前沿科研成果在无机非金属材料化学课程教学中的应用*——点缺陷工程在氢能源技术中的应用

针对本科生无机非金属材料化学课程教学内容理论性和抽象性较强的特点,以晶体缺陷教学内容为例,探讨如何在教学中引入前沿科研成果,通过实例教学,将理论知识与科学研究融会贯通,以加深学生对理论知识的理解、激发学生的学习兴趣、培养学生的科研素养。     

B掺杂尖晶石型LiMn2O4正极材料的制备及长循环电化学性能

采用固相燃烧法制备了单晶多面体尖晶石型LiMn1.94B0.06O4正极材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及充放电测试等手段,对其晶体结构和电化学性能等进行了表征。结果表明,B掺杂没有改变尖晶石型LiMn2O4的晶体结构,促进了(440)和(400)晶面的优先生长,形成了高暴露的(111)晶面及少部分(110)和(100)晶面的单晶多面体LiMn1.94B0.06O4晶粒,减少了Mn的溶解和提供了更多的锂离子扩散通道,其晶粒尺寸在160~350 nm之间。在10C、25℃的条件下,LiMn1.94B0.06O4电极的首次放电比容量可达到103.0 mAh·g^-1,2000次循环后,表现出较好的容量保持率(57.7%);在15C高倍率下,LiMn1.94B0.06O4仍然保持了67.1 mAh·g^-1的首次放电比容量,1500次循环后,仍能维持46.2%的容量保持率;在1C、55℃的条件下,其初始放电比容量高达125.2 mAh·g^-1,表现出良好的高温性能。B掺杂能够有效提高尖晶石型LiMn2O4的高倍率性能和循环寿命,稳定晶体结构,抑制Jahn?Teller效应和缓解Mn的溶解。     

亚微米去顶角八面体LiNi0.08Mn1.92O4正极材料制备及高温电化学性能

采用低温固相燃烧法快速制备了一种具有{111}、{110}和{100}晶面的去顶角八面体LiNi_0.08Mn_1.92O₄ (LNMO)正极材料, 其高暴露{111}晶面可以减少充放电过程中Mn的溶解, 面积相对较小的{110}和{100}晶面可增加Li⁺快速扩散的通道. 测试结果表明, 所合成的LNMO具有LiMn₂O₄特有的立方晶系结构, 其颗粒尺寸为亚微米级. LNMO的高温电化学性能优异, 在55 ℃, 1和5 C的首次放电比容量分别为109.9和98.0 mAh/g, 分别循环300次后容量保持率为75.8%和80.5%; 即使在55 ℃, 10和15 C下分别循环1000次后仍具有48.4%和49.4%的容量保持率, 而未掺杂的LiMn₂O₄于15 C循环1000次后容量损失高达98%. LNMO在55 ℃有较高的Li⁺扩散系数(D=3.86×10^-15 cm²/s)和较小的电荷转移阻抗(循环前、后R_ct=158.0和279.8 Ω)以及较低的表观活化能(E_a=17.63 kJ/mol), 说明Ni掺杂能够提高Li⁺在尖晶石型LiMn₂O₄内的扩散速率及减小锂离子在脱嵌过程中的能垒, 从而提高锂离子的扩散速率和倍率性能. 对LNMO于55 ℃循环1000次后的极片进行X射线衍射(XRD)分析, 发现LNMO电极材料的晶体结构基本保持不变, 表明Ni掺杂提高了锰酸锂材料在55 ℃长循环过程中的晶体结构稳定性, 有效抑制了Jahn-Teller效应及Mn的溶解, 显著提升了其高温电化学性能. 本工作为尖晶石LiMn₂O₄电极材料在高温方面的应用提供了借鉴.     

差示分光光度法测定排石颗粒中的总黄酮

以芦丁为观测指标,在505nm波长下,差示分光光度法测定排石颗粒中总黄酮含量。芦丁对照品在15.48—54.18μg/mL具有良好线性关系,平均加样回收率为98.05%。该方法操作简便、结果准确、重现性好,可作为排石颗粒生产质量控制检测方法。     

树结构变窗宽局部多项式拟合方法

变窗宽局部多项式模型是探索被估计曲线复杂变化结构的有力工具,其关键思想在于针对不同变化模式的数据区间选择不同窗宽参数进行拟合.基于回归树模型提出一种变窗宽多项式拟合方法,利用回归树的分类功能识别具有不同变化结构的数据区间,在每个子区间上独立选取最优窗宽,通过局部多项式回归实现复杂结构曲线的变窗宽拟合.随机模拟的结果表明,回归树能够有效识别具有不同变化模式的数据区间,变窗宽局部多项式拟合均方误差小,具有计算高效、结果易解释的特点.     

固相燃烧法制备去顶角八面体LiZn0.08Al0.01Mn1.91O4正极材料及其电化学性能

通过固相燃烧法快速合成了包含{111}、{100}和{110}晶面的单晶去顶角八面体形貌LiZn_0.08Al_0.01Mn_1.91O₄正极材料。结果表明,Zn-Al共掺促进了尖晶石型LiMn₂O₄材料的晶体发育和晶面择优生长,形成了单晶去顶角八面体形貌晶粒,有效抑制了Jahn-Teller效应,减缓了Mn溶解,增强了其晶体结构稳定性,显著提升了合成材料的电化学性能。LiZn_0.08Al_0.01Mn_1.91O₄在5C和10C下的首次放电比容量分别为92.6和76.5 mAh·g^-1,经过2 000次循环后的容量保持率分别为70.4%和74.8%。即使在15C高倍率下,仍有64.2 mAh·g^-1的首次放电比容量,循环800次后容量保持率达到82.2%。与LiZn_0.08Mn_1.92O₄相比,LiZn_0.08Al_0.01Mn_1.91O₄正极材料具有较大的Li+扩散系数(1.02×10^-11 cm²·s^-1)和较小的表观活化能(25.60 kJ·mol^-1),表明Zn-Al共掺和单晶形貌调控策略能够降低Li+在脱/嵌过程的能垒和增大Li+在电极材料中的扩散速率。     

基于分子印迹膜修饰丝网印刷电极的地西泮电化学传感器

以地西泮为模板分子,采用循环伏安法在一次性丝网印刷电极表面原位电聚合形成聚邻苯二胺膜,洗脱除去模板分子后得到地西泮分子印迹膜修饰丝网印刷电极。利用差示脉冲法对印迹膜和非印迹膜进行评价,表征了电极表面膜的电化学性质。以KI为印迹电极和底液间的探针,建立了一种间接检测地西泮的传感方法。该传感器的敏感元件为修饰有分子印迹膜的丝网印刷电极,其制备和更换非常方便。用于电化学检测时,样品的富集时间为3min,地西泮的浓度在2.0×10-7～1.0×10-5mol/L范围内与峰电流呈良好的线性关系,检出限为2.5×10-8mol/L,基于猪肉样品的加标回收率为92%～95%。将该传感器初步用于实际样品分析,结果满意。     

基于断面形状优化的地铁车轮减振降噪研究

以降低地铁车辆在运行中产生的轮轨接触噪声为目的,将结构动力优化方法运用于地铁车轮断面外形设计,建立了地铁车轮振动噪声最优化设计的数学模型,编制了相应的算法程序.以我国某地铁车轮为例,给出了以车轮断面外形几何参数为设计变量、车轮结构振动辐射噪声值最小为目标函数的优化计算实例,得到了车轮断面外形几何参数在可行域内的最优解.结果表明,该优化设计方法是成功的,可以有效地降低车轮因振动而产生的噪声.     

抗幽门螺杆菌尿素酶B纳米抗体的制备及鉴定

制备抗幽门螺杆菌（Helicobacter pylori）尿素酶B（UreB）纳米抗体。用灭活的全幽门螺杆菌免疫羊驼,以重组蛋白UreB为靶分子,从噬菌体展示文库中筛选出能与重组蛋白UreB特异性结合的纳米抗体,构建原核表达载体,IPTG诱导表达,ELISA鉴定纳米抗体特异性。获得5×107cfu的噬菌体文库,将筛选的两个OD450值较高且序列不同的纳米抗体HU2-9和HU2-36分别进行表达SDS-PAGE鉴定均为可溶性且表达量分别为92和32 mg·L-1。ELISA结果表明两个纳米抗体能特异性结合Hp菌体蛋白,并对尿素酶活性具有一定的抑制作用。成功淘选出6种独特序列的抗幽门螺杆菌UreB纳米抗体。     

Experimental realization of quantum controlled teleportation of arbitrary two-qubit state via a five-qubit entangled state

Quantum controlled teleportation is the transmission of the quantum state under the supervision of a third party. This paper presents the theoretical and experimental results of an arbitrary two-qubit quantum controlled teleportation scheme, in which the sender Alice only needs to perform two Bell state measurements and the receiver Bob can perform an appropriate unitary operation to reconstruct the arbitrary two-qubit states under the control of the supervisor Charlie. The operation process of the scheme is verified on the IBM quantum experience platform, and the accuracy of the transmitted quantum state is further checked by performing quantum state tomography. Meanwhile, a good fidelity is obtained by using the theoretical density matrix and the experimental density matrix. A sequence of photonic states is introduced to analyze the possible intercept-replace-resend, intercept-measure-resend, and entanglement-measure-resend attacks on this scheme. The results proved that our scheme is highly secure.