用1～18GHz啁啾脉冲傅里叶变换微波光谱仪检测化学反应（英文）

傅里叶变换微波光谱仪是测量分子转动跃迁的主要工具,是研究分子转动光谱学的重要仪器。以量子力学为基础的转动光谱学对物质分子的结构分析以及破解射电望远镜所捕获的深空分子信号至关重要,这使得微波光谱仪在相关领域能发挥不可或缺的作用。目前,世界各国都在致力于研制和改进微波光谱仪以提高仪器的分辨率、灵敏度、以及应用范围,我国也正在该类仪器研制上进行积极的探索,期望为该领域做出应有的贡献。介绍了一种工作频段在1~18 GHz的宽带啁啾脉冲式傅里叶变换微波光谱仪的设计和研制。该光谱仪用于线性频率扫描的宽带啁啾脉冲信号由采样速率为1.25 GS·s^-1的任意波形发生器产生。宽带啁啾脉冲信号经混频和放大后可覆盖特定的频率范围,随即通过喇叭天线传播到样品真空室与超音速膨胀的气相样品分子束相互作用。样品分子被激发后发出的分子自由感应衰减信号由接收电路导出并放大,然后直接在高速数字示波器上数字化。该微波光谱仪的诸多电子器件均由计算机控制,利用开发的LabVIEW程序可实现仪器的自动化控制。应用气体喷嘴技术能有效降低待测样品气体束在检测室的转动温度,使仪器获得更好的检测灵敏度。应用多脉冲自由感应衰减技术能大幅度提高信号采样频率从而进一步提高仪器灵敏度。利用实验室研制的啁啾脉冲式傅里叶变换微波光谱仪对盐酸和叔丁醇的化学反应进行了监测,并成功检测到了该反应的产物叔丁基氯。通过测量天然丰度下反应产物叔丁基氯及其单取代37Cl同位素异数体的分子转动光谱数据,并利用光谱分析软件拟合这些数据后得到了叔丁基氯精准的光谱参数(转动常数,离心畸变常数,核四极耦合常数等)和分子结构信息。将以上参数和结构信息与高斯计算结果对比后证实了本实验宽带光谱仪检测到的光谱数据具有高精准度。通过对比前人所测的光谱数据进一步展示了该实验宽带光谱仪在低频范围内杰出的测试性能。     

凹凸棒土/g-C3N4-Pt/聚苯胺复合材料的制备及其可见光催化性能

石墨氮化碳(g?C₃N₄)是一种窄带隙的n型半导体材料,具有可见光降解有机污染物能力;凹凸棒土(ATP)具有很强的表面活性和吸附能力,可作为催化剂的载体。我们以g?C₃N₄和ATP杂化材料(ATP/g?C₃N₄)为基础,通过简单的化学还原法将纳米Pt颗粒沉积到ATP/g?C₃N₄表面,随后利用纳米金属Pt颗粒催化苯胺无电聚合,促使聚苯胺(PANI)在ATP/g?C₃N₄表面或孔道中原位生成,获得ATP/g?C₃N₄?Pt/PANI复合材料。以阴离子染料甲基橙(MO)为模型体系,考察了复合材料的可见光催化性能。研究表明,共轭结构的PANI和g?C₃N₄在复合材料中保持完好,说明其具有良好的兼容性。由于多组分材料之间的协同效应,使得ATP/g?C₃N₄?Pt/PANI纳米复合材料具有卓越的光催化性能。可见光光照80 min后,对20 mg·L^-1 MO溶液的降解率达96.3%,而且循环5次后,其降解率仍保持在93.5%。     

一种规整单壁碳纳米笼的合成与改性及其对水体结晶紫分子的吸附性能

运用催化气相沉积法及继之的纯化处理，获得了具有规整外型、中空及密集阵列的单壁三维结构碳纳米笼（carbon nanocages，CNCs）。尝试将其用于水体阳离子染料结晶紫（crystal violet，CV）的吸附去除，实验条件下其上CV的饱和吸附容量可达542.6 mg·g^-1。进一步以十二烷基苯磺酸钠（sodium dodecyl benzene sulfonate，SDBS）对制得的CNCs表面进行亲水性改性，观察到了改性CNCs对CV吸附性能的明显提升，相同条件下其上CV的饱和吸附容量显著提升至748.5 mg·g^-1。运用多种表征及测定，探明改性前后CNCs的组成和结构，并尝试与其吸附性能关联，在此基础上探明改性及促进机制，为进一步研发具有实用意义的污水处理技术提供有益参考。     

硅胶的表面硫醇化改性及对水溶液中罗丹明B的固载

运用γ-巯丙基三乙氧基硅烷对硅胶表面硫醇化修饰改性,红外及拉曼光谱分析表明硅胶的表面硫醇化借助硅胶表面羟基与γ-巯丙基二乙氧基硅烷间的化学键联实现。实验条件下改性硅胶对水体罗丹明B的吸附性能明显提升,改性硅胶表面罗丹明B的吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附等温线服从Langmuir等温线规律,由等温吸附计算得到的热力学函数变化表明吸附系自发、放热过程。吸附动力学、热力学及光谱表征均表明改性硅胶上罗丹明B的吸附主要为其在改性硅胶表面借助电价和共价键联的化学吸附。     

LaCoO3晶格结构内外Mg的同步改性及其光催化性能

运用溶胶-凝胶法同步获得了LaCoO_3钙钛矿晶格结构内Mg~(2+)的掺杂改性及晶格结构外MgO的异质结复合改性。观察到了同步改性后LaCoO_3催化剂上水体罗丹明B(RhB)光催化降解活性的显著提升,相同实验条件下最适Mg含量改性LaCoO_3上RhB的降解率从原始LaCoO_3的58%显著提升至98%,表观一级动力学常数为改性前催化剂的4.5倍。运用X射线衍射(XRD)、氮气低温吸附-脱附(BET法)、扫描及透射电子显微镜(SEM,TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射(DRS)及光致发光光谱(PL)等分析和表征系统探讨了改性前后催化剂的理化特征。结果表明,约10%Co~(3+)晶格结点可为Mg~(2+)掺杂取代而LaCoO_3钙钛矿结构基本保持不变,适量Mg~(2+)对Co~(3+)的掺杂取代可形成晶格畸变和杂质能级、衍生Co~(4+)及促进溶氧吸附从而有利于RhB的光催化降解,过量掺杂的Mg则可能成为光生载流子复合中心从而不利于RhB的去除。适量MgO异质结复合改性LaCoO_3一方面赋予复合催化剂较大表面积,利于RhB富集,也赋予丰富的表面羟基利于光生电子的捕获并衍生活性羟基自由基;另一方面还可能通过LaCoO_3与MgO异质结间电子的跃迁和流动以及晶格氧空位抑制光生载流子的复合,提高复合催化剂的光量子效率。     

基于光谱特征的pH对溶解态有机质与铜相互作用的影响研究

环境条件的变化能够影响和改变溶解态有机质(DOM)的组成结构及化学特征,进而影响其生物地球化学循环过程。采用同步荧光光谱、三维荧光光谱、傅里叶变换红外光谱(FTIR),结合二维相关光谱分析方法,研究了pH条件变化对DOM特性及其与Cu²⁺相互作用的影响。结果表明,(1)随着pH值由5逐渐升高至10, DOM不同组分的荧光强度显著增强,其中类腐殖酸组分变化最显著,类富里酸组分变化最优先,这是由于pH的变化引起的醛酮、酚基、羧基等相关基团暴露导致的。(2)荧光光谱二维相关分析表明,pH的改变能够显著地影响DOM不同组分与Cu²⁺的结合能力,但并不能影响其结合顺序。三维荧光光谱结合平行因子分析共解析出3个荧光组分,荧光组分的淬灭曲线非线性拟合结果更是定量验证了这一结果。(3)FTIR结果表明高pH条件下DOM与Cu²⁺结合点位更多,结合强度更强。pH 5和pH 10条件下DOM官能团与Cu²⁺的结合顺序分别依次为：多糖C—O>酚基>醛酮CO>芳香族C—H和多糖C—O>酰胺Ⅱ带C—N...     

基于能量变化过程分析弹性力学总势能

当作用在弹性体上的外力的大小和方向在位移过程中均保持不变时,该弹性体定义的总势能的虚实常引起困惑.该文从能量变化过程角度对该外力作用下的弹性体进行了分析,认为该外力作用下的弹性体是一个从非平衡态到稳定平衡态的动态过程,在这个过程中应变势能、外力势能、动能和耗散能之间相互转换,当动能为零时,弹性体处于稳定平衡态,此时弹性体总势能达到最小值;由此认为,从真实状态和可能状态角度分析该外力作用下的弹性体时,总势能中应变势能和外力势能对应于可能应变和可能位移下的势能,但并不是虚势能.     

裂纹间作用机制探讨及微裂纹区对主裂纹的作用效应研究

采用迭加原理和Kachanov提出的简化方法,研究了裂纹间的相互作用机理,分析了不同裂纹布置形式所产生的增强或屏蔽效应,发现当微裂纹沿着或垂直于最大拉应力方向布置时都不产生最大的作用效应,这有别于Ortiz的结论．还探讨了混凝土类材料的微裂纹的产生机制及微裂纹区对主裂纹尖端产生的作用效应,得出微裂纹区对主裂纹是起增强的作用,增强程度随微裂纹密度和微裂纹长度的增大而增大的结论．     

湍流边界层近壁区多个相干结构的数值模拟

从流动稳定性理论中的一般共振三波概念出发,提出一种湍流边界层近壁区多个相干结构的理论模型,采用高精度差分格式和Fourier谱展开相结合的方法,求解三维不可压Navier-Stokes方程,直接数值模拟近壁湍流多个相干结构的演化问题.并将得到的湍流边界层近壁区多个相干结构的数值演化特性与实验观察到的特性进行了比较.     

湖泊水体三维荧光光谱的PARAFAC法在污染源解析中的应用

基于三维荧光光谱矩阵的PARAFAC模型中因子得分反映混合物各因子相对浓度和比例这一特征,将其应用到混合物源解析的研究。对于因子与来源物质光谱不一致的情况考虑将来源物质荧光矩阵和混合物荧光矩阵均作为模型三维数据矩阵的元素进行分析,推导出混合样品与源物质荧光矩阵之间的关系式。该关系式系数由因子得分组成,反映了混合样品各来源物贡献率的相对大小,能够作为来源物量化研究的参考指数。在湖泊污染物源解析的应用中,利用混合水样和污染源水样荧光光谱矩阵建立上述关系式,关系式各系数可作为湖泊水体污染源源解析研究的参考。