在光催化还原CO2中具有高催化效率的八面体Cu2O修饰的TiO2纳米管

光催化还原CO2生成烃类燃料是一种可同时解决全球变暖和能源危机问题的最有效途径之一。尽管这方面的研究已经取得了一定的进展,但是整体的光催化转换效率还非常低。因此,需要发展更加高效的催化剂。由于半导体材料禁带宽度与太阳光谱相匹配,人们已经对其进行了广泛研究。其中TiO2因具有无毒、强氧化性以及良好的光学和电学性质等而成为最主要的研究对象。但是对于光催化还原CO2反应来说, TiO2仍存在很多不足,如只能吸收太阳光谱中的紫外光,光生载流子会快速结合,以及光生空穴的强氧化能力等,这些都限制了其光催化还原CO2的效率。采用窄禁带宽度半导体修饰TiO2是解决上述不足的有效途径之一。本文采用简单的电化学方法成功制备了一种由窄禁带半导体Cu2O修饰的TiO2纳米管(TNTs)的复合物,并运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及X射线光电子能谱(XPS)表征了所制备复合物的形貌、化学组成和结晶度。表征结果显示,所制备的TiO2为整齐排列的纳米管阵列结构;复合物中的纳米颗粒为Cu2O;当电化学沉积Cu2O的时间为5 min时,得到的Cu2O纳米颗粒初步呈类八面体结构。随着沉积时间的增加, Cu2O颗粒尺寸增加,具有八面体结构。 XRD和XPS结果表明, TiO2纳米管为锐钛矿,八面体Cu2O纳米颗粒的主要暴露晶面为(111)面。我们还进一步研究了不同量Cu2O纳米颗粒修饰的TiO2纳米管复合物在可见光以及模拟太阳光下光催化还原CO2的能力。在可见光下,由于自身的禁带宽度,纯净的TiO2纳米管没有任何光催化还原CO2的能力;经过Cu2O纳米颗粒的修饰,复合物显现出明显的光催化还原CO2的能力,其中经过30 min Cu2O沉积的TNTs具有最高的光催化效率。在模拟太阳光下,经过15 min Cu2O沉积的TNTs具有最高的光催化效率。在所有光催化还原CO2过程中,主要碳氢产物为甲烷。为了深入地理解该复合体系在还原CO2中的高催化效率,我们对催化剂进行了进一步的表征。紫外-可见漫反射光谱表明, Cu2O八面体纳米颗粒的沉积将TNTs的吸收光谱拓展到了可见光区域,提高了复合物对太阳光的吸收能力。此外,我们还通过测试所制样品的光电流反应、荧光发射光谱以及电化学阻抗谱,研究了催化剂中光生电子和空穴的分离和迁移能力。结果表明,适量的Cu2O沉积提高了复合物对光的吸收能力,增加了光生载流子的数量,从而使更多的光生载流子参与光催化反应。综上,本文首次报道了八面体Cu2O纳米颗粒修饰TNTs复合物的光催化还原CO2的能力。在一定量的Cu2O纳米颗粒修饰下,该复合物在光催化还原CO2生成烃类反应中表现出高效性。经过一系列详细的表征和讨论,我们认为其高效性主要源于三个方面：(1) TNTs的管状结构为反应物的吸附提供了大量的活性位点,同时一维的管状结构更有利于光生载流子的运载,从而提高了电子和空穴的分离;(2) Cu2O纳米颗粒的修饰提高了催化剂对光的吸收,促进催化剂最大程度地利用太阳光;(3) TiO2和Cu2O之间导带以及价带位置的匹配,在减少光生载流子复合的同时也降低了TiO2价带上空穴的氧化能力,从而抑制了CO2还原产物的再氧化过程。     

格点量子色动力学在中国

1.格点量子色动力学概述经过多年努力,人们已经成功地将自然界四种基本相互作用(强、弱、电磁、引力)中的前三种统一在量子场论的框架之中,即粒子物理的标准模型(Standard Model,SM)。     

单玻色子交换势模型下对Y(4390)的研究

针对2016年BESⅢ合作组发现的新粒子Y(4390),采用单玻色子交换势(one-boson-exchange potential,OBEP)模型分析其组成;综合考虑了π、σ、ρ、ω、η介子的交换效应,轨道波函数S-D波的混合效应,以及交换势函数中δ项的贡献,给出Y(4390)的完整单玻色子交换势。将Y(4390)理解为量子数为J~(PC)=1~(--)的Dˉ_1D*/D_1Dˉ*系统,利用薛定谔方程求解了系统波函数的数值解,对系统的质量、方均根半径、组分等性质进行了预言,认为Y(4390)可以看作是J~(PC)=1~(--)的Dˉ_1D*/D_1Dˉ*强子分子态。     

基于LabVIEW机器视觉的迈克耳孙干涉仪实验

基于机器视觉设计了迈克耳孙干涉仪实验,采用机器视觉技术替代人眼对目标(干涉圆环)进行分析与测量,可有效避免因视觉疲劳而造成的测量错误.     

第五态——夸克胶子等离子体

<正>一、相图和相变人类社会的科技进步史是一部不断探索、发现并理解物质新形态的历史。物理学中将宏观物质在不同外界条件(如温度、压强、磁场,等等)下所呈现出来的千变万化的形态与性质称为物质的各种"相"(phase),而这些相之间的转变则被称为相变(phase transition)。生活中最常见的例子莫过于水在不同温度和压强下的形态转变了。在物理学的研究中,为了研究的方便,对一种物质,人们会制作一张"地图"。这张地图中的经度和纬度分别对应的是影响物态的外界条件,比如我们所提到的温度和压强。图中不同的区域就对应于物质在相应条件下的不同状态,比如冰、水和水蒸气等等。这些不同状态被称为物质在该条件下的"相",而这张地图被称为"相图"(phase diagram)。不同区域的分界线对应着在特定条件下不同相之间的相变。实际上"相"是个内涵很丰富的译名:     

课堂应答系统在大学物理教学中的初步应用研究

作为一种新的教育信息技术,课堂应答系统能够提供一个交互式课堂教学互动平台,引导学生积极参与课堂教学活动,对学生的出席率和成就表现都有正面的影响.结合国内外相关研究,文中对课堂应答系统在大学物理教学中的应用效果做了初步研究,结果显示课堂应答系统对提高学生的学习成绩有所帮助,而且对男生的学习成绩帮助较大,对女生的帮助相对较...     

单方环结构左手材料微带天线

设计了一种简单的双面单方环结构左手材料,在4.8–5.25 GHz频率范围内该材料的等效介电常数和等效磁导率同时为负.将此单方环左手材料作为覆盖层,置于中心工作频率为5.0 GHz的微带天线之上. 仿真和实验研究表明:相对普通微带天线而言,覆层微带天线的性能得到了明显改善, E面和H面的半功率波束宽度分别收缩了25°和20°,定向性得到了提高, 5 GHz处的增益提高了3 dB, -10 dB带宽增加了600 MHz. 关键词： 单方环结构 左手材料 微带天线     

基于大科学工程的初中物理跨学科实践活动设计——以子午工程探测电离层电子浓度为例

当前经济社会发展需要跨学科人才，《义务教育物理课程标准(2022年版)》提出“跨学科实践”主题，明确指出培养跨学科人才。大科学工程综合了多学科领域的知识观念、思维方法，具有丰富的跨学科实践教育价值。以子午工程探测电离层电子浓度为例，应用其原理、科学数据等设计跨学科实践活动并进行实践。通过分析科学家的任务流程、科学家与学生的差异，设计跨学科实践活动流程；结合学生知识水平简化其中的跨学科知识；设计系列问题与活动构建脚手架辅助学生逐步学习，完成实践任务。     

电磁波在左右手介质界面折射与反射特性的研究

研究了电磁波在左右手介质界面折射与反射的特性,给出了折射系数和反射系数,从另外一个方面探讨了最小作用量原理在左手材料中的适用性;从电动力学和最小作用量原理证明了Snell定律,验证了Snell定律在左手材料中的适用性,并且得到Fresnell公式在左右手材料中的一致性.     

多模干涉器的精确计算及弱限制下的损耗分析

对多模干涉器的模场传播常数和光场分布进行了精确计算，并与解析近似计算结果进行了比较，发现在弱限制条件下出现输出光能量降低的真正原因：一方面是波导支持的导模数量较少，导致高频成分丢失，自映像质量下降，形成大的弥散斑，造成输出耦合损失；另一方面是由于高频辐射模直接辐射带走了一部分能量。该分析结果纠正了传统的模糊观念。