在FTO导电玻璃上电化学沉积高效可见光光电化学分解水Cu2O/g-C3N4异质结膜

近几十年来,光电化学分解水制氢作为一种洁净的、能持续利用太阳能的技术受到极大关注.在众多光催化材料中,p型半导体氧化亚铜(Cu2O)被认为是最有前途的可见光光电分解水材料之一.理论上,它的光能转换为氢能的效率可达到18.7%.然而,目前所报道的Cu2O光转换效率远远低于此值;同时,纯Cu2O在光照条件下的稳定性较差.研究表明,Cu2O与其它半导体复合可以增强其光电转换效率和提高稳定性.如Cu2O和能带匹配的石墨相氮化碳(g-C3N4)复合后,光催化性能和稳定性都有较大提高.但目前所报道的Cu2O/g-C3N4复合物几乎都是粉末状催化剂,不便于回收和重复使用.本文首先采用电化学方法在FTO导电玻璃上沉积Cu2O薄膜,采用溶胶凝胶法制备g-C3N4纳米颗粒材料,然后采用电化学法在Cu2O薄膜表面沉积一层g-C3N4纳米颗粒,得到了Cu2O/g-C3N4异质结膜.分别利用X射线粉末衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见光谱(UV-Vis)和光电化学分解水实验分析了Cu2O/g-C3N4异质结的组成结构、表面形貌、光吸收性能及催化剂活性和稳定性.XRD和HRTEM表征显示,本文成功合成了Cu2O/g-C3N4异质结材料,SEM图表明g-C3N4纳米颗粒在Cu2O表面分布均匀,大小均一.可见光光电化学分解水结果显示,异质结薄膜的光电化学性能比纯的Cu2O和g-C3N4薄膜材料有极大提高.当在Cu2O表面沉积g-C3N4的时间为15 s时,得到样品Cu2O/g-C3N4-15异质结膜,其在–0.4 V和可见光照射条件下,光电流密度达到了–1.38 mA/cm2,分别是纯Cu2O和g-C3N4薄膜材料的19.7和6.3倍.产氢速率也达到了0.48 mL h–1 cm–2,且产氢和产氧的速率之比约为2,说明此异质结材料在可见光作用下能全分解水.经过三次循环实验,光电化学分解水的效率仅降低10.8%,表明该材料具有良好的稳定性.根据UV-Vis表征和光电化学性能对比,Cu2O/g-C3N4-15的光电性能最好,但其光吸收性能并不是最好,说明光电化学性能与光吸收不是成正比关系,主要是由于Cu2O和g-C3N4两个半导体相互起到了协同作用.机理分析表明,Cu2O/g-C3N4异质结薄膜在光照下,由于两者能带匹配,Cu2O的光生电子从其导带转移到g-C3N4的导带上,g-C3N4价带上的空隙转移到Cu2O的价带上,从而降低了光生电子和空隙的复合,提高了其光催化性能.由于g-C3N4的导带位置高于H2O(或H+)还原为H2的电势,Cu2O的价带位置低于H2O(或OH–)还原为O2的电势,所以在外加–0.4 V偏压和可见光照射条件下,Cu2O/g-C3N4能全分解水,光生载流子越多,光电化学分解水的速率越大.综上所述,在Cu2O薄膜上沉积g-C3N4后得到的异质结薄膜具有高效的光能转换为氢能性能.     

免疫纳米金催化氯金酸与盐酸羟胺反应：共振散射光谱检测超痕量免疫球蛋白G

用粒径为10nm的金纳米粒子标记羊抗人IgG抗体获得纳米金标记羊抗人IgG抗体（AuGIgG）．在pH2．27的柠檬酸钠-盐酸缓冲溶液中,AuGIgG对氯金酸-盐酸羟胺生成较大粒径金颗粒这一慢反应具有较强的催化作用,该金颗粒在796nm处有一个较强的共振散射峰．在一定条件下,AuGIgG与IgG发生特异性结合生成纳米金免疫复合物,以16000r·min^-1速度离心分离获得未反应的AuGIgG,以它作催化剂催化氯金酸-盐酸羟胺反应生成较大粒径金颗粒,用共振散射光谱做检测技术,建立了测定IgG的免疫共振散射光谱新方法．结果表明,随着IgG浓度增大,离心溶液中AuGIgG浓度降低,I796mn线性降低,其降低值△I796mn与IgG浓度在0．08-16．0ng·mL^-1范围内呈良好线性关系,检出限为0．02ng·mL^-1.本法具有灵敏度高、选择性好和快速等特点,用于定量分析人血清IgG,结果满意．     

探究苯与酸性高锰酸钾溶液的褪色反应

人教版高中教材《化学2》明确指出苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色。但在实验中多次发现苯与酸性高锰酸钾溶液混合后放置一段时间能够褪色。为探讨这一问题，设计了以光照或黑暗、加酸或不加酸为条件，利用紫外-可见分光光度计对放置不同时间后的混合液体进行测试，并对反应后生成的沉淀物进行XRD表征的实验方案。通过对实验数据的综合分析提出了苯与酸性高锰酸钾溶液褪色反应的可能反应机理。     

免疫纳米金催化氯金酸-盐酸羟胺光度法检测免疫球蛋白G

在pH 2.27的柠檬酸钠-盐酸缓冲溶液中,纳米金对氯金酸-盐酸羟胺生成较大粒径金颗粒这一慢反应具有较强的催化作用。较大粒径金颗粒在600～1 000 nm处有一个较宽的吸收峰。将纳米金标记羊抗人IgG获得免疫纳米金,免疫纳米金也具有相同催化效果。在一定条件下,金标记羊抗人IgG与IgG发生特异性结合生成纳米金免疫复合物。以16 000 rpm速度离心分离获得未反应的纳米金标抗上层溶液。以它作为催化剂催化氯金酸-盐酸羟胺微粒反应,700 nm处的吸光度A_{700 nm}线性降低。其降低值ΔA_{700 nm}与IgG在0.1～10 ng·mL-1范围内呈良好线性关系, 检出限为0.06 ng·mL-1。本法具有灵敏、快速和较高的特异性,用于定量分析人血清IgG,结果满意。     

以油茶壳为原料制备吸附剂及其净化抗生素废水性能——“新农科”理念下培养“新农人”的综合研究性实验设计

根据农业院校“新农科”建设需要的人才培养目标和化学类人才培养要求,开设“以油茶壳为原料制备吸附剂并用于抗生素废水的净化”综合研究性实验项目。通过本项目,学生可充分掌握与化学、材料和环境相关的多门课程内涉及的环境材料制备、结构表征、性能分析、环境污染评价等关键知识点,培养学生的创新意识、科研能力和团队协作能力,激发学生的环保意识和社会责任感。     

一种多孔氮掺杂生物炭的制备及对四环素吸附性能———创新型实验设计

为了拓展农业院校应用化学和材料化学专业高年级学生的学科视野,提高化学实验课程的高阶性、创新性和挑战度, 通过科教融合, 设计了一个创新性实验—利用汉麻废弃物制备多孔氮掺杂生物炭及对四环素吸附性能。实验内容包括氮掺杂多孔生物炭的制备、形貌结构和性质表征、吸附性能和稳定性的测试以及吸附动力学拟合与机理探索等。该实验具有化学、材料学与农业科学和生物科学相结合的特点, 创新性强、操作简便, 可供同类高校的同行借鉴。将农林废弃物的回收利用的科研成果应用于教学实践, 可以突出专业特色, 提升化学类专业学生的科技创新思维、环境保护意识和综合实践能力。