Cu2O-Au复合材料表面甲基橙降解过程的原位SERS研究

SERS技术因其极高的表面灵敏度和选择性而成为表界面反应过程研究的重要工具之一,而光催化性能的调控建立在对其反应过程的分子水平的认识基础上,通过SERS基底与光催化材料的结合可实现催化反应过程的现场监测。本文制备了具备催化活性和SERS活性的双功能Cu₂O-Au复合材料,研究了其SERS增强和光催化降解甲基橙(MO)性能,并采用SERS技术现场研究了光催化降解MO的过程。研究表明,双功能Cu₂O-Au复合材料可将SERS效应和光催化性能有效复合,实现Cu₂O-Au界面处光催化降解过程的现场监测。表面Au纳米粒子的引入可使Cu₂O的SERS效应增强两个数量级,催化降解性能增加1倍;现场SERS监测揭示了光催化降解过程中MO分子的N=N最易断裂,C=C最难断裂,各化学键断裂容易程度由高到低依次为N=N> Ph₁-N=、=N-Ph₂ 以及Ph₁-N=、C-N> Ph-N。     

单位点表面电荷调控提升拉曼检测灵敏度

单位点调控作为一种重要的材料修饰手段,近年来在催化、能源、环境等领域中蓬勃发展。调控单位点,可以有效地调控表面电荷、电子结构、原子空间构型,从而实现材料整体性能的提升。在拉曼检测领域,表面电荷等关键因素被广泛认可并是当下研究热点。然而,单位点对表面电荷调控,乃至对拉曼灵敏度影响尚无系统研究。该研究全新提出单位点(包括单分子、单原子、单原子中心的配体络合物等)的表面电荷调控作用并研究其对拉曼检测灵敏度的影响。其中,利用经典的特异性反应：4-氨基-3-肼基-5-巯基-1,2,4-三唑(AHMT)与甲醛生成6-巯基-5-三唑啉[4,3-b]-s-四嗪(MTT),使得经单位点AHMT调控的Ag材料具有极低的检测限10^-12 mol·L^-1,低于不经单位点AHMT调控表面电荷的10^-9 mol·L^-1,实现了对甲醛分子的超低浓度检测。还研究了单钨原子氧化物调控,对于非特异性反应中的标准分子、农药残留分子检测能力的影响。其中罗丹明6G的检测限可以从10^-12 mol·L^-1     

光镊技术观测悬浮单液滴中过渡金属离子催化的SO2界面氧化反应动力学

硫酸盐是大气气溶胶中重要的二次无机组分,其生成与我国雾霾污染的演化过程密切相关。近年来,发生在气溶胶颗粒中的非均相催化氧化反应被认为对大气硫酸盐的生成具有重要贡献^[1]。然而,有关大气中二次硫酸盐生成的主导机制问题,目前依旧存在争议^[2-4]。研究发现,发生在气溶胶颗粒表面的过渡金属离子(TMI)催化SO₂氧化过程可能是大气硫酸盐生成的一种重要潜在途径。然而,不同环境条件对硫酸盐生成的贡献如何,目前尚未有定论。原因在于,气溶胶颗粒中的硫酸盐生成途径会受到颗粒内物理化学条件的限制,如反应场所、颗粒pH、离子强度、氧化剂供给等。因此,不同途径在不同环境条件下的反应速率可能会存在数量级的差别。SO₂转化为硫酸盐的过程作为大气中气粒转化的代表性问题,目前已经成为大气化学、大气气溶胶物理化学领域的热点问题。     

泡沫镍耦合金纳米结构增强拉曼散射

采用一种简易的化学置换反应方法在泡沫镍基底上生长花针状的金纳米结构,并将其作为表面增强拉曼散射（SERS）基底,主要研究置换时间对SERS基底性能的影响。采用COMSOL Multiphysics仿真软件对金纳米粒子高度分别为100,150,175,200 nm的基底进行电磁增强仿真,得到最大电场强度分别为20.112,29.060,24.766,21.382 V/m,计算得到增强因子分别为1.64×10⁵、7.13×10⁵、3.76×10⁵和2.09×10⁵。使用罗丹明6G（R6G）溶液作为探针分子,对不同置换时间下的泡沫镍镀金基底进行拉曼表征、检测极限测试以及拉曼mapping测试。测试结果表明,置换时间为10 min的基底增强效果是最佳的,对R6G分子的检测浓度可以达到10^-8 mol·L^-1,在613,774,1364 cm^-1这三个R6G分子的拉曼位移特征峰处的相对标准偏差值分别为11.3%、10.9%和11.9%,说明基底...     

多功能Au/TiO_2/CoFe_2O_4材料用于原位SERS监测4-氯苯酚光催化过程

光催化降解性能不仅取决于光催化剂的组成与结构,而且还依赖于光催化剂界面上分子的转变机制。最近我们构建了一分层结构的Au/TiO_2/CoFe_2O_4复合材料,该材料既可作为高效光催化剂用于光降解4-氯苯酚(4-CP),又可作为SERS基底用于4-CP的SERS检测,同时兼具磁性利于回收循环使用。该多功能基底材料可以实现实时精确地原位SERS监测污染物分子在催化剂表面发生的光催化分子转化的详细信息,为准确识别反应中间体和深入了解光催化降解过程中的复杂反应机制提供了参考。     

金属表面催化反应的原位SERS光谱研究

催化表面成分复杂、分子结构不断变化,通过传统的非原位分析手段对其进行表征非常困难。在催化表界面进行原位检测可分析反应物种的变化过程,有望解释催化机理并指导高性能催化剂的制备。表面增强拉曼光谱(SERS)是一种高灵敏度和高特异性的检测方法,并且具有很好的表面选择性,可专注检测表界面物种而不会受到外部组分信号的干扰。我们设计合成了几种双功能纳米粒子,其在催化反应检测中应用表明SERS可以在催化检测中发挥重要的作用,其检测范围有望拓展到SERS模型反应之外的具有实际价值的有机合成催化反应。     

AuCl3催化炔酮分子内环化反应的机理

采用密度泛函理论的B3LYP方法研究炔酮发生分子内环化生成菲衍生物的反应机理.结果表明：在无催化剂和AuCl₃催化剂作用下,反应均可通过[2+2]和[6+2]途径生成产物.无催化剂时,两条途径控制步骤的能垒都较高,但是[2+2]途径的能垒比[6+2]途径的低32.01 kJ·mol^-1,故反应主要通过[2+2]途径进行.在AuCl₃催化作用下,反应的优势途径为[2+2]途径,其能垒为137.05 kJ·mol^-1.比较活化能发现,AuCl₃催化剂明显地降低了反应能垒,使反应能够顺利进行.     

用自由正电子固体表面态湮没技术研究2%PdO/Al2O3

用²²Na的e⁺研究2%PdO/Al₂O₃中PdO空间结构与热处理的关系,利用e⁺湮没参数计算PdO颗粒度,说明自由e⁺固体表面态湮没技术可以应用于催化剂的研究。 关键词：     

一种简单的方法制备SERS基底用于染料分子的富集、降解与检测

用一种简单的方法制备银纳米粒子, 研究了此纳米粒子作为SERS基底、吸附剂和光催化剂的多功能性。在光照条件下研究其对染料分子的光催化性能, 用紫外光谱和表面增强拉曼光谱对整个光催化过程进行动态跟踪检测, 实验结果表明染料分子光照条件下确实被催化降解了。本实验不仅合成了多功能的基底材料, 还赋予了表面增强拉曼光谱新的应用价值, 为光催化实验提供了新的动态跟踪检测方法。     

表面增强拉曼与催化双功能材料研究与应用

表面增强拉曼散射(SERS)是吸附在纳米材料表面分子的拉曼信号被极大增强的现象,而纳米材料由于其量子效应具有优异的催化功能。协同复合材料的催化与SERS活性,在原位-动态环境条件下,研究催化剂本身及其表面的分子转化催化过程,间接超灵敏检测小分子、重金属离子、生物分子等对于催化体系研究具有重要的意义。最近构筑了一系列SERS-催化集成体系,并利用SERS技术研究了其催化机制与应用。     

2017年10期电子期刊

为了增强β-NaGdF₄：Yb³⁺,Tm³⁺纳米晶的上转换发光,克服外延增长钝化壳增大尺寸的不足,利用阳离子交换法制备核壳纳米结构,研究了样品在980 nm激发下的上转换发光性质。首先,利用高温热分解法制备了直径为10 nm的β-NaGdF₄：Yb³⁺,Tm³⁺纳米晶;然后,将制备的纳米晶与Gd³⁺在油酸-十八烯混合溶液中在300℃进行交换反应。实验结果表明,随着表面Yb³⁺和Tm³⁺被Gd³⁺取代,钝化壳的形成抑制了内部Yb³⁺的表面去激发过程,增强了内部Yb³⁺（²F₅）→ Tm³⁺（³H₅,³F_2,3）的能量传递,上转换发光逐渐增强。交换30 min后,Tm³⁺的³H₄ →³H₆近红外发光增强达到最大,为对照样品的6.5倍,而尺寸基本保持不变。在生物成像方面,上转换纳米晶的尺寸必须与生物分子相匹配,同时发光强度要高,阳离子交换法既能增强近红外发光,又能保持原来小的尺寸,在生物成像领域具有很好的应用前景。     

Mixing of two-quasineutron and two-quasiproton Kπ=6+ configurations in the vicinity of 174Yb

In the framework of the projected shell model, we investigate the competition between the two-quasineutron and two-quasiproton K^π=6⁺ states in the ytterbium isotopes and N =104 isotones adjacent to ¹⁷⁴Yb. The ¹⁷⁴Yb results are compared with the experimental data.The K^π =6⁺ isomer observed in ¹⁷⁴ Yb is assigned as an admixture of the ν7/2^-[514] ν5/2^-[512] and π7/2⁺ [404]π5/2⁺ [402] intrinsic structure, which explains the experimental |g K-g R | value. Similar mixing would appear in ¹⁷⁴ Yb, ¹⁷⁶ Hf,and ¹⁷⁸ W. The low-lying K^π=6⁺ states are also predicted in ^170-178 Yb.     

新型白光LED的光谱特性和相关结温特性

利用蓝光LED芯片激发[Ru(dtb-bpy)₃]²⁺(PF₆^-)₂和YAG混合荧光粉的方法制备了新型白光LED,研究了随着[Ru(dtb-bpy)₃]²⁺(PF₆^-)₂含量的增加而引起的白光LED光谱特性的变化。当[Ru(dtb-bpy)₃]²⁺(PF₆^-)₂的质量分数为1.5%时,白光LED的显色指数达到83.2,效率相对于其含量为0%时下降了约20%。另外,研究了结温对于一体化封装的该新型白光LED发光特性的影响,结果表明:高显色LED的结温从30 ℃上升到130 ℃的过程中,芯片的蓝光辐射出现了较大幅度的减少,共降低了27.73%,随之也导致该白光LED总发光强度的衰减,而且其发光效率出现了大幅度的下降,共衰减了31.76%,但是其显色性没有明显的变化。     

柔性SERS基底和具有可调光谱信息的防伪标签

通过电位还原法在柔性棉布表面沉积Ag纳米粒子,首先在棉布表面吸附Sn²⁺离子。由于Sn⁴⁺/Sn²⁺的标准还原电位高于Ag⁺/Ag⁰,因此,浸泡到AgNO₃溶液中后纤维表面的Sn²⁺会将Ag⁺还原成银种。使用温和的还原剂抗坏血酸可以将小粒径Ag原位生长成大颗粒Ag。选取不同种类拉曼探针分子,通过组合方式将不同比例的拉曼探针分子修饰到Ag纳米粒子表面,实现对光谱信息进行精准调控。使用羟胺为还原剂在Ag纳米粒子表面沉积Au壳层,制备具有光学信息存储的壳结构等离子体Ag@Au纳米结构。该材料具有良好的机械性能和时间稳定性。该器件所存储的光学信息可以灵活调控,作为柔性信息调变型防伪材料用于光学防伪。该基底还可以作为柔性基底应用于水果表面农药残留的SERS检测。     

钯在乙醇水溶液中与钌、银、铜和铅的析相绿色萃取分离

在硫酸铵存在下,乙醇水溶液能够分为醇/水两相,在分相过程中,Pd²⁺与KBr和C₂H₅OH₂⁺生成的[PdBr₄^2-][C2HsOH-2⁺]₂三元缔合物能被乙醇相萃取,使Pd²⁺与Ru²⁺、Ag⁺、Cu²⁺和Pb²⁺完全分离。该法在微量钯的分离和富集分析中有一定的实用价值。     

固体核磁共振技术在甲醇制烯烃反应中的应用

甲醇制烯烃过程是由非石油路线生成低碳烯烃的重要途径之一.分子筛因具备独特的孔结构和可调变的酸性质,而成为甲醇制烯烃过程的核心催化剂.固体核磁共振(NMR)是鉴定物质结构、阐释催化反应机理的强有力的工具,在甲醇制烯烃的研究中被广泛应用.本文主要总结了近年来利用原位固体NMR、多维多核NMR、脉冲梯度场NMR等固体NMR技术研究甲醇制烯烃反应机理取得的重要进展.原位固体NMR可以在真实反应条件下监测催化反应中反应物、中间体和产物的动态演变过程;多维多核NMR可以在不破坏催化剂结构情况下确定反应中间体结构信息,特别是¹²⁹Xe NMR可以很灵敏探测反应中催化剂的孔道结构变化;脉冲梯度场NMR可用于测定孔道内分子的扩散系数,阐明分子筛的扩散机制.     

薄膜微区厚度测定计算程序——Monte Carlo模拟

根据作者发展的理论和计算方法^[1-8],编制了有衬底薄膜厚度测定的计算程序。本程序使用方便,已广泛应用于各类功能薄膜材料的测定计算中。     

CO吸附和加氢反应过程的原位高压MAS NMR研究

应用原位变温高压MAS核磁共振技术,对比研究了CO在不同Rh基催化剂上的吸附和加氢反应过程. ²⁹Si MAS NMR研究结果表明：Rh基催化剂中加入金属助剂后,载体Silicate-1上的表面硅羟基减少,助剂金属与硅羟基作用锚锭在载体表面.¹³C MAS NMR研究结果表明：当引入CO/H2混合气后,在Rh/Silicate-1催化剂上只能观测到气相CO、线式吸附CO和孪式吸附CO的快速交换信号;而在Rh-Mn/Silicate-1和Rh-Mn-Li/Silicate-1催化剂上,还观测到了倾斜式吸附的CO共振信号,表明助剂Mn或Mn-Li的加入促进了CO的吸附. 随着反应温度升高,CO/H₂在Rh/Silicate-1催化剂上转化生成CO_²,进一步升高温度会有CH₄生成;而CO/H₂在RhMnLi/Silicate-1催化剂上反应活性更高,在较低的温度下就会转化生成CO₂,但未观测到甲烷的生成. ¹H MAS NMR 谱显示,反应后载体Silicate-1上硅羟基的量会减少,表明CO与载体部分表面硅羟基反应生成了CO₂.     

三苯膦-铂(Ⅱ)络合物的质子核磁共振研究(Ⅰ)

过渡金属离子的d-电子特性,使得它们的络合物可以在很多有机合成反应中起催化作用,含三苯磷配体的反式铂氢络合物就是一种稳定的、广泛应用的催化剂^[1.2.3.4.]。为此,本工作合成了反式-[PtHXL₂],L=PPh₃,X=Cl^-、Br^-、I^-、NO₃^-、NO₂^-、NCS^-六种铂络合物,并测定了其¹H-NMR谱。实验获得该络合物系列中,与铂(Ⅱ)相连的质子在高场具有较大的化学位移,即δ_H=-12~-24ppm和很大的铂-氢偶合常数即J_pt-H=900-1400Hz,以及磷氢偶合常数即J_p-H≈15Hz。此外,还研究了配体对铂-氢的¹H化学位移及铂-氢偶合常数;铂-氢键长对铂-氢的¹H化学位移的影响,并找出了一定的规律性。从而得到了络合物的顺反异构,键合异构及电子密度分布的有关信息。关于铂络合物的核磁共振研究,虽有过报道^[5.6],但配体为三苯膦的反式-[PtH(PPh³)₂]系列络合物NMR研究,尚未见报道。     

低温促进表面等离激元共振效应及肌酐的超灵敏表面增强拉曼散射探测

肌酐是肾脏疾病诊断和监测的关键生物标志物,因此,快速、灵敏的肌酐检测非常重要.本文提供了一种通过提高低温下的光子诱导电荷转移效率来促进表面增强拉曼散射光谱(SERS)活性的有效策略.采用种子生长法获得纳米金二十面体(Au₂₀),以此作为SERS活性基底.采用极低温(98 K)SERS检测技术实现对染料分子结晶紫(CV)和生理盐水中的肌酐含量的快速、灵敏检测.实验结果表明:常温296 K下, Au₂₀基底对CV分子的检测限(LOD)低至10^–12 mol/L,并且信号均匀;低温98 K时, CV分子的LOD可达10^–14 mol/L,比296 K时降低2个数量级.最后,使用Au₂₀基底对生理盐水中的肌酐进行无标记检测.结果表明,常温296 K时该SERS基底对肌酐的LOD为10^–6 mol/L, 1619 cm^–1峰的线性相关系数为0.9839.低温98 K时,肌酐的浓度探测极限低至10^–8 mol/L, 1619...