基于扩散强化的Pickering界面生物催化系统构建及CO2矿化过程研究

CO₂的有效利用有助于解决环境和生态问题.碳酸酐酶(CA)等酶分子可精准活化CO₂分子以降低反应能垒,为CO₂的高效和高选择性转化提供了一种有前景的途径.然而,酶离开生物体后易失活,且难以重复利用.目前,包埋型固定化酶是常用且有效的提高酶稳定性与回用率的方法之一,但载体的存在会造成反应物CO₂内扩散阻力增加,降低反应活性.此外,CO₂酶促转化是一个气-液-固三相反应过程,反应体系中CO₂的外扩散性能也需要加强.金属有机骨架(MOFs),特别是咪唑酯骨架(ZIFs),常被用作酶固定化的载体.ZIFs的拓扑结构可被设计成不同形貌,进而通过ZIFs的结构工程来加强分子向其中的内扩散.Pickering乳液是指以固体颗粒代替常规表面活性剂而稳定的乳液.当固体颗粒具有催化活性时,催化剂颗粒会扩大液-液-固或气-液-固三相接触面积,从而有效协调反应物在不同相中的扩散时间.如果酶被用作这些颗粒的活性中心,所制备的Pickering乳液也可能具备类似的特性,可加强底物分子向酶的外扩散.本文选择两种具有不同结构的ZIFs(ZIF-L和ZIF-8),原位包埋CA后形成CA@ZIFs颗粒以稳定Pickeirng乳液.ZIF-L和CA@ZIF-L颗粒显示出独特的二维层状堆叠结构.ZIF-8和CA@ZIF-8颗粒呈棱角清晰的十二面体结构.与CA@ZIF-8颗粒相比,CA@ZIF-L颗粒显示出更大的孔径和更宽的孔径分布,这有助于CO₂从CA@ZIF-L颗粒表面扩散至酶活性中心.利用酶活测试来研究内扩散是否通过结构工程得到了加强,发现CA@ZIF-L颗粒的活性比CA@ZIF-8颗粒高22.3%,推测这是由于CA@ZIF-L颗粒特殊的十字花状结构会缩短CO₂从颗粒表面扩散至酶活性中心的距离.同时,十字花状结构可暴露更多的酶活性位点(CA@ZIF-L颗粒的暴露面积是CA@ZIF-8颗粒的~8倍),从而提升了反应物浓度并显示出更高的催化活性.本文还设计了吸附实验来进一步验证上述假设,发现BSA@ZIF-L颗粒对香豆素的吸附率远高于BSA@ZIF-8颗粒,说明与ZIF-8相比,酶包埋于ZIF-L具有更强的捕获小分子的能力,表明CO₂分子向CA@ZIF-L的扩散速度更快,即CA@ZIF-L的十字花状结构可强化系统的内扩散过程.进一步比较了PIBS和游离多酶体系的催化活性,将CO₂通入每个系统,在反应前20 min,PIBS的pH值下降速度比游离体系快得多,说明PIBS通过在气相和液相间构建更大的界面,缩短了CO₂向CA的扩散距离,从而提高了催化效率,促进了CO₂转化.上述假设也通过扩散动力学的计算得到了验证.为进一步研究PIBS的CO₂矿化能力,本文开展了CaCO₃矿化反应,发现PIBS的CaCO₃产量远高于游离多酶体系,表明构建的PIBS在强化内外扩散方面具有显著优势.最后,评估了PIBS在工业应用中的性能,由CA@ZIF-L和CA@ZIF-8颗粒构建的PIBS显示出较好的可回收性,在第8个循环后,PIBS仍可保持8.9 mg/5 min的CaCO₃产量.综上,PIBS可为CO₂的酶促转化和框架提供一个新方法和新平台.     

太阳能光催化分解水制氢※

利用太阳能光催化分解水制氢是解决能源环境问题并实现太阳能有效转化和储存最有前途的技术之一, 这一“圣杯”式反应经过几十年不懈努力取得了诸多重要研究进展. 本文将综述光催化分解水制氢体系的基本概念、活性测试方法与注意事项、光催化材料种类等; 并从光催化分解水制氢的光吸收、光生电荷分离和表面催化反应等基本过程和关键科学问题的角度总结其重要研究进展, 最后对于太阳能光催化分解水制氢的挑战和潜在的发展方向进行分析和展望. 希望通过本综述的简要介绍能让刚从事光催化分解水制氢研究的青年科技人员清晰地了解掌握该领域的一些基本概念、操作规范、研究总体进展和现状等.     

稀土和锕系配合物促进的氮气活化与转化研究

氮气分子具有高的化学惰性, 氮气的活化与转化充满挑战. 含氮有机物在国民经济发展中具有广泛且重要的价值, 实现温和条件下由氮气直接转化为含氮有机物在科学和经济上均具有重要意义. 目前对氮气的活化与转化的研究主要集中在主族与过渡金属配合物, 稀土和锕系元素由于具有特殊的电子结构, 在氮气的活化与转化领域展现出了区别于主族和过渡金属的特殊反应活性. 我国作为稀土和钍资源大国, 开展稀土及锕系元素的固氮转化研究具有重要的战略意义. 本综述归纳和总结了过去五年内稀土和锕系金属氮气配合物的合成, 以及由稀土和锕系配合物促进的以氮气为原料生成含氮有机物的研究.     

Preparation and Properties of Poly（ether ether ketone）/Carbon Nanotube Modified Polypropylene Janus Composite Separator北大核心CSCD

Lithium-ion batteries （LIBs）have attracted wide attention because of their broad prospects in electric vehicles. However,the safety problems and low multiplier performance of the commercial polyolefin separator limit their further development,due to the poor dimensional thermal stability and low electrolyte absorption rate. Poly（ether ether ketone）（PEEK）and carbon nanotube（CNT）are compounded to coat on polypropylene （PP） to prepare Janus composite separator （PP@C） through the phase inversion method. PP@C composite separator does not deform at 180 ℃ for 0. 5 h（only slight deformation）,illustrating excellent thermal stability. The electrolyte absorption rate of PP@C2 is 193. 8%. The electrolyte uptake rate of the PP@C2 composite membrane was 193. 8%,which was 64. 5% higher than the PP membrane,showing a superduper electrolyte permeability. As a result,the specific discharge capacity of LIBs assembled with PP@C2 composite separator is 157. 6 mA·h/g at 0. 2 C and 129. 8 mA·h/g at 2 C,showing good rate performance with the capacity recovery rate of more than 99%. This might be attributed to the ultra-high thermal stability of PEEK,the good affinity of the electrolyte,the high conductivity of CNT,as well as the uniform dispersion of Li+ ,so that the separator can have excellent electrochemical performance while improving safety. © 2022, Science Press (China). All rights reserved.     

投影云纹法在研究加劲板后屈曲平衡路径及后屈曲模态转化过程的应用

本文应用投影云纹法研究受压加劲板的大挠度非线性问题。用投影云纹法测量加劲板后屈曲平衡路径,记录了随着载荷的增加,加劲板后屈曲模态变化的全过程。将云纹图输入微型计算机处理,获得了加劲板的全场位移和全场应力的分布情况。用投影云纹法所测得的结果同理论计算值基本吻合。     

用同伦方法反演非饱和土中溶质迁移参数

非饱和土中溶质迁移参数反演问题可以归结为非线性算子方程的求解问题. 将同伦方法 引入该问题的求解，通过构造线性同伦将原问题转化为求解同伦函数最小值的无约束优化问 题. 同时在分析了同伦参数正则化效应的基础上，提出一种两段同伦参数修正方法. 即在求 解的初始阶段，根据拟Sigmoid函数调整同伦参数，以追踪同伦路径，保证计算稳定地进行； 在迭代的后期，采用与残差相关的同伦参数修正方法，以抵抗观测噪声对求解的影响. 数值 算例为求解带有平衡及非平衡吸附效应的一维非饱和土中溶质迁移模型参数反演问题，计算 结果表明了该方法的大范围收敛性及较强的抵抗观测噪声的能力.     

河南省高校阻燃材料工程技术研究中心

<正>河南省高校阻燃材料工程技术研究中心成立于2012年,其前身为2009年成立的河南大学阻燃材料工程技术研究中心,由河南大学阻燃抗静电材料实验室联合河南煤业化工集团及旗下开封龙宇化工有限责任公司共同建设。旨在增强科技创新能力、促进科技成果转     

河南省高校阻燃材料工程技术研究中心

<正>河南省高校阻燃材料工程技术研究中心成立于2012年,其前身为2009年成立的河南大学阻燃材料工程技术研究中心,由河南大学阻燃抗静电材料实验室联合河南煤业化工集团及旗下开封龙宇化工有限责任公司共同建设。旨在增强科技创新能力     

滑动弧电极放电等离子体作用甲烷制C2烃的工艺

采用刀片式不锈钢电极放电反应器,以Ar气为稀释气,研究了等离子体作用下甲烷转化制C2烃的工艺条件。考察了CH4流量、高频电源输入电压和电极间距等参数对甲烷转化率、C2烃选择性、收率和反应表观能耗的影响。结果表明,增加CH4流量,表观能耗随之降低;当输入电压和电极间距较小时,甲烷转化率随输入电压和电极间距的增大而增大,但输入电压和电极间距过大时,C2烃收率明显下降,积碳严重。在CH4流量14 mL/min、Ar气流量60 mL/min、高频电源输入电压22 V、电流0.44 A、电极间距4 mm的优化条件下,甲烷最高转化率为43.1%,C2烃收率、选择性和表观能耗分别为40.1%、93.2%和2.41 MJ/mol。C2烃中不饱和烃的体积分数可达95%以上。     

共浸渍制备高效的Ru/AC氨合成催化剂

通过钌的络合物前驱体和硝酸钡的共浸渍制备的Ru Ba K/AC催化剂氨合成转化效率高,其氨合成转化频率在0.87～1.30 s-1之间,与氯化钌制备的Ru/AC催化剂相比,其转化频率提高幅度在26%～88%。共浸渍法制备的催化剂氨合成转化效率高,其主要原因可能是共浸渍法制备的催化剂钌粒子粒径分布区间较窄,易形成更多的活性位;钌表面氢的吸附受到抑制,氮更易活化,因而催化效率更高。