氰基修饰石墨相氮化碳构建高效的活性位点用于光催化还原CO2

作为影响光催化反应的关键因素,光催化剂的活性位点数量直接决定了光催化活性.传统石墨相氮化碳(g-C3N4)由于活性位点不足而表现出较弱的光催化活性.为了增加g-C3N4的活性位点数量,研究人员采取了各种策略,包括杂原子掺杂、表面改性和空位工程.其中,表面改性是增加催化剂活性位点的有效策略之一.氰基具有很强的吸电子能力,可在光催化反应中作为活性位点.然而,关于氰基作为CO2光还原活性位点的研究并不多,特别是对于氰基修饰增强g-C3N4活性的机理尚不清楚.构建多孔结构是暴露催化剂活性位点的有效措施之一.多孔结构可以有效改善纳米片的团聚,促进活性位点暴露,增大反应物与活性位点间的接触机会;并且相互连接的多孔网络可形成独特的传输通道,进一步促进载流子迁移.本文通过分子自组装和碱辅助策略合成了氰基改性的多孔g-C3N4纳米片(MCN-0.5).氰基由于具有良好的吸电子特性,促进了局部载流子分离,并充当了光催化反应的活性位点.受益于活性位点的影响,MCN-0.5表现出显著增强的光催化CO2还原活性.在不添加牺牲剂和助催化剂的条件下,MCN-0.5样品上CO和CH4产率达到13.7和0.6μmol·h–1·g–1,分别是传统煅烧法制备的g-C3N4(TCN)产生CO和CH4产率的2.5和2倍.通过盐酸处理MCN-0.5除去氰基,并没有破坏样品的形貌结构,但催化剂的光催化活性显著降低,证实了氰基活性位点的作用.光还原Pt纳米颗粒的实验结果表明,与对照样品相比,氰基修饰的样品上还原的Pt纳米颗粒更多,进一步证实了引入氰基为光还原反应提供了更多活性位点.CO2等温吸附测试结果表明,MCN-0.5对CO2的吸附能力不如对照样品,间接证明氰基能成为活性位点是由于其良好的吸电子能力促进了局部载流子分离.瞬态荧光光谱、光电化学表征结果表明,氰基修饰增强了载流子迁移和分离能力.根据理论计算和原位红外光谱提出了氰基修饰增强g-C3N4光催化还原CO2活性的作用机理.以三聚氰胺为前驱体接枝氰基的g-C3N4也表现出比体相g-C3N4明显增强的光催化还原CO2活性,这证明了氰基改性增强g-C3N4活性策略的通用性.本文通过在光催化剂材料中设计活性位点为太阳能高效转化提供了一个有效途径.     

硫代杯[8]芳烃衍生物的合成及其对金属离子的选择性识别研究

在丙酮溶液中以碳酸铯为催化剂,以硫代杯[8]芳烃(thiacalix[8]arene,TC8A)和N,N-二乙基-2-氯乙酰胺为底物,对TC8A的下缘进行修饰合成了一种新的TC8A衍生物--硫代杯[8]芳烃二乙基乙酰胺[TC8A-CH2CON(CH2CH3)2].对含有9种金属离子的汽车尾气净化催化剂溶液进行萃取研究表明,在pH为3.0的萃取液中TC8A对其中的钯离子具有最高的选择性萃取能力,萃取率可达99.3%,TC8A-CH2CON(CH2CH3)2对其中的锆离子具有最高的选择性识别能力,萃取率可达96.7%.     

纺锤形介孔纳米二氧化锰的控制合成

在KMnO₄和葡萄糖水溶液体系中, 用一步水热法控制合成了介孔MnCO₃纳米纺锤体, 通过焙烧MnCO₃前驱体可以得到介孔纳米MnO₂, 且保持了原有的纺锤体形貌. 用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和N₂吸附-脱附(BET)对制备的样品进行了形貌和结构的表征. 并对反应时间、反应物浓度等对产物形貌的影响进行了研究. 实验结果表明, 反应时间和葡萄糖的浓度对MnCO₃前驱体的尺寸和形貌具有重要影响, MnCO₃纵横比可从1.35:1到2.89:1之间改变. 并初步探讨了介孔MnO₂纺锤体的生长机制, MnO₂ 孔的形成是由于焙烧葡萄糖降解形成的纳米碳颗粒所致.     

基于结构元理论的模糊数的贴近度

现有的计算贴近度的方法,都是建立在模糊集合的隶属函数基础之上的.在很多情况下,当隶属函数很难解析表达时,这时就很难用这些方法计算贴近度.为此,在结构元理论的基础上,提出并构造了模糊数的贴近度(称之为元贴近度).当隶属函数很难解析表达时,用其他方法无法得到的贴近度,此时,用元贴近度的方法往往可以得到,并且计算非常简捷.最后,通过一个模式识别例子,表明该方法的有效性.     

钛宝石飞秒激光器用色散补偿Gires-Tournois镜的研究

根据钛宝石飞秒激光器的色散补偿要求设计了单次反射平均补偿量为-60 fs²的GT(Gires-Tournois)镜,采用离子束辅助沉积技术结合光学监控技术制作了器件.用分光光度计对650—950 nm波段薄膜反射率进行测试,结果表明反射率测试曲线与设计曲线十分符合,同时利用白光干涉系统对群延迟色散进行了测试,测试结果与设计符合得很好,实际的色散曲线振荡基本控制在±20 fs²以内.应用该GT镜进行钛宝石飞秒激光系统的色散补偿,取得了很好的锁模效果,得到了29 fs的超短脉冲. 关键词： 色散补偿 钛宝石飞秒激光器 GT镜 离子束辅助沉积     

单分散g-C3N4量子点修饰一维棒状BiPO4微晶的合成及其对光催化活性增强机理

利用水热法合成了一维棒状BiPO₄微晶,在此基础上采用浸渍-被烧法进行g-C₃N₄量子点表面修饰获得新颖的g-C₃N₄/BiPO₄异质结。借助X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电镜(HRTEM)、能谱(EDS)、紫外-可见漫反射(UV-Vis-DRS)等测试手段对所得样品的相组成、形貌和谱学特征进行了表征。选择罗丹明B(RhB)和苯酚作为模型污染物研究了所得在可见光下的催化活性。结果表明,样品16%(w/w) g-C₃N₄/BiPO₄对RhB降解的速率常数分别是纯和的g-C₃N₄和BiPO₄的16倍和4.6倍。g-C₃N₄量子点与BiPO₄之间形成异质结,抑制了光生电子-空穴对的复合,从而提高了催化剂的活性。自由基捕获实验进一步表明,超氧负离子自由基(·O₂-)是催化降解RhB和苯酚的主要活性物种。     

用于痕量监测Zr4+、Cr2O72-、Fe3+、HPO42-和指纹识别的功能化Eu3+/Tb3+配位聚合物荧光探针的构筑

采用芳香族π共轭及含氮原子有机连接剂,合成同构铽、铕发光配位聚合物(CPs){[Eu(PLIA)_1.5(H₂O)₂]·H₂O}_n (1)和{[Tb(PLIA)_1.5(H₂O)₂]·H₂O}_n (2),其中H₂PLIA=5-((吡啶-4-基甲基)氧基)苯-1,3-二甲酸。对合成的配合物进行了结构测定、表征和荧光痕量识别实验研究。2个同构配合物具有理想的三维框架结构,π…π堆积及氢键等弱相互作用增强了其化学稳定性;表征显示配位聚合物1和2具有良好的荧光性质、结晶性、热力学稳定性及结构完整性,可作为荧光传感的材料。1和2对水溶液中的Zr⁴⁺、Cr₂O₇^2-和Fe³⁺、HPO₄^2-具有选择性好、灵敏度高的荧光识别能力,其检出限分别为0.139 μmol·L^-1(1,Zr⁴⁺)、0.626 μmol·L^-1(1,Cr₂O₇^2-)、0.430 μmol·L^-1(2,Fe³⁺)、1.36 μmol·L^-1(2,HPO₄^2-)。探究了1和2作为探针的荧光猝灭机理。更有趣的是,1和2具有指纹识别性能,其荧光指纹纹路清晰连贯,细节明显,可被清晰观察。     

基于斯特林制冷机的磁体冷却系统实验研究

为了减小磁共振成像低温超导磁体冷却过程中的液氮和液氦消耗,提高降温过程的可控性,提出基于千瓦级斯特林制冷机的氦气循环冷却系统,可将磁体快速冷却至液氮温度以下。对冷却系统建立数学物理模型并开展数值计算,在氦气平均压力为1.7 bar、流速为9.8 m/s时,系统冷却总重量为2 t的室温超导磁体至液氮温度仅需59.0 h。基于模拟结果开展实验研究,在相同条件下磁体实际降温时间为69.5 h,模拟计算与实验结果吻合良好。结果表明,该系统具备快速冷却超导磁体的能力,具有广阔的应用前景和深远的影响。     

基于概率假设密度的无线传感器网络多目标跟踪算法

针对无线传感器网络多目标跟踪过程中杂波难以去除以及由数据关联复杂带来的计算复杂度高的问题,将概率假设密度滤波器应用于无线传感器网络,以更好地对多目标状态信息进行融合估计;首先,建立簇-树型无线传感器网络模型,并运用随机有限集理论对目标状态模型和传感器观测模型进行描述;然后,根据目标与节点之间的距离设置观测阈值,当传感器节点测量值小于观测阈值时,概率假设密度滤波器将实时对该组测量数据进行处理,从而实现传感器网络对目标状态的联合检测与跟踪;仿真结果表明,在无线传感器网络的多目标跟踪应用中,该算法比粒子滤波算法具有更高的跟踪效率和精度。     

高马赫数燃烧强化的激波风洞试验研究

基于中国科学院力学研究所的JF-24激波风洞, 通过开展高马赫数超燃冲压发动机的直连试验, 研究了高马赫数燃烧的强化方法以及燃料类型对燃烧的影响. 试验段是采用凹腔结构的圆截面燃烧室, 喷孔布置在隔离段, 燃料分别是氢气和乙烯, 当量比均为0.7. 燃料喷注分别采用无支板和小支板两种构型, 后者部分喷孔位于小支板顶部. 两种构型均设置了流向近距双排喷孔, 可分别进行单环和双环喷注. 试验结果论证了飞行马赫数10.0条件下氢气和乙烯在超高速气流中的稳定燃烧性能. 并且, 相比于单环喷注, 双环喷注以及补充小支板可以强化燃烧. 推测其原因是双环射流和激波/分离结构的近距离交互作用很可能改善掺混, 而补充小支板顶部喷注还能利用更多空气组织掺混. 在同样采用双环耦合小支板顶部喷注的强化措施下, 氢气与乙烯燃烧效率接近, 但氢推力性能更优. 这是因为较高热值氢的释热更多. 此外, 试验还证明了在当前来流条件下, 释热受控于掺混, 且高温离解效应限制释热上限. 这是由于释热降低流速且提高静温, 使高温离解的吸热效应更加显著.