矿物基环境修复材料制备及应用的综合性实验设计

为促进“研学结合”,增强学生实际操作能力,依托于化学实验平台设计了“矿物基环境修复材料制备及应用”的化学综合实验。实验内容包括改性沸石材料的制备、表征和应用探索。实验由教师科研成果转化而成,已在本校环境化学综合实验课中进行教学实践,该实验可以使学生掌握文献调研、材料制备与表征、性能分析、数据处理等重要技能,锻炼学生综合实验设计和思维创新的能力,激发了学生探索环境修复材料前沿知识的兴趣。     

珊瑚状Ni2P修饰新型四足状Cd0.9Zn0.1SZB/WZ同质结光催化剂的高效可见光光催化产氢

随着社会发展,传统化石能源消耗加剧,人类迫切需要开发新型的清洁能源.半导体光催化分解水产氢是一种非常具有潜力解决能源危机的清洁技术.目前,金属硫化物半导体有着合适的能带结构和高效的光催化产氢能力而得到了广泛的研究.通常,为了提高光催化剂产氢性能,添加贵金属助催化剂是一个行之有效的方法.但是贵金属昂贵的价格限制了其大规模的应用,因此有必要研究储量丰富,价格低廉的高效助催化剂.Ni₂P,CoP,Co₂P,MoP,Cu₃P等过渡金属磷化物具有价格低廉,优异的稳定性和催化性能而被用作电催化产氢的催化剂.通常,用于电催化产氢的催化剂往往可以作为光催化产氢的助催化剂.众所周知,催化性能与材料的形貌密切相关,因此,具有棒状、中空、片状等形貌的金属硫化物被制备并用于光催化产氢.然而,四足状结构的金属硫化物研究较少.在已有的Ni₂P(NP)相关研究中,仅合成了纳米颗粒状的NP.本文成功合成了四足状Cd_0.9Zn_0.1S(CZS)和珊瑚状形貌的NP,进一步得到一系列Ni₂P-Cd_0.9Zn_0.1S(NPCZS)光催化剂,采用XRD,SEM,TEM,XPS和ICP-AES测试了样品的结构、形貌、表面成分和元素含量,并测试了样品的光催化产氢性能.采用水热法合成的CZS样品具有特殊的四足状形貌,足部由纳米棒组成.XRD结果表明,四足状CZS中立方相(WZ)和六方相(ZB)共存.经TEM进一步分析,发现CZS中心部位呈ZB相结构,而足部却是WZ相.经光催化性能测试,这种新型四足状CZS表现出优异的光催化产氢性能.进一步通过超声或研磨破坏四足状结构后,发现CZS的产氢性能显著下降,说明四足状形貌是材料性能提高的关键.通过分析WZ和ZB两物相的价带顶和导带底的电位发现,ZB/WZ间形成的同质结可以加速光生载流子的分离和传输.NP也采用水热法制备,其具有珊瑚状形貌.该形貌具有高的比表面积,可以提供更多的活性位点,进一步提高了材料的光催化性能.光催化性能测试表明,NP负载量为12 wt%的NPCZS-12样品表现出很好的产氢性能(l.88 mmol h^-1),是纯CZS的1.43倍.同时,NPCZS-12具有良好的光稳定性和循环使用性能.结合光催化实验、光谱实验、表面光电压和电化学测试的结果发现,四足状形貌、同质结和NP助催化剂的协同效应是NPCZS具有良好光催化性能的主要原因.     

辽东湾某平台冰堆积成因及安全问题分析

辽东湾某平台位于辽东湾海域,该海域每年冬季都会形成大量的海冰,海冰给平台的作业生产及船舶运输带来严重安全威胁.由于辽东湾某平台结构特殊,海冰不仅使平台发生较强的冰激振动,同时海冰也在平台底部形成堆积,给平台冬季的安全运行带来一定的安全隐患.基于多年冬季现场监测,针对平台底部冰堆成因及冰阻塞对平台安全影响进行分析,并给出应对措施及建议.     

深水发电机组方形网格系固结构的动力响应研究

系泊系统在深海洋流发电的整体安全性方面占据着重要地位,其部分或全部损毁均有可能造成洋流发电机丢失。为验证两种不同系固方法的优劣,依据凝集质量法建立方形网格系固结构的力学模型,以台湾海峡实测水文参数为环境载荷,探究该方形系固结构的动力响应问题。研究结果表明:对照组复合缆末端的有效张力变化幅值小,在大幅度急变流条件下,line1 EndB的有效张力随时间变化幅值仅为2line7,5的1/10;沿缆长方向,方形网格系固条件下,相对于复合缆两端有效张力的差值来说,发电机模型系缆两端有效张力的差值较小。单根缆绳断裂情况下,采用网格系固法,能够有效分散断裂缆绳的有效张力,相比于对照组复合缆line2 EndB端有效张力增量为4.94%,网格系固法未断裂缆绳1line11,1EndB有效张力增量仅为0.154%,这种方法表现出较强的应急能力。同时发现,网格系缆与网格基地的连接点沿边界对称分布时,系统整体的高频振动能够得到有效抑制。     

UKF-PID模式下动力定位海洋平台-立管系统的动力学分析

在强外界载荷下,在海洋平台-立管多体系统中的海洋平台和立管间的相互耦合作用会加强。从而导致整个系统的非线性增强。考虑到动力定位海洋平台-立管多体系统的强非线性,结合真实的海上施工工程背景和凝集质量法,基于Python镶嵌编程和OrcaFlexAPI模块的组成以及运用规则,对OrcaFlex进行了局部的二次开发,建立了一种基于无迹卡尔曼滤波的UKF-PID控制的动力定位平台-立管多体耦合系统。最终建立了无迹卡尔曼滤波模式下PID控制的动力定位海洋平台-立管刚柔多体模型,并对该模型在特定海洋环境下进行了动态仿真。计算结果对于具体工程实践有着一定的指导意义。     

有机/无机复合功能材料倒脊型波导热光开关

利用溶胶-凝胶技术自主合成了一种具有优良光学特性和高热稳定性的有机/无机复合芯层材料.这种功能材料的分子中含有有机柔性侧链,可形成环氧交联.与无机SiO2-TiO2体系相比,具有较高的热光系数(量级为10-4/K),以及更好的成膜性和可加工性.通过与实验室自行配制的P(MMA-GMA)包层材料相匹配,设计制备了基于这种有机/无机复合功能材料的倒脊型波导马赫-曾德尔型热光开关.器件的波导与热电极性能良好.插入损耗为10dB,驱动功率15mW,开关时间小于1ms,消光比15dB.     

聚合物费米型截面阵列波导光栅的优化设计

利用微扰理论给出"等效矩形波导法",分析了费米型截面硅基聚合物阵列波导光栅的传输特性.模拟表明,波导的费米型截面将使阵列波导光栅的传输光谱产生漂移、并使串扰增大.为了消除光谱漂移、减小串扰、实现正常的解复用功能,对阵列波导光栅的结构参量进行了重新优化.结果表明,重新设计的费米型截面聚合物阵列波导光栅的光谱响应和串扰恢复到初始设计的聚合物矩形截面阵列波导光栅的水平.     

O2-2,4-二硝基苯基偶氮二醇盐类化合物的设计、合成及抗肿瘤活性

以O2-2,4-二硝基苯基偶氮二醇盐(PABA/NO)为先导化合物,选择适当的仲胺作为偶氮二醇盐中相应的胺片段,并用碳氮键取代苯环5位的碳氧酯键,设计合成了化合物2a,2b和4a~4j,以期获得活性更强且稳定性好的抗肿瘤药物.目标化合物经1H NMR,13C NMR及HRMS进行了结构确证.生物活性测试结果表明,目标化合物可不同程度地抑制结肠癌HCT-116细胞的增殖,其中化合物4h的活性最强(IC50=7.945±0.421 μmol/L),优于PABA/NO(IC50=12.134±0.675 μmol/L).NO释放实验结果表明,此类化合物的NO释放量与细胞毒性呈正相关.化合物4h在HCT-116细胞中释放NO的量最多,约是正常细胞的2倍.此外,化合物4h在大鼠血浆中的体外稳定性显著优于PABA/NO,值得进一步研究.     

铁质破片的高光谱图像识别研究

高光谱成像凭借高的光谱分辨率、图谱合一、波段多的特点,能够为待分类目标提供多维的参考信息,从而提高分类精度。爆炸破片的识别回收能够为爆炸威力的评估和防爆措施的设计提供参考。针对当前破片检测中多采用可见光波段或红外波段等单个波段进行检测,忽略了破片目标与背景对不同波长的光有着不同的吸收程度,没有将多波段破片特征充分利用,为此结合高光谱检测手段,提出了一种空间分割结合光谱信息的爆炸破片识别方法。在实验室环境下,首先采集铁质破片、石头、树叶的高光谱图像,对采集的样本图像数据做预处理,包括去噪声以及黑白校正反演反射率信息等,感兴趣区域随机提取三类样本像素点共750个,随机选取600个点作为训练集其余作为测试集,通过训练后得到预测准确度分别为88%、 88%、 94%的决策树模型。其次模拟了铁质破片散落在含有石头树叶的沙土中的场景并采集其高光谱数据,通过前后级联的空谱融合方法,在空域经过图像增强和去噪等预处理之后,采用边缘检测结合区域生长以及形态学处理的方法对空间图像进行分割,得到沙土上有形态的目标,空间分割的交并比(IOU)达到93.5%,真阳率(TPR)达到97.4%;然后结合光谱域训练得到...     

基于MZI结构的二氧化硅波导模式选择开关

设计并且制备了一种基于马赫-曾德尔干涉仪结构的二氧化硅波导模式选择开关。该器件由不对称定向耦合器及金属电极组成。通过金属电极产生的热场改变单模波导中的模式相位,实现了单模波导中E₀₀模式向多模波导中E₁₀模式的转换。器件采用标准CMOS工艺制备,在调制臂两侧引入空气槽,提高热场调制效率,降低开关功耗。实验结果表明,当输入E₀₀模式时,输出端的串扰小于-17.13 dB,消光比大于16.7 dB;当输入E₁₀模式时,输出端的串扰小于-19.84 dB,消光比大于22.5 dB。模式开关的上升时间和下降时间分别为0.7 ms和1 ms。该模式选择开关在模分复用系统中具有良好的应用前景。