溶液蒸发法左旋葡聚糖单晶生长的研究

根据平衡法测量左旋葡聚糖(LG)在四氢呋喃溶剂中的溶解度,以溶液蒸发法在四氢呋喃溶剂中首次生长出LG单晶,并对其生长质量进行了表征.结果表明:(1)在303 K以下温区,左旋葡聚糖在四氢呋喃溶剂中具有较小的温度系数,适用于溶液蒸发法生长单晶;(2)生长出尺寸为0.85 cm×0.35 cm×0.4cm单晶,晶体结构为正交晶系;(3)通过金相显微镜、拉曼光谱和X射线衍射分析表明,LG单品质量较好.     

无黏性颗粒在平面上的堆积角

运用连续介质模型和库仑屈服条件,介绍了库仑不等式的证明方法,研究了无黏性颗粒物质在自然堆积状态下的堆积角的形成机制及影响因素,通过理论模型导出理想状况下锥形堆的自然休止角与内摩擦角的关系.实验结果表明:颗粒的密度对于堆积角不存在确定的影响.不规则颗粒的自然休止角、内摩擦角与粒径间的变化趋势一致,粒径的分布对锥形堆的自然休止角产生影响;规则颗粒的几何尺寸对堆积角无明显影响,非球形颗粒的几何形状对堆积角有显著影响.底面摩擦系数较小时,锥体的堆积角与底面摩擦系数呈正相关,随着摩擦系数的增大,堆积角将达到饱和.     

等离激元材料和器件的动态调控研究进展

等离激元学连接着光子学和电子学,在光产生、显微显示、数据存储、光集成和光子芯片、传感技术和纳米制造技术等方面展示出重要应用,正极大地促进既拥有纳米电子学的尺寸又兼有介电光子学速度的新一代信息材料和器件的发展.但是,传统上绝大部分等离激元材料和器件都是基于静态的设计,即一旦被制备,其性能也就确定,人们无法根据需求进行实时的主动调控.因此,近年来人们开始从应用需求出发,致力于研制动态调控的等离激元材料和器件.本文总结等离激元材料和器件的动态调控研究进展,给出动态调控等离激元材料和器件的基本原理,即通过动态改变材料中金属微纳结构的等效介电函数、动态调节系统外部环境、动态控制结构中的耦合效应等,实现对等离激元材料和器件性能的实时动态控制.在此基础上,分别以等离激元材料、等离激元超构材料、等离激元超构表面等为例,展示在电、光、力、温度、环境等外部作用下相关材料和器件性能的实时改变和动态控制,期望推动发展新型亚波长光电功能材料和器件.     

基于人工表面等离激元结构的全向隐身

人工局域表面等离激元结构具有许多特殊的光学性质,对于新一代光学元件的设计具有重要的意义.本文设计了一种在硅盘中周期性嵌入金属条的结构,从而使得物体在任意方向的光散射均被抑制,实现了全方向隐身的效果.通过理论分析与数值模拟,发现这种空心的人工局域表面等离激元结构在一定频率下会出现强散射抑制现象,这是由结构的散射波与背景波之间干涉相消产生的效果,且由于结构是一种周期性环状结构,因此可以在散射抑制的频率点下实现全方向的隐身效果.这为分析人工局域表面等离激元结构的物理隐身和光学响应提供了一条新的途径.此外,本文还分析了结构在不同参数条件下对散射谱移动规律的影响.本文的结果适用于微波到太赫兹波区域,可以应用于各种先进的光学器件,如雷达、隐身涂层、传感器和探测器等.     

燃料电池铂钴锰合金催化剂的制备及性能

为提高PtCo/C合金催化剂的电化学性能,采用微波法合成铂钴锰催化剂前驱体,经高温热处理形成合金,最后通过酸处理得到铂钴锰合金催化剂(PtCoMn/C)。电化学测试结果表明:适量锰的添加可提升PtCo/C催化剂的活性和耐久性。PtCoMn/C催化剂在 0.9 V(vs RHE)电压下的质量比活性(MA)达到 0.666 A·mg_Pt^-1,是传统 Pt/C 的 2.66 倍,是 PtCo/C 催化剂的 1.30 倍。在30 000圈催化剂加速耐久性测试中,PtCoMn/C合金催化剂的电化学活性面积(ECSA)和质量比活性(MA)仅下降6.9%和27.1%,均远低于Pt/C催化剂。     

改进型溶胶-凝胶法制备粒径可调高染料吸附量TiO2微球及其在染敏电池光散射层中的应用

利用改进型的溶胶-凝胶法, 制得了由锐钛矿相纳米颗粒组成的TiO₂多孔微纳小球。通过调节前驱物浓度, 合成出粒径可控的尺寸分别为100, 175, 225, 475 nm的TiO₂微纳小球, 并通过电泳沉积法将合成出的小球作为光散射层引入到染料敏化太阳电池(DSSC)中。由于这种微纳小球在具备良好的光散射性能的同时也具备较高的染料吸附量, 因此相较于基于纳米颗粒的单层结构的DSSC拥有更高的光电转换效率。通过比较分析, 粒径尺寸为475 nm的微球作为光散射层的DSSC光电转换效率可以达到6.3%, 较之于基于纳米颗粒的DSSC提高了30%。     

改进型溶胶-凝胶法制备粒径可调高染料吸附量TiO2微球及其在染敏电池光散射层中的应用

利用改进型的溶胶-凝胶法,制得了由锐钛矿相纳米颗粒组成的TiO2多孔微纳小球。通过调节前驱物浓度,合成出粒径可控的尺寸分别为100,175,225,475 nm的TiO2微纳小球,并通过电泳沉积法将合成出的小球作为光散射层引入到染料敏化太阳电池(DSSC)中。由于这种微纳小球在具备良好的光散射性能的同时也具备较高的染料吸附量,因此相较于基于纳米颗粒的单层结构的DSSC拥有更高的光电转换效率。通过比较分析,粒径尺寸为475 nm的微球作为光散射层的DSSC光电转换效率可以达到6.3%,较之于基于纳米颗粒的DSSC提高了30%。     

高可见光催化降解污染物和产氢活性的Z型N-掺杂K4Nb6O17/g-C3N4异质结

随着人口增长和全球工业化进程加快,人们饱受环境污染和能源短缺问题的困扰.半导体光催化技术作为一种高效、可持续、环境友好、有潜力的新技术,在环境净化和能源开发方面有着广阔的应用前景.到目前为止,人们已开发出多种半导体光催化剂,并广泛应用于污染物降解、氢气制备和二氧化碳还原等领域.其中,化合物K4Nb6O17具有典型的层状结构、合适的电子能带结构、结构易改性以及良好的电荷传输性能等特点,在光催化领域得到了广泛研究.然而,单纯K4Nb6O17仍存在光响应范围窄、光生载流子复合率高等问题,限制了K4Nb6O17的进一步应用.因此,需要对K4Nb6O17进行改性,拓宽其光吸收范围,提高其光生载流子分离效率,从而提高其光催化活性.本研究通过简单焙烧法制备Z型N-掺杂K4Nb6O17/g-C3N4(KCN)异质结光催化剂,其中石墨相氮化碳(g-C3N4)在复合材料中质量比约为50%.层状K4Nb6O17层板的电子结构通过N掺杂进行调控,拓宽其光响应范围,使其具有可见光响应;同时,形成的g-C3N4位于N-掺杂K4Nb6O17的外层以及内层空间,在这两种组分之间形成异质结,有利于提高光生载流子的分离效率.荧光光谱、时间分辨荧光光谱和光电化学测试表明,N掺杂和异质结的形成有利于增强光生电子-空穴对的传输和分离效率.通过在可见光照射下降解罗丹明B(RhB)和产氢来评估材料的光催化性能.相比g-C3N4(8.24μmol/h)和Me-K4Nb6O17(~1.30μmol/h),KCN复合材料光催化产氢效率(~16.91μmol/h)得到了极大提高,并显示出极好的光催化产氢稳定性能.对于光催化降解RhB体系,KCN复合材料也显示出较好的光催化活性和稳定性,并能很好地将RhB矿化.鉴于KCN复合材料具有较小的比表面积(9.9 m^2/g)且无孔结构,认为比表面积对光催化活性影响较小.因此,与单组分相比,KCN复合材料光催化产氢和RhB降解活性都得到了极大提高,活性的增强主要归功于N掺杂和异质结形成的协同效应,其中N掺杂可以拓宽光捕获能力,异质结形成可提高电荷载流子的分离效率.电子自旋共振(ESR)谱表明,在KCN降解RhB体系中,超氧自由基(·O2^?)、羟基自由基(·OH)和空穴(h^+)作为主要活性物质都参与了反应.结合实验结果可以推测KCN复合材料满足了Z型光催化体系,该体系具有高效的光生载流子分离效率和较高的氧化还原能力.     

探讨周期性结构障碍物的声传播和透射

构建了具有周期性结构的一维狭缝障碍屏,用Comsol Multiphysics模拟计算,在较长波段内讨论声波的透射现象.并改变障碍屏的参数,对比不同情况下的声透射,在理论上分析声波的传播过程和透射特征,对照和分析通过Comsol Mul-tiphysics计算的透射谱,说明了声波透射峰的起源和异常透射现象.     

LiNbO_3不同晶面的光催化产氢性能

研究了LiNbO3(001)、(100)和(110)晶面的光催化产氢性能。(001)、(100)和(110)3个晶面光催化产氢性能之比为7.8∶1.3∶1.0。LiNbO3[001]晶向存在电偶极矩和自发极化,有利于增加光生电子和空穴的分离效率,减少光生电子和空穴的复合,提高LiNbO3(001)面的光催化活性。LiNbO3(001)面的空穴有效质量最小,有利于光生空穴的迁移,从而减少光生电子和空穴的复合,也有利于光催化性能的提高。