绿色保暖建筑材料上的应用.     

电沉积纳米钯修饰玻碳电极对甲醛的电催化氧化

采用电化学沉积法制备了纳米钯修饰玻碳电极(Pd/GC),利用循环伏安法研究了Pd/GC电极对甲醛的电催化氧化作用,优化了实验参数,建立了一种测定甲醛的方法.在0.1 mol·L-1 NaOH溶液中,甲醛的氧化峰电流与其浓度在1.0×10-4～1.4×10-2 mol·L-1的范围内呈良好的线性关系,检出限为3.0×10-5 mol·L-1,相对标准偏差为3.9%,回收率为94.7%～104.0%.     

基于双发射Ce-QDs-CPNs荧光纳米探针的H2O2检测方法

制备了具有双发射功能的Ce-QDs-CPNs荧光纳米探针,利用H2O2对Ce-QDs-CPNs双发射荧光特性的影响,建立了比率荧光检测H2O2的新方法。在Tris-HCl缓冲溶液中,Ce3+与ATP和QDs自组装形成配位聚合物Ce-QDs-CPNs,在310nm的激发波长下,Ce-QDs-CPNs在369和525nm处分别发射Ce（Ⅲ）和QDs的荧光峰。当存在H2O2时,Ce-QDs-CPNs中的Ce（Ⅲ）被氧化为Ce（Ⅳ）,使得369nm处Ce（Ⅲ）的荧光减弱,而525nm处QDs的荧光保持不变。利用Ce（Ⅲ）与QDs荧光发射峰强度比值的变化实现了H2O2的灵敏检测,线性范围为1nmol·L-130μmol·L-1,检测限为0.1nmol·L-1。双发射Ce-QDs-CPNs荧光纳米探针的合成快速简便,对H2O2检测的灵敏度高和选择性好,此外,本方法还可用于葡萄糖的定量分析。     

改性纳米TiO2固相光催化降解废弃聚氯乙烯

用偶联剂改性的纳米TiO2作催化剂，采用包埋法制备了一种新型的可光催化降解的纳米PVC-M-TiO2复合薄膜．在空气中紫外光照的条件下进行了该薄膜的光催化降解实验，并与以末改性的TiO2为催化剂的PVC-Un-TiO3复合薄膜的降解效率进行了比较，利用光照失重、傅立叶红外（FT-IR）光谱和扫描电子显微镜（SEM）等方法对光照前后复合薄膜进行厂分析表征．实验结果表明PVC-M-TiO2复合薄（TiO2质量百分含量为2％）膜在空气中能被有效的降解，连续光照480h后降解效率达到36．9％，明屁高于纯膜及未改性的PVC-Un-TiO2复合膜。     

ZnO梳状亚微米结构的生长及其光学性质

在较低温度（460℃）和无催化剂的条件下,通过热蒸发纯Zn粉在硅衬底上成功地制备出ZnO亚微米梳状结构.采用X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）和室温光致发光光谱（PL）等技术分别研究了制备样品的晶体结构、表面形貌和光学性质.结果表明,具有均一直径和长度的单晶梳齿规则地生长在作为梳干的ZnO纳米片的Zn-（0001）极性面并沿[0001]方向择优生长.逆气流生长的样品的梳齿粗于顺气流生长样品的梳齿,而其波长为500 nm左右的绿色PL发射峰强度明显低于顺气流样品的发射峰强度,揭示出在氧气较充足的逆气流环境下生长的样品中的氧空位缺陷少于顺气流下生长的样品的氧空位缺陷.样品表面的Au纳米颗粒修饰大大增强了制备的梳状结构样品的紫外发射光强度,并明显降低了样品的绿色光致发射峰强度.     

新型锌基层状双氢氧化物的原位合成及其机制

铝酸三钙(C3A)水化过程中可形成钙铝层状双氢氧化物(CaAl-layered double hydroxide,CaAl-LDH),利用该特性,将C3A投加至含锌溶液中,通过调节初始Zn2+浓度、反应时间及温度等条件原位即时合成了锌基层状双氢氧化物(ZnAl-LDH),并以XRD、FT-IR、SEM等手段对产物结构、形貌进行表征。结果表明,14mmol·L-1初始Zn2+浓度,2.5h反应时间和35℃反应温度为最佳的合成条件,此时产物ZnAl-LDH层间距为0.89nm,Zn2+负载量为13.73mmol·-1。本文结合合成过程中溶液组分的变化情况,初步探究了ZnAl-LDH原位即时形成机制,主要是C3A水化产物CaAl-LDH与Zn2+发生阳离子交换,以及自身溶解出的Al(OH)-4与Zn2+协同共沉淀。     

纳米SiO_2/尼龙6复合材料动态拉伸力学性能

纳米复合材料可以显著增加基体材料的某些性能,为了研究其在不同应变率下的力学特性和纳米颗粒的改性效果,利用拉伸式霍普金森拉杆实验装置对纳米SiO2/尼龙6复合材料进行了动态力学实验,以及讨论了应变率效应和纳米颗粒含量对基体的影响和纳米材料的增强机理.结果表明：纳米SiO2颗粒对尼龙6基体具有增强效果.     

Au@SiO_2纳米晶核壳结构对染料敏化太阳能电池性能的优化

为了研究不同(Au@SiO_2和TiO_2)质量比的Au@SiO_2的掺杂对染料敏化太阳能电池(DSSC)性能的影响,用机械球磨法制备了一系列基于不同掺杂含量的纳米晶核壳结构Au@SiO_2的电池光阳极材料.研究结果表明,Au@SiO_2的引入使得吸附在光阳极上的染料的光吸收增强,并显著提高了电池的短路电流密度J_(sc)和光电转换效率η.当m(Au@SiO_2)∶m(TiO_2)为0.3%时对应的电池具有最优的性能,其短路电流密度J_(sc)为15.5 mA·cm~(-2),开路电压V_(oc)为686mV,光电转换效率达到6.49%,比纯的TiO_2光阳极电池的效率提高了17.5%.研究发现,电池性能的提高可归因于两方面:1)壳内Au纳米颗粒所具有的局域表面等离子体共振(LSPR)效应,使光阳极上染料的光吸收增强;2)SiO_2外壳层对暗电流的有效抑制.     

等离子体增强热丝化学气相沉积法生长取向金刚石薄膜

采用等离子体增强热丝化学气相沉积法在Ｓｉ（１１１）衬底上生长金刚石薄膜,扫描电子显微镜（ＳＥＭ）和Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）分析结果表明金刚石晶体颗粒在（１１１）方向实现了取向生长。     

燃烧剂对燃烧法合成CeO-2纳米粉体的影响

通过燃料-硝酸盐低温燃烧法合成了纳米二氧化铈粉体．考察了新型燃烧剂甘油和甘露醇对二氧化铈纳米粉体的影响,通过TG-DTA对凝胶的分解特性进行了分析,并利用XRD、氮气吸脱附和SEM对粉体的性能进行了表征．结果表明：使用甘露醇制备的CeO2晶粒较小（10．1nm）,比表面积较大（87．1m^2·g^-1）．     

铝配合物的电合成及低温制备α-Al2O3纳米棒状晶须

采用铝金属为“牺牲”阳极，在无隔膜电解槽中，电解铝一步法制备了纳米Al2O3前驱体铝配合物Al（OCH2CH2OCH3）3，Al（OEt）3，Al（OBu）3，Al（acac）3（acac为乙酰丙酮基）．产物通过红外光谱（FT-IR）、拉曼光谱进行表征．同时采用含Al（OCH2CH2OCH3）3的电解液直接水解制备纳米Al2O3，并通过X射线粉末衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）进行表征．实验结果表明：电解合成Al（OCH2CH2OCH3）3，Al（acac）3的电流效率较Al（OEt）3，Al（OBu）3高；采用异丙醇溶液电解铝之前电极表面必须进行粗糙化处理．Al（acac）3和Al（OCH2CH2OCH3）3在醇溶液中溶解，可以作为直接溶胶-凝胶（Sol-gel）法制备纳米Al2O3的原料．制备得到的纳米Al2O3在200℃形成γ-Al2O3网络状纳米颗粒，粒径在10～20nm，随着温度的升高，纳米颗粒逐渐融合形成纳米棒状晶须，晶形由γ-Al2O3转变为α-Al2O3，经800℃煅烧后形成α-Al2O3。纳米棒状晶须．     

地球等离子体边界层扰动的小波分析方法

利用ClusterⅡ卫星的磁场数据，采用小波联合参数估计方法，研究了地球等离子体边界层磁场扰动的多尺度特征，计算了指定尺度内的等离子体边界层中扰动的相对功率，对2001年10月1日发生的磁场重联事件进行了分析．结果显示：在小尺度时间段（≈0．24～1．00s）和大尺度时间段（≈0．96～4．00s）磁场在09：40～09：50UT的扰动很强烈，而且具有间断性；在09：30UT和10：00UT时间点前也有较小的扰动．将该事件与2002年9月18日的非磁场重联事件数据分析结果比较，证实了小波参数估计能够很好地有效地快速地分析磁尾磁场数据的多尺度的扰动现象．     

抗幽门螺杆菌尿素酶B纳米抗体的制备及鉴定

制备抗幽门螺杆菌（Helicobacter pylori）尿素酶B（UreB）纳米抗体。用灭活的全幽门螺杆菌免疫羊驼,以重组蛋白UreB为靶分子,从噬菌体展示文库中筛选出能与重组蛋白UreB特异性结合的纳米抗体,构建原核表达载体,IPTG诱导表达,ELISA鉴定纳米抗体特异性。获得5×107cfu的噬菌体文库,将筛选的两个OD450值较高且序列不同的纳米抗体HU2-9和HU2-36分别进行表达SDS-PAGE鉴定均为可溶性且表达量分别为92和32 mg·L-1。ELISA结果表明两个纳米抗体能特异性结合Hp菌体蛋白,并对尿素酶活性具有一定的抑制作用。成功淘选出6种独特序列的抗幽门螺杆菌UreB纳米抗体。