盐诱导金纳米粒子自组装和沉降制备具有宽波段吸收特性的黑金

通过向金溶胶中加入无机盐诱导金纳米粒子自组装,并自然沉降金纳米粒子组装体得到黑金薄膜.研究结果表明,该黑金薄膜在400~1600 nm的宽带范围内表现出很强的吸收能力（>80%）,在400~800 nm的可见范围内能达到94%,表现出高光热转换能力和宽波段的高表面增强拉曼散射（SERS）活性.     

固体异质结界面结构预测方法及AutoInterface程序实现

预测材料异质结的界面原子结构对于理解界面对性能的影响至关重要. 目前, 从理论上预测材料界面结构仍具有极大挑战, 主要是缺乏普适有效的理论计算方法. 本文介绍了本课题组在异质结界面结构预测方面取得的最新进展. 结合马氏体相变唯象理论、 图论和随机表面行走算法, 提出了界面结构的一种有效预测方法, 可以实现自动化的计算预测. 通过GaP/TiO₂半导体异质结等展示了该方法的有效性和在催化等领域的应用前景.     

SO_4~(2-)功能化处理对Fe_2O_3催化剂上氨选择性催化还原NO_x性能的促进机理研究

采用沉淀法制备了Fe(OH)_3和Fe_2O_3。通过硫酸化处理得到SO_4~(2-)/Fe(OH)_3和SO_4~(2-)/Fe_2O_3两种催化剂,并将其应用于氨选择性催化还原NO_x(NH_3-SCR)反应,研究了SO_4~(2-)功能化处理对Fe_2O_3催化剂上NH_3-SCR脱硝性能的促进机理。结果表明,与纯的Fe_2O_3相比,硫酸化处理得到的催化剂上SCR活性得到显著提升;其中,SO_4~(2-)/Fe(OH)_3表现出更加优异的催化性能,在250-450℃时NO_x转化率高于80%,且具有优异的稳定性和抗H_2O+SO_2性能。XRD、Raman、TG、FT-IR、H_2-TPR、NH_3-TPD和in situ DRIFTS等表征结果显示,硫酸功能化处理能抑制Fe_2O_3的晶粒生长,同时SO_4~(2-)与Fe~(3+)结合形成硫酸盐复合物,提高了催化剂表面酸性位点的数量和酸强度,抑制了Fe_2O_3上的氨氧化反应,从而提高了其脱硝催化性能。     

Fe3O4(001)-B表面水煤气变换反应机理第一性原理研究

采用自旋极化的密度泛函理论方法系统地研究了Fe_3O_4(001)-B表面水煤气变换的反应机理,计算了整个反应历程。结果表明,对于Fe_3O_4(001)-B表面上的水煤气变换反应,氧化还原、联合和再生三种反应路径共存,但氧化还原和联合机理的有效能垒较低,因而更占优势。对于生成H_2的基元反应,其活性受表面H浓度和催化剂表面O缺陷浓度影响;较高的表面H浓度和O缺陷浓度均有利于H_2生成。这些结果有助于进一步认识铁氧催化剂上的水煤气变换反应机理。     

石灰岩对褐煤模拟地下气化残焦物化性质的影响

基于煤炭地下气化过程中石灰岩可能影响煤焦的组成和结构,借助煤炭地下气化模拟实验系统对不同石灰岩掺量(质量分数为0-30%)的褐煤进行水蒸气气化,并采用低温N_2吸附-脱附、XRD和FT-IR等分析手段研究石灰岩对褐煤模拟地下气化残焦的组成、比表面积及孔结构特征、微晶结构和表面官能团等物理化学性质的影响。结果表明,石灰岩对煤焦的元素组成有较大影响。石灰岩可促使煤焦中的微孔向中孔发育,增大煤焦的比表面积和孔容积;当石灰岩掺量从0增加到30%时,煤焦的比表面积增大21.91%,介孔率增加21.49个百分点。XRD分析表明,钙的存在破坏煤焦的芳香结构,使煤焦无序化程度增加,晶面间距(d_(002))增大,抑制煤焦的石墨化发展倾向。FT-IR分析表明,石灰岩存在下,煤焦的羟基官能团减少。     

La2Zr2O7催化剂结构相变对甲烷氧化偶联反应性能的影响

采用共沉淀法并通过改变焙烧温度制备了一系列具有不同晶相结构的La_2Zr_2O_7催化剂,在微型固定床反应器上评价其甲烷氧化偶联反应性能,并利用XRD、Raman、CO_2-TPD、XPS等表征手段,探究催化剂的物相结构、表面碱性以及表面氧物种的变化规律。结果表明,随着焙烧温度从700℃逐渐升高到1200℃,La_2Zr_2O_7催化剂结晶度不断提高,晶相发生明显变化,从无定形结构逐渐向缺陷萤石结构过渡,最终转变成烧绿石结构。焙烧温度提高促使La_2Zr_2O_7晶相转变过程中,催化剂表面的碱性强度减弱,中等碱性位数量以及具有催化活性的表面氧物种O_2~(2-)和O_2~-的相对含量不断减少,致使催化剂的CH_4转化率和C_(2+)选择性不断降低。其中,无定形LZO-CP-700催化剂表现出最佳的甲烷氧化偶联反应性能。     

面向脑机接口的犹他神经电极技术

A human brain is composed of a large number of interconnected neurons forming a neural network. To study the functional mechanism of the neural network, it is necessary to record the activity of individual neurons over a large area simultaneously. Brain-computer interface (BCI) refers to the connection established between the human/animal brain and computers/other electronic devices, which enables direct interaction between the brain and external devices. It plays an important role in understanding, protecting, and simulating the brain, especially in helping patients with neurological disorders to restore their impaired motor and sensory functions. Neural electrodes are electrophysiological devices that form the core of BCI, which convert neuronal electrical signals (carried by ions) into general electrical signals (carried by electrons). They can record or interfere with the state of neural activity. The Utah Electrode Array (UEA) designed by the University of Utah is a mainstream neural electrode fabricated by bulk micromachining. Its unique three-dimensional needle-like structure enables each electrode to obtain high spatiotemporal resolution and good insulation between each other. After implantation, the tip of each electrode affects only a small group of neurons around it even allowing to record the action potential of a single neuron. The availability of a large number of electrodes, high quality of signals, and long service life has made UEA the first choice for collecting neuronal signals. Moreover, UEA is the only implantable neural electrode that can record signals in the human cerebral cortex. This article mainly serves as an introduction to the construction, manufacturing process, and functioning of UEA, with a focus on the research progress in fabricating high-density electrode arrays, wireless neural interfaces, and optrode arrays using silicon, glass, and metal as that material of construction. We also discuss the surface modification techniques that can be used to reduce the electrode impedance, minimize the rejection by brain tissue, and improve the corrosion resistance of the electrode. In addition, we summarize the clinical applications where patients can control external devices and get sensory feedback by implanting UEA. Furthermore, we discuss the challenges faced by existing electrodes such as the difficulty in increasing electrode density, poor response of integrated wireless neural interface, and the problems of biocompatibility. To achieve stability and durability of the electrode, advancements in both material science and manufacturing technology are required. We hope that this review can broaden the scope of ideas for the development of UEA. The realization of a fully implantable neural microsystem can contribute to an improved understanding of the functional mechanisms of the neural network and treatment of neurological diseases.     

烯丙基化碳纳米管改善丙烯酸酯压敏胶的性能

本文利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)对多壁碳纳米管(MWNTs)进行修饰使其表面接枝上烯丙基官能团,与丙烯酸酯类单体进行原位聚合,制备了一种耐高温丙烯酸酯压敏胶(PSA)。 通过傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、热重分析仪(TGA)和扫描电子显微镜(SEM)表征了MWNTs和丙烯酸酯PSA的结构与性能,探讨了改性MWNTs的质量分数对PSA耐热性能和粘接性能的影响。 结果表明,与未改性的丙烯酸酯PSA相比,当改性MWNTs的质量分数为1.5%时,改性丙烯酸酯PSA的耐热性能和粘接性能最佳,热分解温度从360 ℃提高到了382 ℃,耐热温度从80 ℃提高到了155 ℃,初粘力、持粘力和180°剥离强度分别从2 h和13.66 N/(25 mm)(12号小球)提高到了27 h和17.34 N/(25 mm)(17号小球)。     

纳通道的物质传输特性及应用

近年来,随着材料科学、微纳加工技术和微纳尺度物质传输理论的发展,纳通道技术得到了越来越多的研究和关注。纳通道包括生物纳通道和人工纳通道,其孔径通常为1~100 nm。在这一尺度下,通道表面与通道内物质之间的作用概率大大增强,使得纳通道表现出许多与宏观体系不同的物质传输特性,例如通道表面电荷与通道内离子之间的静电作用产生了离子选择性,通道内电化学势的不对称分布产生了离子整流特性,物质传输过程中占据通道产生了阻塞脉冲特性等。纳通道中的这些物质传输特性在传感、分离、能源等领域具有广泛应用,例如通过对纳通道进行功能化修饰可以实现门控离子传输;利用亚纳米尺度的通道可以实现单分子传感;利用通道与传输物质之间的相互作用可以实现离子、分子、纳米粒子的分离;利用纳通道的离子选择性可以在通道内实现电荷分离,将不同形式的能量（如光、热、压力、盐差等）高效转化为电能。纳通道技术是化学、材料科学、纳米技术等多学科的交叉集合,在解决生物、环境、能源等基本问题方面具有良好的前景。该文综述了近10年来与纳通道物质传输理论以及纳通道技术应用相关的前沿研究,梳理了纳通道技术的发展过程,并对其在各个领域的应用进行了总结与展望。     

硝酸根接枝诱导组装金红石相TiO2纳米束以增强光催化产氢（英文）

化石燃料的快速消耗加速了全球能源危机和环境污染等问题.光催化产氢直接利用清洁和可持续的太阳能实现向化学燃料的转化,因而成为一种有前景的技术.众多半导体光催化剂中,二氧化钛因其高光催化活性、稳定的化学性质、低成本和无毒等优势而被广泛用作分解水产氢的光催化剂.最近,金红石相TiO2纳米晶体在某些情况下被证明具有光催化的潜力,然而其光生电子-空穴对的快速复合显著抑制了光催化效率.表面修饰、构建异质结和负载助催化剂等策略被用来提高光生载流子的分离效率以减少复合损失,从而提升光催化活性.由于光催化反应通常发生在光催化剂的表面活性位点上,因此通过改善表面性质改变电荷转移途径对光催化活性具有重要影响.磷酸、硫酸、硼酸和盐酸等无机酸的修饰可以改变光催化剂的表面基团,分别通过促进表面羟基的形成和氧气的吸附以及改变表面电荷性质更有效地捕获空穴,实现光生电子和空穴的分离,有助于光催化降解有机污染物.然而,这种影响机制显然不适用于光催化产氢体系,目前对无机酸修饰用于分解水产氢的研究鲜有报道.因此,通过酸改性策略制备高效产氢的光催化剂仍然是一个相当大的挑战.本文利用硝酸诱导策略合成纺锤状金红石相二氧化钛纳米束(R-TiO2).首先,制备层状质子化钛酸盐(LPT)作为TiO2的前体,随后,加入浓硝酸以诱导向金红石相TiO2的转变,并组装形成纺锤状纳米束.对照实验显示,硝酸的酸化可以诱导LPT向金红石相TiO2的转变,而相同条件下浓硝酸后处理不会引起晶相的转变.纺锤形纳米束的形成源于,硝酸诱导R-TiO2沿(110)方向生长并彼此粘附,硝酸诱导组装过程成功在TiO2表面修饰上硝酸根,同时扩大了光吸收范围,有效减少了电荷复合损失.光催化产氢测试证明了R-TiO2光催化剂具有高效的产氢性能,产氢速率为402.4μmol h-1,是Degussa P25的3.1倍,并且显著高于未经浓硝酸处理的锐钛矿(52.0μmol h^-1)或金红石相(110.8μmol h^-1)光催化剂.为了说明表面硝酸根的影响,分别从晶体和化学结构、形态以及表面电荷性质方面比较了光催化反应前后的变化,结果表明,R-TiO2增强的光催化效率可归因于硝酸根基团的负场效应,有利于在表面上捕获带正电的质子以促进载流子分离,提高光催化产氢的效率.总之,本工作不仅对于发展表面修饰策略制备高效产氢光催化剂的研究具有重要意义,而且提出了一种不同于文献报道的无机酸影响机制.