一种将三价钛引入锐钛型二氧化钛的新方法:用于有效的光催化产氢（英文）

伴随着科技的日益进步,人们的生活水平有了极大的提升,但是随之而来的环境污染问题也成为当前世界亟待解决的重大问题之一.太阳能是地球上最大的清洁能源来源,有效地利用太阳能将为解决环境污染问题提供巨大的帮助.而光催化技术的一个关键材料就是催化剂,催化剂对太阳能利用的好坏也就决定了光催化技术的应用前景.因此,人们对催化剂的研究也在逐步深入.1972年,Fuiishima和Honda在Nature杂志上首次报道了二氧化钛电极在紫外光照射下分解水产生氢气的现象,自此掀起了半导体光催化的研究热潮.二氧化钛因具有无毒、廉价和耐腐蚀等优点而在光催化领域广受关注.传统白色二氧化钛具有两大劣势(宽的禁带宽度与高的电子/空穴复合率)大大限制了它的应用.人们对于改变二氧化钛性质进行了大量的尝试,例如金属/非金属掺杂、形貌的改变等.黑色二氧化钛(存在大量的氧空位和三价钛)的出现极大地克服了传统白色二氧化钛的缺点,其具有窄的禁带宽度和低的电子/空穴复合速度.目前,黑色二氧化钛的制备方法大致分为以下几种:(1)高压下氢化;(2)高温常压下氢化;(3)铝热还原法;(4)溶液蒸发法;(5)化学氧化法;(6)电化学还原等.由于更简单安全(不涉及氢气使用)和更好的可见光光催化活性,三价钛自掺杂的二氧化钛从这些方法中脱颖而出.迄今为止,诱导三价钛的方法通常是能量密集型的,涉及不稳定的Ti原料(如TiO和TiH_2).研究用于制备三价钛自掺杂二氧化钛的新方法是十分必要的.我们以稳定的钛粉为原料,通过简单的方法将三价钛和氧空位成功地引入锐钛型二氧化钛.通过X射线衍射、场致发射扫描电子显微镜等技术研究了制备样品的物理化学性质,发现H_2O_2和水热反应时间对纳米棒型微观形貌的形成至关重要.通过调整诸如H_2O_2量和水热反应时间的参数,根据实验结果提出了形成这种微观结构的可能机制.更重要的是,可见光区域的光吸收受到样品中氧空位量的控制,存在氧空位的最佳值使光催化产氢活性最高.     

新型冠状病毒S蛋白在金纳米粒子中的表面增强拉曼效应

表面增强拉曼光谱技术因其高灵敏度、操作简单、快速检测等优点,被广泛用于病毒检测方面。国内外的病毒拉曼检测研究主要集中在检测病毒核酸以及组成核酸的各种碱基的表面增强拉曼光谱(SERS),但少见对病毒蛋白的SERS检测。以新型冠状病毒（SARS-CoV-2）的S蛋白为检测对象,采用无标记SERS检测方法,对比SARS-CoV-2固态、饱和液态S蛋白的普通拉曼光谱和选用40 nm金纳米粒子为基底的SARS-CoV-2低浓度S蛋白SERS光谱。结果表明,以40 nm金纳米粒子为基底,采用SERS技术检测SARS-CoV-2的S蛋白是完全可行的。SARS-CoV-2的S蛋白分子中的羧基与金纳米粒子发生了分子增强,氨基与金纳米粒子发生了电磁增强,从而使得SARS-CoV-2的S蛋白拉曼效应得到了增强,并使得峰位发生一定移动。实验获得了较好的SARS-CoV-2低浓度S蛋白SERS光谱,为建立敏感、特异、快速的SARS-CoV-2检测新技术提供了一种方法。     

表面增强拉曼光谱技术检测新型冠状病毒刺突蛋白

开发具有高灵敏度、高准确性的新型冠状病毒(SARS-CoV-2)快速检测技术对疫情防控具有重要作用。本文利用表面增强拉曼光谱(SERS)技术对人体唾液中的痕量SARS-CoV-2病毒刺突蛋白(S蛋白)进行了检测。结果表明,含S蛋白的唾液样本与原始唾液样本的拉曼光谱具有显著区别,含S蛋白的唾液样本谱图中可清晰观察到属于S蛋白的拉曼谱线。该结果为后续SERS技术在SARS-CoV-2病毒快速检测方面的应用奠定了坚实基础。     

基于深度学习的冠状病毒刺突蛋白拉曼特征峰的理论研究

持续一年的新冠疫情对全球的经济造成了巨大破坏,为了有效控制新冠疫情,快速检测新冠病毒(SARS-CoV-2)是一个急需解决的问题。新冠病毒的刺突蛋白（spikeprotein）是拉曼光谱技术检测新冠病毒的检测点,构建刺突蛋白拉曼特征峰模型对于发展拉曼检测技术快速检测新冠病毒具有重要作用。基于简化的激子模型,利用深度神经网络技术,构建了刺突蛋白的酰胺Ⅰ、Ⅲ特征峰模型,并结合已知可以感染人类的七种冠状病毒（HCoV-229E,HCoV-HKU1,HCoV-NL63,HCoV-OC43,MERS-CoV,SARS-CoV和SARS-CoV-2）刺突蛋白的实验结构,分析了七种冠状病毒刺突蛋白酰胺Ⅰ、Ⅲ特征峰的区别。计算结果表明,七种冠状病毒可以根据毒刺突蛋白的酰胺Ⅰ、Ⅲ特征峰划分为四个组：SARS-CoV-2,SARS-CoV,MERS-CoV形成一个组;HCoV-HKU1,HCoV-NL63形成一个组;HCoV-229E和HCoV-OC43各自独立形成一个组。相同组的冠状病毒刺突蛋白酰胺Ⅰ、Ⅲ峰频率较为接近,通过酰胺Ⅰ、Ⅲ峰的频率较难区分刺突蛋白;不同组的冠状病毒刺突蛋白酰胺Ⅰ、Ⅲ特征峰差异较大,刺突蛋白可以通过拉曼技术区分开来。该结果为发展拉曼检测技术快速检测新冠病毒提供了定性判断的理论依据。     

基于g-C3N4/P25复合光电敏感体系的中草药抗氧化容量测定

采用粒径为25 nm的锐钛矿和金红石型混合相二氧化钛(TiO₂)材料(P25)替代常规锐钛矿型TiO₂, 制备了基于石墨氮化碳(g-C₃N₄)/混合相TiO₂(g-C₃N₄/P25)的可见光激发光电敏感体系. 研究结果表明, 石墨氮化碳(g-C₃N₄)大的平面结构不仅能够成为TiO₂纳米材料合适的高分散载体, 其高效载流子传输能力还赋予了复合体系优异的光电性能. 当g-C₃N₄掺杂质量分数仅为0.5%时, 复合体系的光电流响应信号可提高至原来的4.5倍, 增敏效果最好. 该光敏体系的研制显著简化了制备工艺并降低了成本, 同时有效提高了体系的可见光利用效率. 基于该g-C₃N₄/P25光电敏感复合体系, 首次采用光电化学方法实现了中草药抗氧化容量的测定, 为量化中药体系抗氧化性能评估提供了新的思路.