分级骨架和多层的Pt-Ni纳米晶体用于高效氧还原和甲醇氧化反应

燃料电池是电动汽车和电子设备最有前途的清洁能源之一.Pt催化剂在氧还原反应(ORR)和甲醇氧化反应(MOR)中的电催化性能对电池系统的能源效率和电池的价格起着至关重要的作用,因此设计高效的电催化剂以最大限度地提高铂的利用率,从而增强电催化效果、降低成本,已经成为燃料电池发展的一个重要方向.早期的研究表明,铂基催化剂可以有效地提高电催化性能,并且它们的组成和形貌被认为是影响催化剂活性的两个关键因素.至今,已合成出各种各样的Pt基催化剂,如Pt-Pb/Pt核壳纳米盘、Pt3Co凹面立方体、Pt-Cu-Rh纳米笼、Pt-Pd纳米枝晶等,其中纳米枝晶结构的催化剂表现出很好的氧还原性能,其高效的催化活性被认为是暴露出的较高的比表面积促进了电子转移以及拥有较多的Pt活性位点.本文采用简单的溶剂热法合成了具有大比表面积的Pt-Ni分层骨架结构(Pt-Ni HSNs)催化剂,为了验证反应物所起的作用,通过收集不同反应时间下的产物和控制单一变量,我们发现在合成配方中加入H2SO4是此类Pt-Ni纳米晶体成功生长的关键触发因素.在H2SO4的诱导下,Pt和Ni原子倾向于沉积在(111)面,促使Pt-Ni合金沿晶面方向生长为八面体结构,在此过程中发生了粒子自组装成长以及相分离过程,最后我们用酸蚀法制造了Pt-Ni HSNs,并通过TEM,XRD和XPS表征其微观结构及组成,证实了Pt-Ni HSNs已经形成合金结构.在酸性条件下,Pt-Ni HSNs在ORR反应中展示出比商业Pt/C更好的活性.在0.9 V时的质量活性为1.25 A mgpt–1,是商业Pt/C质量活性的8.9倍,并且在10000圈的耐久性测试中,Pt-Ni HSNs的质量活性仅仅损失了21.6％,远低于Pt/C损失的活性比例.Tafel曲线和旋转环盘测试结果表明,Pt-Ni HSNs在ORR反应中发生的是4电子过程,证实了它的高活性.另外,在酸性溶液中,Pt-Ni HSNs表现出了比商业Pt/C更好的MOR催化活性,且抗CO中毒能力更强.这可归因于两点:(1)Pt-Ni HSNs是由多个小颗粒组装而成,大大提高了与电解液的接触面积;(2)它独特的骨架结构减少了颗粒间团聚的可能性,有利于质子的转移.本文为设计先进的铂基电催化剂提供了一种新的自组装方法.     

分级骨架和多层的Pt-Ni纳米晶体用于高效氧还原和甲醇氧化反应

燃料电池是电动汽车和电子设备最有前途的清洁能源之一.Pt催化剂在氧还原反应(ORR)和甲醇氧化反应(MOR)中的电催化性能对电池系统的能源效率和电池的价格起着至关重要的作用,因此设计高效的电催化剂以最大限度地提高铂的利用率,从而增强电催化效果、降低成本,已经成为燃料电池发展的一个重要方向.早期的研究表明,铂基催化剂可以有效地提高电催化性能,并且它们的组成和形貌被认为是影响催化剂活性的两个关键因素.至今,已合成出各种各样的Pt基催化剂,如Pt-Pb/Pt核壳纳米盘、Pt3Co凹面立方体、Pt-Cu-Rh纳米笼、Pt-Pd纳米枝晶等,其中纳米枝晶结构的催化剂表现出很好的氧还原性能,其高效的催化活性被认为是暴露出的较高的比表面积促进了电子转移以及拥有较多的Pt活性位点.本文采用简单的溶剂热法合成了具有大比表面积的Pt-Ni分层骨架结构(Pt-Ni HSNs)催化剂,为了验证反应物所起的作用,通过收集不同反应时间下的产物和控制单一变量,我们发现在合成配方中加入H2SO4是此类Pt-Ni纳米晶体成功生长的关键触发因素.在H2SO4的诱导下,Pt和Ni原子倾向于沉积在(111)面,促使Pt-Ni合金沿晶面方向生长为八面体结构,在此过程中发生了粒子自组装成长以及相分离过程,最后我们用酸蚀法制造了Pt-Ni HSNs,并通过TEM,XRD和XPS表征其微观结构及组成,证实了Pt-Ni HSNs已经形成合金结构.在酸性条件下,Pt-Ni HSNs在ORR反应中展示出比商业Pt/C更好的活性.在0.9 V时的质量活性为1.25 A mgpt–1,是商业Pt/C质量活性的8.9倍,并且在10000圈的耐久性测试中,Pt-Ni HSNs的质量活性仅仅损失了21.6％,远低于Pt/C损失的活性比例.Tafel曲线和旋转环盘测试结果表明,Pt-Ni HSNs在ORR反应中发生的是4电子过程,证实了它的高活性.另外,在酸性溶液中,Pt-Ni HSNs表现出了比商业Pt/C更好的MOR催化活性,且抗CO中毒能力更强.这可归因于两点:(1)Pt-Ni HSNs是由多个小颗粒组装而成,大大提高了与电解液的接触面积;(2)它独特的骨架结构减少了颗粒间团聚的可能性,有利于质子的转移.本文为设计先进的铂基电催化剂提供了一种新的自组装方法.     

薄膜梯度扩散-原子吸收光谱法富集测量水中痕量镉

建立了薄膜梯度扩散-原子吸收光谱(DGT-AAS)法富集测量水中痕量镉的分析方法。先以海藻酸钠(SA)溶液为结合相的DGT技术(SA DGT)原位分离富集水中Cd~(2+),再以AAS法测定DGT结合相中镉的含量,最后依据DGT方程计算水中Cd~(2+)浓度。DGT-AAS法测得配制水中Cd~(2+)的回收率为95.6%~102.7%,相对标准偏差(RSD)为1.5%~3.1%;测得河水和人工湖水中加标Cd~(2+)的DGT有效态分数分别为22.46%和15.19%。当采样时间为48h,SA DGT对水中Cd~(2+)的富集倍数为20倍,可显著降低分析方法的检测限,实现水中痕量Cd~(2+)的定量检测。     

高效液相色谱/二极管阵列法快速测定白酒、配制酒与葡萄酒中5种人工合成甜味剂

建立了一种快速检测白酒、配制酒和葡萄酒中安赛蜜、糖精钠、阿斯巴甜、阿力甜及纽甜5种人工合成甜味剂的高效液相色谱分析方法。采用C_(18)柱为分离柱,对流动相的组成和洗脱方式、检测波长等参数进行优化。结果表明,以乙腈和0.02 mol/L硫酸铵(p H 4.4)溶液为流动相,梯度洗脱,柱温40℃,可使5种人工合成甜味剂在15 min内实现基线分离。最佳检测波长下,5种甜味剂在4~200 mg/L浓度范围内呈良好的线性关系,相关系数均大于0.999。样品加标回收率为95.2%~103.2%,相对标准偏差(n=5)均不大于3.4%。该方法简便、快捷、准确、灵敏度较高,适用于白酒、配制酒和葡萄酒等各类酒中5种人工合成甜味剂的快速检测。     

QuEChERS结合UPLC-M S/M S检测血液中苯丙胺类及其相关9种物质

对QuEChERS前处理方法从提取、分离、净化等方面进行优化以减弱样本中的基质效应,提高灵敏度;使用提取试剂(含0.1%甲酸的乙腈:甲醇=70:30,V/V)进行提取,加入无水硫酸镁、硼酸钠、研磨珠进行提取分离,使用混合净化剂(十八烷基硅烷(C18):乙二胺-N-丙基硅烷(PSA)=1:2,m/m)进行净化,UPLC-MS/MS测定,外标法定量。结果表明:在优化条件下,苯丙胺类及其相关9种物质的色谱峰分离良好,且各标准化合物的线性相关系数均大于0.991,检出限(LODs)为0.3~1.0 ng/mL,定量限(LOQs)均为2.5 ng/mL;血液添加标准品样本在低(20 ng/mL)、中(100 ng/mL)、高(400 ng/mL)3个浓度的加标回收率为80.1%~103.1%,精密度相对标准偏差(RSD)为1.5%~8.6%;临床4份检测样本中有3份检出苯丙胺类阳性,准确率为71.5%~99.1%。所建立的QuEChERS方法与UPLC-MS/MS结合的分析方法可应用于血液样本中苯丙胺类及其相关9种药物的同时检测分析。     

可调谐三段式DBR激光器波长锁定系统

提出了一种可精确锁定可调谐三段式DBR激光器输出波长的锁定系统。使用PC采集波长漂移信号并自动调节DBR激光器相区注入电流,使其输出波长在24～26℃的温度区间,稳定于四个C波段ITU 100GHz标准信道波长。波长误差在0.01～0.03nm范围内,边模抑制比大于40dB。该方案对可调谐三段式DBR激光器的实用化具有重要意义。     

四阶强阻尼波动方程的混合控制体积法

本文利用混合控制体积方法在三角网格剖分下求解四阶强阻尼波动方程.通过使用最低阶Raviart-Thomas混合有限元空间和引入迁移算子把解函数空间映射成试探函数空间,构造了半离散和全离散的混合控制体积格式,得到了最优阶误差估计.     

广义量子干涉原理及对偶量子计算机

我们综述最近提出的广义量子干涉原理及其在量子计算中的应用。广义量子干涉原理是对狄拉克单光子干涉原理的具体化和多光子推广,不但对像原子这样的紧致的量子力学体系适用,而且适用于几个独立的光子这样的松散量子体系。利用广义量子干涉原理,许多引起争议的问题都可以得到合理的解释,例如两个以上的单光子的干涉等问题。从广义量子干涉原理来看双光子或者多光子的干涉就是双光子和双光子自身的干涉,多光子和多光子自身的干涉。广义量子干涉原理可以利用多组分量子力学体系的广义Feynman积分表示,可以定量地计算。基于这个原理我们提出了一种新的计算机,波粒二象计算机,又称为对偶计算机。在原理上对偶计算机超越了经典的计算机和现有的量子计算机。在对偶计算机中,计算机的波函数被分成若干个子波并使其通过不同的路径,在这些路径上进行不同的量子计算门操作,而后这些子波重新合并产生干涉从而给出计算结果。除了量子计算机具有的量子平行性外,对偶计算机还具有对偶平行性。形象地说,对偶计算机是一台通过多狭缝的运动着的量子计算机,在不同的狭缝进行不同的量子操作,实现对偶平行性。目前已经建立起严格的对偶量子计算机的数学理论,为今后的进一步发展打下了基础。本文着重从物理的角度去综述广义量子干涉原理和对偶计算机。现在的研究已经证明,一台d狭缝的n比特的对偶计算机等同与一个n比特+一个d比特(qudit)的普通量子计算机,证明了对偶计算机具有比量子计算机更强大的能力。这样,我们可以使用一台具有n+log2d个比特的普通量子计算机去模拟一个d狭缝的n比特对偶计算机,省去了研制运动量子计算机的巨大的技术上的障碍。我们把这种量子计算机的运行模式称为对偶计算模式,或简称为对偶模式。利用这一联系反过来可以帮助我们理解广义量子干涉原理,因为在量子计算机中一切计算都是普通的量子力学所允许的量子操作,因此广义量子干涉原理就是普通的量子力学体系所允许的原理,而这个原理只是是在多体量子力学体系中才会表现出来。对偶计算机是一种新式的计算机,里面有许多问题期待研究和发展,同时也充满了机会。在对偶计算机中,除了幺正操作外,还可以允许非幺正操作,几乎包括我们可以想到的任何操作,我们称之为对偶门操作或者广义量子门操作。目前这已经引起了数学家的注意,并给出了广义量子门操作的一些数学性质。此外,利用量子计算机和对偶计算机的联系,可以将许多经典计算机的算法移植到量子计算机中,经过改造成为量子算法。由于对偶计算机中的演化是非幺正的,对偶量子计算机将可能在开放量子力学的体系的研究中起到重要的作用。     

Ce 基重费米子材料的电子态研究与维度调控

重费米子材料作为一类典型的强关联电子体系,蕴含着非常规超导、奇异金属、量子临界、 磁有序、重电子态、关联拓扑态等新奇的量子态,而4f 电子在其中扮演着重要的作用。随着高分 辨角分辨光电子能谱和薄膜生长技术的发展,精确探测重费米子材料中4f 电子在能量/动量空间 的色散和谱权重成为了可能,这为从微观上理解这类材料中的电子关联效应和新奇量子现象提供 了重要的基础。本论文总结了几个典型的重费米子单晶和薄膜体系的电子态研究,包括Ce-115 体 系、CeCu2Si2、CeRh6Ge4 以及单晶 Ce 膜等。这些结果为理解重费米子体系中重电子态的形成 和温度演化、近藤杂化的能带/动量依赖、重电子能带与超导的关系、近藤效应与磁性和其它量子 态的竞争、4f 电子的维度调控等重要物理问题提供了谱学证据。     

Dynamically tunable multiband plasmon-induced transparency effect based on graphene nanoribbon waveguide coupled with rectangle cavities system

A dynamically tunable multiband plasmon-induced transparency (PIT) effect in a series of rectangle cavities coupled with a graphene nanoribbon waveguide system is investigated theoretically and numerically by tuning the Fermi level of the graphene rectangle cavity. A single-PIT effect is realized using two different methods: one is the direct destructive interference between bright and dark modes, and the other is the indirect coupling through a graphene nanoribbon waveguide. Moreover, dual-PIT effect is obtained by three rectangle cavities side-coupled with a graphene nanoribbon waveguide. Results show that the magnitude of the dual-PIT window can be controlled between 0.21 and 0.74, and the corresponding group index is controlled between 143.2 and 108.6. Furthermore, the triple-PIT effect is achieved by the combination of bright-dark mode coupling and the cavities side-coupled with waveguide mechanism. Thus, sharp PIT windows can be formed, a high transmission is maintained between 0.51 and 0.74, and the corresponding group index is controlled between 161.4 and 115.8. Compared with previously proposed graphene-based PIT effects, the size of the introduced structure is less than 0.5 μm². Particularly, the slow light effect is crucial in the current research. Therefore, a novel approach is introduced toward the realization of optical sensors, optical filters, and slow light and light storage devices with ultra-compact, multiband, and dynamic tunable.