低维纳米材料在质子交换膜燃料电池电催化反应中的应用

在聚合物膜燃料电池中,电催化剂决定了电池的运行寿命及性能。本文按照材料维数的不同,分别介绍了近年来零维、一维和二维材料在聚合物膜燃料电池电极反应中应用的最新研究进展;并对各类聚合物膜燃料电池电催化反应的机理和研究侧重点进行了详细的介绍。     

纳米结构钴薄膜电极的制备及其异常红外性能研究

用循环伏安电沉积法在玻碳基底上制备纳米结构钴薄膜, 扫描电子显微镜研究结果表明, 纳米结构钴薄膜主要由平均粒径为150 nm的钴粒子组成, 同时还有为数不多的粒径在400~500 nm的钴粒子. 以CO为探针分子, 结合原位傅里叶变换红外反射光谱研究结果, 发现所制备的纳米结构钴薄膜具有异常红外效应. 吸附态CO发生异常红外吸收, 谱峰增强了26.2倍, 测得线型吸附态COL的Stark系数为77.5 cm-1·V-1.     

枝晶状Pt 薄膜的制备及其特殊红外效应

采用方波电位, 在10×10^-3 mol·L^-1 K₂PtCl₆+3×10^-4 mol·L^-1 PbAc₂+0.5 mol·L^-1 HClO₄溶液中, 于本体Pt 电极上电沉积制备出枝晶状Pt 薄膜. 随着沉积时间的增加, 枝晶长度逐渐由400 nm增加到900 nm, 且枝晶上的小晶粒(~10 nm大小)变得密集. 根据循环伏安(CV)曲线中氢吸脱附电量可得出Pt 薄膜具有中等粗糙度(C_r=9-36), 且电极表面的粗糙度随着沉积时间增加而增大. 观察到Pt 薄膜上吸附态CO的原位红外光谱具有明显的增强吸收效应, 当沉积时间为6 min 时所制得的枝晶Pt 电极的红外增强效应最大. CO呈现多种谱峰形状, 随着沉积时间的增加, 谱峰形状依次为左高右低的双极峰(类Fano 红外效应), 单极向下(表面增强红外吸收), 左高右低的双极峰, 单极向上(异常红外效应), 左低右高的双极峰和单极向下. 这表明纳米材料薄膜所呈现出的特殊红外性能, 与纳米材料的尺度和聚集状态等密切相关. 所制备的枝晶状Pt 薄膜有望为深入认识纳米材料的特殊红外性能提供一个良好的模型材料.     

铂和钌纳米薄膜电极的全湿法制备及表面增强红外效应

金属纳米薄膜的合理制备是衰减全反射表面增强红外光谱法(ATR-SEIRAS)成功应用的关键. 通过简便可控的全湿法镀膜, 即先在红外窗口硅面上化学镀金膜, 而后再电沉积铂或钌, 制得具有极强表面增强红外效应、吸收峰向正常且几乎“无针孔”的铂或钌纳米薄膜电极, 从而可使ATR-SEIRAS技术广泛应用于研究铂、钌电极表面的吸附与反应.     

CO在载钯分子筛薄膜电极上的增强红外吸收

以NaY分子筛超笼为微型反应器,通过“瓶中造船”技术合成钯原子簇(Pd₁₃).并首次把粗糙的分子筛薄膜电极引入到电化学原位红外反射光谱研究,发现了一类新的增强红外吸收现象.与金属钯电极相比,CO红外吸收带的谱峰强度显著增加,半峰宽加宽.研究结果表明,这种增强红外吸收取决于钯原子簇的纳米尺度及分子筛超笼的特殊环境.     

酸性溶液中过渡金属及合金纳米薄膜电极的异常红外效应研究

以循环伏安方法在玻碳载体上制备纳米级厚度的过渡金属 (Pt,Pd ,Rh ,Ru)和合金 (PtPd ,PtRu)薄膜电极 ,并运用原位FTIR反射光谱研究了CO的吸附过程 .发现所制备的纳米薄膜电极均具有异常红外效应 ,即与本体金属电极相比较 ,吸附在纳米薄膜电极上的CO分子的红外吸收被显著增强 ,并且红外谱峰方向倒反 .本文的结果进一步证明异常红外效应是一种新的、普遍的现象 ,主要取决于过渡金属或合金膜的结构和厚度 .对异常红外效应的深入认识 ,不仅将推动红外反射光谱及界面电化学理论的发展 ,而且将在表面和界面分析中得到广泛应用 .     

二维金属纳米材料的合成及电催化应用的研究进展

基于各种电化学过程的能源转化技术是未来可持续能源利用和发展的关键, 而催化剂在其中扮演着非常重要的角色. 二维金属纳米材料因其独特的物理化学性质在许多电催化反应中都展现出巨大的应用潜力, 也因此受到了广泛关注. 本文介绍了二维金属纳米材料的常见合成方法与策略, 并综合评述了近年来该类材料在电催化应用领域中的研究进展, 重点探讨了材料的组分和微观结构等因素对其性能的影响机理, 最后对二维金属纳米材料目前所面临的挑战以及未来的研究方向进行了总结与展望.     

近布鲁斯特角反射泵浦-探测二维红外光谱的增强因子极限

本文分别模拟了在透射条件和近布鲁斯特角反射条件下的二维红外光谱. 在模拟反射的信号增强因子时,考虑了光的色散以及可能的s-光泄露. 模拟显示,色散对二维红外光谱线型的影响较小且易于矫正. 红外偏振片的不完美所造成的s-光泄露会限制增强因子,但是这一极限要远高于现有常规实验所能及的范围. 在现有实验中,真正主要影响现有增强因子的是入射角的精度,现在常用的旋转台可能无法满足高因子所需的精度. 此外,泵浦脉冲和探测脉冲的传统能量比为9∶1,而在反射条件下该比值可能并非最佳,可改为2∶1. 考虑上述各因素,以现有实验条件应该可以实现1000倍的信号增强. 尽管如此,近布鲁斯特角反射法不仅会放大信号本身,也会放大信号固有的噪音,因而适用于噪音与信号本身没有关联、特别是噪音主要由探测脉冲的波动造成的条件. 如果信号的固有噪音占主导,此方法难以提高信噪比. 本文的理论模拟结果与文献中实验结果基本一致,为在布鲁斯特角附近实现更高倍数的信号增强打下了基础.     

表面增强红外光谱电化学揭示电催化界面阳离子特异性吸附及效应

利用表面增强红外吸收光谱结合电化学技术,探究了Li⁺、Na⁺和四甲基铵（TMA⁺）3种阳离子存在时4-硝基苯硫酚（4-NTP）电催化反应活性差异的来源,研究了阳离子与电极表面的特异性相互作用对电催化反应活性的影响。通过构建振动斯塔克光谱明确了阳离子对双电层结构及界面电场的作用,进一步结合谱学以及电化学方法表征结果可以得出,不同阳离子亲疏水性质的差异影响了其与界面的特异性相互作用,其中,TMA⁺通过特异性作用充当电荷转移的媒介,有效降低了体系的电荷转移电阻,从而在一定程度上改善了电催化反应活性。本研究结果表明,特定的阳离子/界面相互作用和阳离子特性对电催化反应的影响,有助于增进对电化学带电界面上阳离子效应的理解。     

红外吸收光谱法测定钼中氧

金属钼具有熔点高、硬度高、耐酸性等特性,在硬质合金和军工产品中具有广泛的应用.金属钼及合金中氧含量对其性能有着很大影响[1],很多产品对其中氧的含量有一定要求.但由于钼的熔点高达2 610℃,不易熔化和释放出氧,对其测定有一定困难.本工作采用EMGA-620W氧氮测定仪,利用该仪器功率高的优良特性,对金属钼中氧进行测定.     

碳纳米材料的细胞生物效应

碳纳米材料包括富勒烯如C60、金属富勒烯、碳纳米管及其衍生物等.这一类纳米材料不仅在环境和生物医学领域已有大量的基础研究成果,而且具有广泛的应用前景.因此,理解它们与细胞相互作用的过程和相互作用机制,对阐明它们的生物医学功能十分重要.尤其是这类纳米颗粒是否能够进入细胞,如何进入细胞,在细胞内的定位,以及对细胞的生物学功能有何影响,本文对这些问题,从不同的方面进行了综述和探讨.为这类纳米材料的生物医学应用提供了较为系统的基础知识.     

Plasma Based Synthesis of Nanomaterials for Development of Plasmon Enhanced Infrared Responsive Optoelectronic Device

Plasma Chemistry and Plasma Processing - We report plasma based fabrication of an optoelectronic device with plasmon enhanced infrared sensitivity realized by integrating plasmonic gold...     

In situ IR Absorption Measurements as Diagnostics in Plasma Polymerization

Plasmas and Polymers -     

温差电量子效应及低维温差电材料

介绍了温差电的基本原理和影响温差电性能的因素以及低维温差电材料的量子效应和理论模型。有计算表明,低维温差电材料随着维度和尺度的降低,温差电性能将得到显著提高,展现了低维温差电材料的广泛应用前景。     

Molecule‐Enhanced Surface‐Enhanced Infrared Absorption Spectroscopy (MOSEIRA)

Surface‐enhanced infrared absorption spectroscopy (SEIRA) of methanol, ethanol, 1‐propanol, and 2‐propanol in thin films on planar silver halide (AgX) fibers under slow N₂ flow using 1 sec scans reveals structure in absorbance–time plots. The absorption intensities show extra enhancements (3×) in the absorbance (O? H stretch) ascribed to oligomers present at the AgX surface (molecule enhanced, thus MOSEIRA).This is above those due to amplification (40×, 20 reflections) and enhancement (30×, image dipoles or surface phonon polaritons). In the case of ethanol an excellent initial pentamer spectrum evolves over 8–10 min to a mixture of pentamer, tetramer, and trimer spectra that within another minute forms small oligomers and monomers. We use a new type of cell for infrared spectroscopy containing an AgX planar fiber. The optical configuration leads to a vicinal region at the surface defined by evanescent waves. Within this region are surface‐induced organized species such as ethanol oligomers. The planar AgX fiber supports 20 reflections and transmits light over a wide visible–infrared wavelength range. Short scan times permit the study of volatile substrates or solvents, including the effects of solvent polarity.     

Abnormal IR effects of Pt nanostructured surfaces upon CO chemisorption due to interaction and electron-hole damping

The abnormal IR effects (AIREs) characterized by a positive-going peak of platinum (Pt) nanostructured surface generated in a square-wave potential treatment upon CO molecule chemisorption was observed and analyzed with a consideration of the interparticle interaction and electron-hole damping between nanoislands and CO molecules. A theoretical simulation shows that the islanded nanostructured Pt surfaces, which gives rise to interparticle interaction, coupling with electron-hole mechanism, may contribute to the origins of positive-going peak (AIREs) observed by in situ Fourier transformation IR (FTIR) experiments.     

Nanomaterials and Analytical Chemistry

Abstract

Nanomaterials play an important role in the area of sensor technology. In fact the sensitivity and the signal‐to‐noise ratio of many chemical sensors are significantly improved using nanomaterials. They have allowed the introduction of many strategies in sensors and biosensor technology. Recently, catalytic nanomotors were used for drug delivery, showing an oriented motion into the cells when they are assembled using magnetic nanowires. In this review, detailed bibliographic references are presented concerning the assembling of nanomaterial‐based sensors, and a brief discussion about the potential health risk of nanoparticles will be also presented.     

Nanomaterials and lab-on-a-chip technologies

Lab-on-a-chip (LOC) platforms have become important tools for sample analysis and treatment with interest for DNA, protein and cells studies or diagnostics due to benefits such as the reduced sample volume, low cost, portability and the possibility to build new analytical devices or be integrated into conventional ones. These platforms have advantages of a wide set of nanomaterials (NM) (i.e. nanoparticles, quantum dots, nanowires, graphene etc.) and offer excellent improvement in properties for many applications (i.e. detectors sensitivity enhancement, biolabelling capability along with other in-chip applications related to the specificities of the variety of nanomaterials with optical, electrical and/or mechanical properties). This review covers the last trends in the use of nanomaterials in microfluidic systems and the related advantages in analytical and bioanalytical applications. In addition to the applications of nanomaterials in LOCs, we also discuss the employment of such devices for the production and characterization of nanomaterials. Both framed platforms, NMs based LOCs and LOCs for NMs production and characterization, represent promising alternatives to generate new nanotechnology tools for point-of-care diagnostics, drug delivery and nanotoxicology applications.