宏观均相多孔电极电化学阻抗谱基础

电化学阻抗谱可用于诊断多孔电极内电荷转移反应,即界面电荷集聚和电荷传导,以及反应物质输运。本文采用复相量方法,在同态假设条件下,重新推演多孔电极阻抗谱模型,厘清传统多孔电极阻抗谱模型中的模糊性表述。(1) 定义多孔电极表征输入参数,包括电极基体电子电导率σ₁ 、电解质离子电导率σ₂、界面电荷传递电导率g_ct、单位面积界面电容C、固相扩散系数D、速度常数k、电极厚度d、特征孔深L_p 和单位体积表面积S_c;(2) 解析阻抗谱特征输出参数,包括场扩散常数K,特征频率ω₀、ω₁、ω₂、ω₃和 ω_max,它们分别相关于界面传导反应、有限场扩散、氧化还原反应、孔内扩散和最小特征孔尺寸,以及分别对应于从传导到扩散和从扩散到饱和的转折频率f_k1 和f_k2;(3) 当参数X和Z同时变化时(X = σ₁和Z = d,S_c,L_p,C,g_ct,D,k),通过阻抗谱特征参数的演变规律,分析了电荷转移反应中X和Ζ参数耦合竞争;(4)为深入分析电荷转移反应中参数X和Z的耦合竞争,引入了分叉频率f_XZ和f_ZX 。f_XZ和f_ZX所处位置可以用于表征参数X和Z影响电荷转移反应的深度和广度。当分叉频率f_XZ和f_ZX不存在时,表明电荷转移反应中参数X和Z在全频率范围内存在耦合竞争。总之,借助于特征频率和分叉频率,本文一方面研究了动力学参数和微观结构参数对多孔电极中电荷转移反应的影响,另一方面分析谱图的变化及其背后的阻抗谱特征演化规律。本文研究结果可为阻抗谱的系统仿真和辨识提供理论基础,可为多孔电极内电荷转移反应的竞争分析提供技术支撑,还可为电化学储能系统的优化设计提供诊断工具。     

化学与社会文理渗透型课程建设的实践与思考

在碳金融为首的化学与经济相结合的时代背景下,经济与管理专业的学生必须具备足够的化学知识以应对未来的挑战,化学的思维方式对经济与管理专业学生在研究问题时意义重大。在分析经济与管理专业生源差异的基础上,作者提出了从课程目标、教学内容以及教学方式上进行文理渗透型的化学与社会课程建设的方法。进一步提出了将传统的化学与社会课程与MOOC进行有机结合,使化学学习更加生趣和灵活化。     

Tetraolefin stereospecific photodimerization and photopolymerization in coordination polymers

In the context of the highly desirable design and preparation of smart materials with adjustable properties based on photoreactive compounds,we report two unique photoreactive coordination polymers (CPs),{[Zn(4-Iba)₂(4-tkpvb)]·H₂O}_n(1,4-HIba=4-iodobenzoic acid,4-tkpvb=1,2,4,5-tetrakis(4-pyridylvinyl)benzene) and[Cd(1,4-bdc)(4-tkpvb)]_n(2,1,4-H₂bdc=1,4-benzenedicarboxylic acid).Depending on the metal ions and auxiliary carboxylate ligands used...     

Visible Light and Microwave-Mediated Rapid Trapping and Release of Singlet Oxygen Using a Coordination Polymer

Due to its high reactivity and oxidative strength, singlet oxygen (¹O₂) is used in a variety of fields including organic synthesis, biomedicine, photodynamic therapy and materials science. Despite its importance, the controlled trapping and release of ¹O₂ is extremely challenging. Herein, we describe a one-dimensional coordination polymer, CP1 , which upon irradiation with visible light, transforms ³O₂ (triplet oxygen) to ¹O₂. CP1 consists of Cd^II centers bridged by 9,10-bis((E)-2-(pyridin-4-yl)vinyl)anthracene ligands which undergo a [4+2] cycloaddition reaction with ¹O₂, resulting in the generation of CP1−¹O₂ . Using microwave irradiation, CP1−¹O₂ displays efficient release of ¹O₂, over a period of 30 s. In addition, CP1 exhibits enhanced fluorescence and has an oxygen detection limit of 97.4 ppm. Theoretical calculations reveal that the fluorescence behaviour is dominated by unique through-space conjugation. In addition to describing a highly efficient approach for the trapping and controlled release of ¹O₂, using coordination polymers, this work also provides encouragement for the development of efficient fluorescent oxygen sensors.     

泽尼克多项式校正全息阵列光镊像差的实验研究

像差会影响光镊对粒子的捕获效果. 全息阵列光镊中, 像差不仅来自光学元件, 由特定算法设计的光阱相位片也会在光路中引入像差. 本文通过液晶空间光调制器加载泽尼克多项式相位图, 对全息阵列光镊中由光栅透镜组型算法引起的像差进行校正. 结果显示: 利用三阶泽尼克多项式可有效消除光路中由光栅透镜组型算法引 起的慧差, 使得捕获2 μm聚苯乙烯小球的阵列光阱刚度提高了约40%; 对比不同项的像差校正结果发现, 全息阵列光镊中由算法引起的慧差 与光学元件引起的像差一样, 也会对阵列光阱的捕获效果产生较大影响; 同时根据一阶像差校正结果可得光栅透镜 组型算法对于一阶泽尼克像差具有鲁棒性. 实验结果表明, 对全息阵列光镊中由 算法引起的像差进行校正, 对于提高光阱的捕获效果和深化对算法特性的认识都具有重要意义.     

硬X射线调制望远镜低能探测器量子效率标定

低能X射线望远镜是硬X射线调制望远镜卫星的主要载荷之一,探测器采用CCD236.探测器的量子效率会影响能谱拟合和绝对流量,有必要对其进行标定.利用~(55)Fe放射源,以硅漂移探测器为标准探测器,标定了CCD236在Mn-K_α(5.899 keV)和Mn-K_β(6.497 keV)能量点处的量子效率,此能段在Fe线附近,对X射线天文观测有重要价值.考虑探测器的分裂事例后,Mn-K_α和Mn-K_β处的量子效率分别为71%和62%.在-95—-30?C工作温度范围内,CCD量子效率与温度无关.利用CCD236的结构及实测的量子效率,不考虑沟阻影响,得到耗尽层厚度为38μm.对CCD236施加不同的电压,其量子效率基本不变,表明其在两相驱动下高低电平的耗尽层厚度相等,进而说明CCD236一直工作在深耗尽状态,其耗尽层到了外延层和衬底层边界,已达最大值.     

Rational design of new phases of tin monosulfide by first-principles structure searches

Tin monosulfide (SnS), which is composed of earth-abundant elements, holds promise as useful high-performance solar absorber and thermoelectric material. In addition to the ground-state Pnma phase, a series of metastable phases in different crystalline structures have been reported experimentally or theoretically, yet the phase stability diagrams remain elusive. In this article, we provide a comprehensive materials design study of new phases of SnS using first-principles global optimization structure search calculations. We find that the two-dimensional layered phases are generally more energetically favored than the three-dimensional connected phases. In addition, we discover several new phases with comparable energetics. Four lower-energy phases show clear phonon stabilities evidenced by an absence of imaginary modes. The electronic band structures, carrier transport properties, and absorption spectra of the newly discovered phases are investigated and discussed toward potential applications for solar cells and thermoelectric devices.     

BUC-21/N-K2Ti4O9复合材料光催化去除Cr(Ⅵ):组成上的细微差异导致性能上的巨大差异

近年来,金属-有机骨架(MOFs)作为一种多相光催化剂因其合成方法多样、活性位点可调等优点被越来越多地应用于光催化还原Cr(Ⅵ)、还原CO2和降解有机污染物等领域.但多数MOFs被其电导率低、电子与空穴的快速复合以及仅在紫外光下激发下才能表现出光催化活性等缺点限制了其进一步应用.为此,与g-C3N4、Ag2CO3、TiO2、Bi24O31Br10等半导体、电活性聚合物(PANI)、导体(RGO)、贵金属纳米颗粒(Ag,Pd)等构建复合物是增强MOFs光催化性能的一个有效策略.本文采用简单的机械球磨法,以BUC-21和N-K2Ti4O9为前驱体快速制备了一系列BUC-21/N-K2Ti4O9复合材料(记为B1NX,其中X=0.2,0.5,1,2,3和4,代表N-K2Ti4O9在复合物中的比例).采用粉末X射线衍射(PXRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、高倍透射电镜(HRTEM)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对UAC-X复合物的形貌和结构进行了表征.研究了B1NX在紫外光和白光照射下光催化还原六价铬(Cr(Ⅵ))的性能.探究了不同pH(pH=2-8)、不同小分子有机酸(柠檬酸、酒石酸和草酸)及共存离子(自来水和湖水中的离子)对光催化还原Cr(Ⅵ)的影响.结果表明,PXRD谱图显示B1NX的衍射峰位置分别与BUC-21和N-K2Ti4O9峰位置完全吻合.SEM、TEM、EDS和HRTEM图片证明在B1NX复合物中BUC-21附着在N-K2Ti4O9表面.在紫外光照射下40 min后,B1N0.5的光催化活性最高,还原效率达到100.0%,且还原速率是BUC-21的1.42倍.而在白光照射下,随着N-K2Ti4O9含量的增加,复合物的光催化活性先增后减.最佳比例B1N3可在100 min时还原99%的Cr(Ⅵ),远远优于对Cr(Ⅵ)几乎无还原能力的BUC-21和N-K2Ti4O9.这是因为N-K2Ti4O9含量的增加不仅有利于电荷的转移,也有利于白光的利用.在紫外光和白光照射下,随着溶液pH值从2提高到8,还原效率逐渐降低.这是因为在酸性条件下H+浓度高有利于Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),而当pH>6时,Cr^3+与OH-形成Cr(OH)3沉淀附着在催化剂表面,影响对光的吸收,降低了光催化效率.当反应体系中加入草酸、柠檬酸和酒石酸等小分子有机酸时,光催化速率得到显著提高,这是由于小分子链烃有机物容易捕捉光生空穴.共存离子实验表明,虽然湖水和自来水中的共存离子对B1N0.5和B1N3的还原性能稍有抑制,但当反应时间延长时,这种影响可忽略不计.表观量子效率实验证明B1NX还原Cr(Ⅵ)是光诱导过程.光致发光分析、时间分辨光致发光分析、电化学分析、电子自旋共振(ESR)和活性物质捕获实验显示,B1N0.5和B1N3中BUC-21最低未占轨道(LUMO)上的光生电子转移至N-K2Ti4O9导带,提高了光生电子和空穴的分离效率,最终增强了光催化还原Cr(Ⅵ)的活性.N-K2Ti4O9的引入也使得BUC-21的光吸收区域拓展至白光,实现了其实际应用的潜力.同时,B1N0.5在紫外光照射下和B1N3在白光照射下经过5次光催化循环实验后其还原Cr(Ⅵ)效率仍然可达99%,且PXRD谱图、SEM和TEM图像未见明显变化,表明其具有稳定性和重复利用性.综上,BUC-21/N-K2Ti4O9是一种具有应用前景的高效复合型光催化剂.     

时间飞行法测量光阱刚度的实验研究

传统的测量光阱刚度的方法如功率谱法是基于微粒的布朗运动,适用于直径范围几百纳米到几微米的微球,在几微米以上并不具有明显优势．本文发展一种时间飞行的方法测量光阱对微球的刚度．该方法是基于跟踪微粒的运动轨迹获得光阱刚度．通过比较不同功率下,不同大小以及不同材料的微球的光阱刚度和误差,结果表明时间飞行法适用于直径范围5—10μm的微球;论文中用功率谱法和均方位移法测量了5μm标准聚苯乙烯小球的光阱刚度与时间飞行法测得的结果作为对比,由于受相机采集速率的影响,所测刚度值比理想值偏高,比较而言,时间飞行法的测量结果更加接近于真实值,对于光阱刚度的快速标定有着重要意义．该方法可以应用在特殊光场分布的激光阱中测量微球的光阱刚度;在实现细胞层次的力学特性测量中它可避免使用微球作为探针,为更深层次研究细胞上的复杂单分子过程提供了一个研究手段．     

Simultaneous analysis of anthocyanins and flavonols in petals of lotus (Nelumbo) cultivars by high-performance liquid chromatography-photodiode array detection/electrospray ionization mass spectrometry

A fast and reliable HPLC method for the simultaneous separation of anthocyanins and flavonols in lotus petals was developed based on the study of four candidate solvent systems. Fifteen flavonoids were identified by high-performance liquid chromatography with photodiode array detection/mass spectrometry. Among them, two anthocyanins and nine flavonols were discovered in lotus petals for the first time. This work is valuable for both the hybrid breeding on lotus oriented to flower color and the utilization of lotus petals as functional food materials.