原位制备氧化钛/氮掺杂石墨烯空心球光催化剂及其光催化CO2还原性能研究

利用光催化技术将二氧化碳转化为化学燃料是缓解温室效应以及能源危机的理想途径之一.因此,开发高效的光催化剂是当务之急.氧化钛由于具有优异的物理化学稳定性、成本低廉、无毒性以及环境友好等优点,近年来被广泛关注.此外,空心球结构光催化剂具有短的载流子扩散距离、良好的光散射性以及较大的比表面积等优点,从而成为光催化二氧化碳还原最有潜力的候选材料.但纯的氧化钛空心球由于较快的光生载流子复合速率从而导致低的光催化效率.因此,为了应对这一挑战,我们尝试在氧化钛空心球表面负载助催化剂用以促进光生载流子的分离,从而提高光催化二氧化碳还原转换效率.在各种助催化剂中,贵金属被证明是有效的.然而,高成本以及稀缺性限制了贵金属的广泛应用.因此,有必要设计成本低廉的助催化剂替代品.石墨烯以其优异的导电性、较大的功函数以及来源丰富而备受关注.当石墨烯与n型半导体光催化剂结合在一起时,能够显著促进光生电子从半导体光催化剂向石墨烯的定向迁移,从而有效地抑制光生电子与空穴的复合.当石墨烯中掺杂氮元素时,石墨烯骨架中的电子密度会进一步提高,同时,氮原子中的孤对电子更加有利于石墨烯骨架中的电子传输.此外,氮掺杂石墨烯中不同的氮位点(吡啶氮、吡咯氮和石墨氮)作为路易斯碱位点,能够用以二氧化碳分子的吸附以及活化.然而,迄今为止,最常用的制备半导体/氮掺杂石墨烯纳米复合光催化剂的方法是在氮掺杂石墨烯表面生长半导体光催化剂.所制备的光催化剂与氮掺杂石墨烯之间界面接触有限,不利于光生载流子的快速传递与分离.此外,助催化剂和光催化剂之间建立高质量的界面接触可以有效地抑制光生电子与空穴的复合.因此,有必要绕开传统制备方法的弊端,从而设计与光催化剂之间具有大的接触面积和紧密的界面接触以及具有丰富活性位点的高质量氮掺杂石墨烯助催化剂.本文提出了一种新的策略,以吡啶为氮掺杂石墨烯的前驱体,通过化学气相沉积方法在氧化钛空心球表面原位生长超薄氮掺杂石墨烯层(1～2层).此外,在高温状态下,吡啶分子脱氢生成具有优异扩散性质的脱氢吡啶自由基气相分子,随着反应的进行,氧化钛表面的每个纳米颗粒基元表面都能够与吡啶分子充分接触,从而保障两者之间大面积以及紧密的界面接触.光催化二氧化碳还原性能测试结果表明,优化后的氧化钛/氮掺杂石墨烯空心球纳米复合材料的二氧化碳光催化总转化率(一氧化碳、甲醇和甲烷的总产率)为18.11 μmol g-1 h-1,是空白氧化钛空心球的4.6倍和商业P25的10.7倍.高分辨透射电子显微镜、X射线光电子能谱以及拉曼光谱结果表明,成功构建了氧化钛与氮掺杂石墨烯之间紧密接触的界面.同时,氮掺杂石墨烯的引入能够显著增强复合光催化剂的表面光热效应以及氧化钛与氮掺杂石墨烯界面肖特基势垒的形成均有助于促进光催化二氧化碳还原反应的进行.因此,本文为石墨烯基光助催化剂的原位构建提供了一种行之有效的策略.     

二阶代数微分方程亚纯解的增长性估计

本文研究了代数微分方程亚纯解的增长级.运用正规族理论,给出了某类二阶代数微分方程亚纯解的增长级的一个估计,该估计依赖于方程的有理函数系数.推广了2001年廖良文与杨重骏的一个结果.     

掺杂PEDOT ∶PSS对聚合物太阳能电池性能影响的研究

研究了掺杂后poly(3,4-ethylene dioxythiophene):poly(styrenesulphonic acid)(PEDOT ∶PSS)电导率的变化以及掺杂PEDOT ∶PSS薄膜对聚合物太阳能电池器件性能的影响. 实验发现,向PEDOT ∶PSS中掺入极性溶剂二甲基亚砜(DMSO)明显提高了薄膜的电导率,掺杂后的电导率最大值达到1.25 S/cm,比未掺杂时提高了3个数量级. 将掺杂的PEDOT ∶PSS薄膜作为缓冲层应用于聚合物电池 (ITO/PEDOT ∶PSS/P3HT ∶PCBM/LiF/Al) 中,发现高电导率的PEDOT ∶PSS降低了器件的串联电阻,增加了器件的短路电流,从而提高了器件的性能. 最好的聚合物太阳能电池在100 mW/cm²的光照下,开路电压(V_oc)为0.63 V,短路电流密度(J_sc)为11.09 mA·cm^-2,填充因子(FF)为63.7%,能量转换效率(η)达到4.45%. 关键词： PEDOT ∶PSS 电导率 聚合物太阳能电池 能量转换效率     

Charge transport and shot noise on the surface of a topological insulator with a magnetic modulation

In this paper, we investigate the transport features and the Fano factor of Dirac electrons on the surface of a three-dimensional topological insulator with a magnetic modulation. We consider a hard wall bounding condition on the edge of the topological insulator, which implies that a surface state of the topological insulator is insulating. We find that a valley of conductivity at the Dirac point is associated with a Fano factor peak, and more interestingly, this topological metal changes from insulating to metallic by controlling the effective exchange field.     

Temperature dependence of the energy-level shift induced by the Bose—Einstein condensation of photons

We investigate the energy-level shift of a hydrogen atom in a two-dimensional optical microcavity, where there exists a Bose-Einstein condensation of photons. It is found that below the critical temperature T c , the energy-level shift of the bound electron is dependent on temperature, and it is a monotonically increasing function of the absolute temperature T . Especially, at the absolute zero temperature, the energy-level shift entirely comes from the Lamb shift, and the atom can be treated approximately, that is, in vacuum.     

Nagumo条件下p-Laplace方程边值问题解的存在性

研究了如下一维p-Laplace方程Neumann边值问题(φp(u′(t)))′=f(t,u(t),u′(t)),t∈(0,1),u′(0)=u′(1)=0,解的存在性,这里φp(s)=|s|p-2s.通过使用上下解方法和度理论,获得了边值问题解的存在性结果.     

正交平衡区组设计统计分析模型参数估计的分布特征研究

正交平衡区组设计(或者广义正交表)是一种类似于正交拉丁方(或者正交表)的新设计,但试验次数大幅减少.通过对正交平衡区组设计统计分析模型参数估计的分布特征进行了深入研究.研究发现,在试验数据正态性的情况下,各种参数估计也服从正态分布,并且各种参数的最小二乘估计都是无偏的,得到了各种参数估计的方差和独立性性质.     

影响阻尼牛顿法收敛性的两个重要参数

对阻尼牛顿算法作了适当的改进,证明了新算法的收敛性.基于新算法,运用计算机代数系统Matlab,研究了迭代次数k,参数对(μ,λ)与初值x0三者间的依赖关系,研究了病态问题在新算法下趋于稳定的渐变(瞬变)过程.数值结果表明:(1)阻尼牛顿迭代中,参数对(μ,λ)与迭代次数k间存在特有的非线性关系;(2)适当的参数对(μ,λ)与阻尼因子α的共同作用能够在迭代中大幅度地降低病态问题的Jacobi阵的条件数,使病态问题逐渐趋于稳定,从而改变原问题的收敛性与收敛速度.     

用于鸟撞试验的仿真鸟弹研究

对用于飞机结构抗鸟撞试验的仿真鸟弹进行了研究,给出了配方,其基体材料为明胶和水.密度是仿真鸟弹的关键参数,通过工艺流程和添加调质材料对其进行控制.鸟弹外形尺寸和重量由模具保证,制作出了满足规范要求的1.8kg标准形态鸟弹.利用4块12mm厚的铝板,进行了3次真实鸟弹试验和1次仿真鸟弹的鸟撞对比试验.试验结果表明,仿真鸟弹具有足够的强度可承受发射过载.同时仿真鸟弹与真实鸟弹的动态变形模式以及结构动态应变响应时间历程基本一致.其结构动态应变响应最大值仅相差3.2％,而结构残余变形相差8.7％.上述结果证明了本文研制的仿真鸟弹可以在结构抗鸟撞试验研究中替代真实鸟弹.     

芳基、芳甲基及哌嗪基脒类化合物的设计与合成及5-HT和NE重摄取双重抑制活性

基于药效团模型和前期的研究结果, 设计合成了一类全新结构类型的芳基、芳甲基及哌嗪基脒类化合物, 通过1H NMR, HRMS对化合物结构进行了确证, 并完成了初步的体外药理活性评价. 结果表明, 这些化合物均显示出不同程度的5-HT和NE重摄取抑制活性, 其中化合物4b的活性最好, 化合物4a和8a在整体动物抗抑郁药效学实验中表现出明确的抗抑郁活性.