一维纳米材料Cs0.2WO3和W18O49长度与红外吸收关联性的Mie散射理论推导及实验验证

研究表明二元、三元钨基氧化物的红外吸收性能具有尺寸和形貌依赖性,但还没有普适性的物理学机理及计算方法。本工作基于Mie散射理论,推导了一维材料的长度与光吸收性能之间的关系,通过理论推导计算和实验验证,探究了纳米钨基氧化物的红外吸收性能与颗粒长度的关联性。首先,基于Mie散射理论的推演和计算,揭示了增加纳米Cs_(0.2)WO_3和W_(18)O_(49)材料长度可适度提高其近红外吸收性能的规律。其次,测试了合成的不同长度Cs_(0.2)WO_3纳米棒和W_(18)O_(49)纳米线的红外吸收性能,结果与理论计算及模拟相吻合。其中在2 500～20 000 nm波长范围内Cs_(0.2)WO_3纳米棒和W_(18)O_(49)纳米线随长度的变化趋势不同,Cs_(0.2)WO_3纳米棒的红外吸收性能随长度的增加而增加,而W_(18)O_(49)纳米线的红外吸收性能随长度的增加而减弱。Cs_(0.2)WO_3纳米棒和W_(18)0O_9纳米线的光热效应均随长度的增加而增加,增幅分别达18.5%和12.7%,再次验证了长度效应。     

柠檬酸辅助可控制备花状银粒子及其表面增强拉曼散射性能

以抗坏血酸为还原剂,柠檬酸为结构导向剂,一步还原硝酸银,合成了尺寸和形状可调的花状银颗粒。纳米粒子的粒径可在600～1 200 nm范围内调整,表面突起可达到10～25 nm。柠檬酸的化学性质在银纳米粒子合成多级花状银结构的过程中起着至关重要的作用。通过改变柠檬酸或抗坏血酸溶液的用量,银结构的各向异性形貌可以很容易地调节。以制备的多级花状银颗粒作为表面增强拉曼散射(SERS)基底,对浓度为10~(-10)mol·L~(-1)的罗丹明6G(R6G)仍具有较高的检测灵敏度。     

膨胀石墨/聚苯胺/Fe_3O_4复合材料的制备及吸波性能

采用原位聚合方法制备了膨胀石墨/聚苯胺(EG/PANI)复合材料,将Fe_3O_4负载于EG/PANI表面,得到具有电磁吸收性能的EG/PANI/Fe_3O_4复合材料.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)及矢量网络分析仪(VNA)等对复合材料的形貌、成分和吸波性能进行了研究.吸波性能分析结果表明,当掺杂浓度为0.05 mol/L,匹配厚度d=2 mm时,样品的最小反射损耗(RLmin)在8.64 GHz处达到-37 dB.随着掺杂浓度的增加,最小反射损耗峰向低频移动,对应的匹配厚度逐渐变厚.材料的介电弛豫极化、涡流损耗及λ/4模型的干涉相消现象出现的双峰,使EG/PANI/Fe_3O_4复合材料在电磁波吸收领域有一定的应用前景.     

ZSM-5分子筛催化甲醇制汽油反应中的晶粒粒径效应研究

通过调控水热合成ZSM-5凝胶液中H_2O/Si物质的量比,实现了粒径为70、200、400和650 nm四种单分散ZSM-5的可控合成。采用XRD、TEM、BET和NH_3-TPD等多种表征对其微观结构进行分析,结合催化性能评价,考察了晶粒粒径对其催化甲醇制汽油反应性能的影响机制。结果表明,整体上随着ZSM-5晶粒粒径的增加,其外比表面积减小,结晶度提高,酸量呈现出先增加后基本不变的趋势。但外表面附着小晶粒的粒径为650 nm的分子筛体现出了大的外表面积和强的酸性。ZSM-5晶粒粒径的增加整体上降低了其催化MTG反应的寿命和最高收率。晶粒粒径为70 nm时,ZSM-5体现出了96 h的催化寿命和30.8%的最高收率。晶粒粒径为650 nm样品由于其大的外比表面积和较强的表面酸性,也体现出91 h的寿命。在大晶粒ZSM-5外表面附着生长小晶粒ZSM-5,是一种制备高性能催化剂的新方法。     

树枝状银微纳结构的表面增强拉曼散射效应研究

利用两电极电化学沉积法制备出一种树枝状银微纳结构基体.扫描电子显微镜(SEM)的表征结果证实所制备的银基体呈现出完整的树枝状结构,具有对称性的树枝和树干,且树叶清晰可见.实验结果表明,树枝状银微纳结构的表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)可以检测到超低浓度的罗丹明6G(Rhodamine 6G,R6G,10-10 mol/L)光谱信号,即树枝状银微纳结构作为SERS基体表现出较好的灵敏性;当R6G的浓度在10-5~10-10 mol/L范围依次降低一个数量级时,谱带610 cm-1处的拉曼散射强度的相对标准偏差分别为12.1%,12.0%,11.7%,10.9%,13.2%和14.3%,表明所制备银基体的SERS"热点"(Hot spots)分布较均一,树枝状银微纳结构作为SERS基体具有较好的重现性;当低SERS活性的3-巯基丙酸(3-Mercaptopropionic acid,3MPA)的检测浓度为10-5 mol/L时,利用树枝状银基体能检测到3MPA的SERS光谱,说明所制备的银基体对低活性物质也具有较好的SERS灵敏性.     

基于光子晶体带边效应的表面增强拉曼基底

将光子晶体的带边效应与金纳米粒子的拉曼散射增强作用相结合,制备了一种新型光子晶体表面增强拉曼散射基底(PC-AuNPs),利用罗丹明B(RhB)作为报告分子,对所得基底性能进行检测.PC-AuNPs基底的制备包括3个步骤:在SiO2微球表面修饰氨基,再通过垂直沉降自组装得到蛋白石结构光子晶体(PC), 最后, 在光子晶体表面负载金纳米粒子(AuNPs).结果表明,光子晶体的带隙范围及AuNPs的负载量直接影响了PC-AuNPs基底的检测效果;以所得的PC-AuNPs基底测定RhB分子,其拉曼散射特征峰强度与浓度对数值呈现良好的线性关系,线性方程为I=1711lg[RhB(mol/L)]+15244,线性相关系数R2=0.9994,检出限为1×10-8 mol/L,表明此PC-AuNPs基底可用于目标物的定性及定量检测.本方法提高了传统拉曼散射光谱检测灵敏度,操作简单,具有良好的重现性,可为其它新型检测基底的制备提供.     

自组装有序纳米银线表面增强拉曼光谱检测牛奶中三聚氰胺

制备具有表面增强拉曼散射(SERS)增强效果的基底是获得灵敏SERS检测的基础.本研究以多元醇法合成、流体流动法组装制备的有序纳米银线作为三聚氰胺的SERS增强基底,实现了样品中痕量三聚氰胺的快速灵敏检测.通过理论计算及实验考察得到了三聚氰胺的拉曼特征峰,优化了三聚氰胺在有序纳米银线基底上的SERS检测条件.在pH=8、水为溶剂、溶剂挥发时间为14 min的最佳条件下,三聚氰胺特征峰强度与浓度在0.05 ～ 1.00 mg/L范围内呈现良好的线性关系,其线性相关系数R=0.997,检测限为0.05 mg/L.在牛奶中添加不同浓度的三聚氰胺,其回收率为89.7％～ 109.2％,相对标准偏差低于6.8％.本方法对三聚氰胺检测具有很好的灵敏度和稳定性,为其它小分子化合物的SERS检测提供技术支持.     

以腐植酸为对象开展稳态和时间分辨荧光实验教学

腐植酸是天然有机质的重要组成部分,其结构复杂且具有多种荧光发射特征。我们结合目前环境科学领域腐植酸或其他天然有机质的研究重点,利用腐植酸开展稳态和时间分辨荧光综合实验教学。本实验可以使学生全面掌握分子荧光分析中拉曼散射、激发光能量对荧光发射影响、荧光寿命和内滤效应等知识。     

完整Coriolis力作用下带有外源强迫的非线性KdV方程

利用摄动方法,从描写既有Coriolis力垂直分量又含有水平分量的位涡方程出发,给出了近赤道非线性Rossby波所满足的具有外源强迫的非线性KdV方程,并利用Jacobi椭圆函数展开法,求解了改进后的非线性KdV方程的行波解及孤立波解.通过分析KdV方程的行波解,指出Coriolis力的水平分量和外源对Rossby波动的影响.     

自由来流湍流与三维壁面局部粗糙诱导平板边界层不稳定T-S波的数值研究

采用直接数值模拟（DNS）方法,研究了在自由来流湍流与三维壁面局部粗糙作用下平板边界层内诱导产生不稳定T-S波的物理问题.数值结果可知,在平板边界层内发现了二维和三维T-S波组成的波包空间序列以及求得了波包向前传播的群速度大小,从而证明了自由来流湍流与三维壁面局部粗糙作用是激励平板边界层内诱导产生不稳定T-S波的一种机制.随后,建立了平板边界层内被激发的二维和三维T S波的初始幅值与自由来流湍流度,三维壁面局部粗糙的流向长度、展向宽度及法向高度之间的关系.这一问题的深入研究,进一步完善了流动稳定性与湍流理论.