对流层大气过氧自由基实地测量的技术进展及其在化学机理研究中的应用

大气过氧自由基化学是对流层大气化学的重要组成部分,对于理解大气氧化性、光化学臭氧和二次有机气溶胶生成等核心科学问题具有重要意义。基于实地测量,准确掌握大气过氧自由基的浓度水平、进行相关化学行为分析以及实测结果模拟分析一直是大气过氧自由基化学研究的重点和难点。本文总结了大气过氧自由基实地测量的技术方法,回顾了涉及大气过氧自由基的大型实地观测实验,分析了已有观测实验中大气过氧自由基的浓度水平和差异,归纳了实地测量数据在化学机理研究中的应用,讨论了模拟分析实地测量结果中的主要科学发现。最后,提出该领域中尚存在的问题及可能的重点研究方向。     

秸秆燃烧排放PM2.5特征及影响因素研究

生物质燃烧向大气中排放大量颗粒污染物, 在中国, 收获季节大量秸秆被直接露天燃烧处理, 对区域环境质量和人体健康造成严重影响. 对我国最主要的两种粮食作物玉米和小麦秸秆的露天燃烧进行模拟, 分析颗粒物排放水平, 特征及影响因素. 玉米和小麦秸秆燃烧PM_2.5排放因子分别为1082.8和835.7~897.3 mg/kg. 有机物是颗粒物最主要组分, 总量占PM_2.5质量的42%~66%. Cl^-和K⁺分别占PM_2.5总质量的4%~15%和2%~14%, K⁺/EC值为0.5~3.8. 各物种在颗粒物中所占比例与之前研究结果一致. 秸秆含水量和燃烧温度影响PM_2.5排放水平和组成特征. 随秸秆含水量增加, PM_2.5和OC的排放因子增加; 秸秆含水量增加, 燃烧温度逐渐降低, 由生物质燃料释放进入烟气中的K⁺和Cl^-比例逐渐减小导致二者在颗粒物中的比例降低. 我国每年由玉米和小麦秸秆露天燃烧排放的PM_2.5和OC分别为92.7 Gg和47.5 Gg, 在总量中占重要比例.     

选择性传输的仿生水通道的研究进展

水通道蛋白是对水分子具有高选择性和渗透性的跨膜蛋白。仿生水通道是由各种无机或有机材料,如碳纳米材料、有机化合物以及肽等分别自组装而成,旨在模仿天然水通道蛋白的结构和功能。本文介绍了水通道蛋白的种类、结构及其特异性透水机理,在此基础上分别对以碳纳米材料、有机及肽孔的仿生水通道的研究进展进行了综述。重点阐述了三类仿生水通道的材料特性及其对仿生水通道结构和功能的影响。最后针对现有仿生水通道的不足,提出了开发新型仿生水通道面临的挑战,并展望了仿生水通道的发展前景。     

黑碳颗粒物表面SO2的非均相臭氧氧化

采用漫反射红外傅里叶变换光谱(DRIFTS)结合离子色谱(IC)、 X射线光电子能谱(XPS)研究了常温常压下SO2与O3在黑碳颗粒物(以Printex U为代表, 简称UBC)表面的非均相反应. 研究发现, 在O3和水气存在的情况下, 体系的反应产物主要是SO42-, 反应在一定时间内持续进行. UBC可提供反应活性位点, 促进SO2在其表面的臭氧氧化. O3是关键的氧化剂, 能显著提高SO2非均相氧化生成SO42-的速率. 水气的存在有利于表面活性位点再生, 使反应持续发生. 当SO2和O3的浓度为1014~1015 molecule/cm3、 相对湿度为40%时, SO2在UBC(1: 400, 以NaCl为稀释剂稀释400倍)表面非均相反应生成SO42-的稳态摄取系数(γBET)为1~6×10-6, SO42-的生成速率为1014~1015 ion·s-1·g-1.     

氧化领域的“姐妹花”:氧气和臭氧

概述了氧气与臭氧这对同素异形体的发现过程、结构及应用情况,其中重点介绍了氧气在催化氧化醇方面的应用和臭氧在催化氧化废水中有机污染物方面的应用,发现2者具有共同的氧化特点,均是依赖产生含氧活性物种来加快氧化反应的进行;同时发现由于2者结构的不同,导致催化剂在其各自所参与的催化氧化过程中发挥的作用不同。     

Photoelectrocatalytic Reduction of Cr（Vl） over TiO2 Nanotube Arrays under Half-wave Pulsed Direct Current

报道了在半波脉冲直流电（h-DC）作为电压驱动下,以阳极氧化法制备的TiO2纳米管（TNT）为工作电极,紫外光光电催化（PEC）还原Cr（VI）的研究.半波脉冲直流电相比稳压直流电（DC）和交流电（AC）具有更佳的载流子分离和光电催化作用.探讨了电压大小、频率及电解质NaCl浓度对Cr（VI）催化还原反应的影响.TNT光电催化和电催化还原Cr（VI）效率随外加电压和频率的增大而增大,但是频率过高对反应有一定的抑制作用.电解质NaCl对反应的影响不显著,这是因为在重金属还原体系中,NaCl作为活性氯物种的母体和增强溶液导电性的作用体现得不明显.     

大气气溶胶吸湿性及其对环境的影响

吸湿性是气溶胶重要的物理化学特性,不仅会影响气溶胶的生命周期和大气行为,还会对大气环境、气候和人体健康产生重要影响。本文简要介绍了气溶胶吸湿参数和热力学模型,对粒径、化学组分以及多组分共存等因素对气溶胶吸湿性的影响进行分析,进一步总结了城市、农村森林和海洋极地等不同区域气溶胶吸湿观测结果。吸湿增长因子g(RH)、散射吸湿增长因子f(RH)和吸湿性参数κ等常用吸湿参数可以衡量气溶胶的吸湿能力;Zdanovskii-Stokes-Robinson(ZSR)混合定律和各种热力学模型能预测不同化学成分气溶胶的吸湿能力,是研究多组分混合气溶胶和气相平衡的重要工具。粒径、化学组分和混合状态影响气溶胶的吸湿性,如气溶胶g(RH)、潮解点或风化点的改变。由于排放源和环境条件的不同,城市、农村、森林、海洋、极地地区气溶胶粒径分布、化学组分和混合状态具有差异,气溶胶吸湿性不同。气溶胶吸湿性直接影响气溶胶含水量和相态,改变气溶胶的大气化学过程、老化过程和大气寿命,还影响环境能见度、辐射效应和在人体内的沉积位置和毒性。通过总结吸湿参数、理论模型、实验室研究、外场观测和环境影响等多方面的最新研究成果,以期为未来的吸湿研究提供参考和借鉴。     

固态光电催化器件 ITO/TiO2/ITO 的构型和机制

 采用浸渍-提拉法将 TiO₂ 薄膜负载在具有一定电极构型的氧化铟锡 (ITO) 基底上, 制备了全固态 TiO₂ 平面型器件 (ITO/TiO₂/ITO). 采用扫描电镜对器件的表面形貌和膜厚进行了表征. 以紫外光下器件光电协同催化降解罗丹明 B(RhB) 为模型反应, 考察了器件的构型和空穴捕获剂 (乙醇) 对其光电催化性能的影响. 结果表明, 初始浓度为 10 mg/L 的 RhB 在 1.5 V 偏压和 NaCl (1.5 mol/L) 为电解质的条件下, 光照 60 min 脱色率达到 83%; 阳极面积较大的器件光电催化性能较好, 刻蚀宽度为 2 mm 时光电催化活性最高; 空穴与 TiO₂表面吸附的 H₂O 氧化生成的羟基自由基对液相光电催化降解 RhB 起着重要作用.     

d10和d0电子构型半导体光催化制氢研究进展

光催化分解水制氢是获得廉价氢源的最理想途径,光催化剂的研究是此项技术实施的关键。本文从光催化制氢的机理、光催化剂的种类,以及具有d0和d10电子构型的光催化剂的制氢性能三个方面,对目前光催化分解水制氢领域的研究进展进行了总结,提出了光催化分解水制氢存在的问题、所面临的挑战以及该领域未来发展的方向。