基于明胶制备碳量子点及其光学性能的研究

通过水热法采用热解明胶制备出有蓝色荧光的碳量子点,并通过单因素优化实验对制备碳量子点的温度、时间进行优化以选择出制备碳量子点的最佳条件,结果表明在水热反应温度为200 ℃,反应时间为6 h时制备的碳量子点的荧光性能最强。同时,利用透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、Ｘ射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV)及荧光光谱(PL)等手段对最佳条件下制备的碳量子点进行测试与表征,结果表明,该方法制备的碳量子点量子产率为39.4%,与不掺杂的碳量子点相比其量子产率相对较高,这可能是因为有N元素的存在使得量子产率有所提高;所制备的碳量子点不仅具有丰富的含氧官能团而且抗光漂白性能良好,形态主要是均匀分散的球形,没有明显的晶格条纹,这与相关文献报道的碳量子点的形态相一致,其在250～300 nm有较弱的吸收,但无明显的特征吸收峰,这可能是由于C=O基团的n-π*跃迁引起的;此外,还讨论了氙灯照射时间、pH、碳量子点浓度、不同类型溶剂及离子强度等因素对碳量子点荧光性能的影响,研究结果表明,氙灯照射时间及离子强度对碳量子点荧光性能几乎无影响,在过酸或过碱的条件下其荧光强度相对较弱,原因可能是在过酸或过碱的条件下发生质子化或非质子化的作用导致其荧光强度减弱;且碳量子点溶液随着其浓度的增加,荧光强度先增加后减小;而对于溶剂类型而言,其在极性溶剂中的荧光强度大于其在非极性溶剂中的荧光强度,说明该方法制备的碳量子点具有良好的水溶性。     

基于石墨相氮化碳量子点直接荧光猝灭法检测碘离子的研究

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)荧光纳米材料具有原料便宜、制备容易、荧光量子产率高、光学稳定性好、毒性低等优点,并且避免有机荧光染料复杂的合成步骤或者金属半导体量子点对环境潜在的危害,这些优点使得g-C₃N₄纳米材料成为新兴的荧光探针用于检测金属离子。最近,已有文献报道重金属汞离子能够高灵敏高选择性地猝灭g-C₃N₄量子点的荧光,加入碘离子能够提取被键合的汞离子形成碘化汞(HgI₂)进而恢复g-C₃N₄量子点的荧光,从而建立一种高灵敏检测碘离子的荧光传感器。然而,该方法依然需要重金属汞离子的参与,限制了该方法的推广应用。通过硝酸氧化块体g-C₃N₄并结合水热法处理制备了一种水溶性好、荧光强度高的g-C₃N₄量子点。该量子点的荧光发射波长位于368 nm,且其荧光发射波长不随激发波长的改变而改变,表明该量子点的尺寸比较均一。笔者发现碘离子在220 nm处有一个较强的吸收峰,与该量子点的激发光谱(中心波长245 nm)具有较大的重叠,从而产生内滤效应引起该量子点的荧光发生猝灭。利用这一性质,构建了一种选择性检测碘离子的新型荧光传感器。在最优检测条件下,g-C₃N₄量子点的荧光猝灭强度(ΔF)与碘离子浓度(X,μmol·L-1)在10～400 μmol·L-1之间具有良好的线性关系,线性方程为ΔF=0.325 79X+6.039 05(R2=0.999 5),检出限为5.0 μmol·L-1。通过“混合即检测”并且不需要借助与重金属离子的配位作用就能够检测碘离子,因此该方法具有快速、环保以及操作简便等优点。     

高压熔渗生长法制备金刚石聚晶中碳的转化机制研究

在6 GPa和1500 ℃的压力和温度范围内, 利用高压熔渗生长法制备了纯金刚石聚晶, 深入研究了高温高压下金刚石聚晶生长过程中碳的转化机制. 利用光学显微镜、X-射线衍射、场发射扫描电子显微镜检测, 发现在熔渗过程中金刚石层出现了石墨化现象, 在烧结过程中金刚石颗粒表面形貌发生了变化. 根据实验现象分析, 在制备过程中存在三种碳的转化机制: 1)金属熔渗阶段金刚石颗粒表面石墨化产生石墨; 2)产生的石墨在烧结阶段很快转变为填充空隙的金刚石碳; 3)金刚石直接溶解在金属溶液中, 以金刚石形式在颗粒间析出, 填充空隙. 本文研究碳的转化机制为在高温高压金属溶剂法合成金刚石的条件下(6 GPa和1500 ℃的压力和温度范围内)工业批量化制备无添加剂、无空隙的纯金刚石聚晶提供了重要的理论指导.     

三维多孔复合碳层对电极的制备及其光伏性能研究

基于TiO_2光阳极、Pt对电极的染料敏化太阳能电池(DSSC)因其优异的光电转换特性受到了广泛的关注,然而Pt昂贵的价格制约了其发展与应用.针对这一问题,本文设计、制备了一种由相对致密且高导电的石墨膜(PC层,底层)及多孔碳纳米颗粒膜(CC层,顶层)构成的低成本、高性能三维多孔复合碳层对电极.基于该CC/PC对电极的DSSC具有优异的光伏性能:在1.5标准太阳光照射下,其填充因子高达65.28%(较Pt对电极高4.1%)、光电转换效率高达5.9%(为Pt对电极的94.2%). CC/PC对电极的优异光伏性能主要归因于其独特的三维多孔导电结构,该结构有极高的比表面积和丰富的催化反应活性位,有利于电子的快速传输及离子的快速转移,在这些因素的协同作用下,其光电转换性能大大改善.     

碳硅石压腔在高温高压拉曼光谱研究中的应用

描述了碳硅石压腔的结构和特点。碳硅石压腔主要包括碳硅石压砧、支撑加压系统、加热系统和金属垫片等部分。合成碳硅石的硬度高、热导性好、膨胀系数小、热稳定性好,并且它的晶体颗粒大,透明度好,价格也很便宜,因此是一种很好的压砧材料。还介绍了应用碳硅石压腔对Na₂CO₃溶液、Na₂SO₄溶液、水的拉曼光谱进行高温高压原位测量的实例。     

一种制备单原子碳链的方案

考虑到迄今为止实验上尚不能制备含有上百个原子的自由单原子链,本文提出利用探针从graphene中拉伸较长单原子碳链的设想,并通过分子动力学计算发现,室温下可以利用C60探针以1 m/s的速度从graphene的zigzag边缘拉出较长的一维单原子碳链,为实验提供了一种制备单原子碳链的可能方案. 关键词： 碳链 一维 分子动力学 探针     

碳碳复合阴极在相对论速调管放大器中的应用北大核心CSCD

研制了一种碳纤维分布具有高取向性的碳碳复合材料,并采用该材料制作的阴极开展了相对论速调管放大器的实验研究。实验结果表明:碳碳复合阴极爆炸发射的点火机制以尖端场增强为主,运行1000发后碳纤维结构稳定,重复频率25Hz运行时输出微波功率大于1GW,脉冲宽度大于100ns,阴极发射电流密度约3.82kA/cm2。碳碳复合阴极在启动速度、电流延迟时间及阻抗特性等方面性能还有待进一步的研究。     

不同LET碳离子束辐照拟南芥干种子的当代损伤效应

本研究以拟南芥（Columbia野生型）干种子为材料,利用兰州重离子研究装置（HIRFL）产生的碳离子束对材料进行辐射处理,统计其存活率、根长、下胚轴长及每果荚种子数,以探讨不同传能线密度（Linear Energy Transfer,LET）的碳离子束辐照对拟南芥当代损伤效应的影响。结果表明,在相同LET辐射条件下,随着辐射剂量的增大,拟南芥的存活率、根长、下胚轴长度、每果荚种子数都呈现下降趋势。在相同剂量不同LET辐射处理情况下,随着LET的增大,存活率、根长、下胚轴长、每果荚种子数都显著下降,可见高LET辐射严重抑制了拟南芥的生长和发育。研究表明,当LET为50 keV/μm时,碳离子束辐射拟南芥干种子对应的最佳诱变剂量为200 Gy,为后续开展碳离子束辐射的诱变效率研究奠定了前期基础。Aimed to study the biological effects of carbon ion beams with different linear energy transfer (LET) values provided by Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL), dry seeds of Arabidopsis thaliana (Columbia-WT) were irradiated and a series of biological effects of postembryonic development, such as survival rate, primary root length, hypocotyls length and number of seeds per silique, were investigated. The results showed that, under the radiation condition of the same LET value, the survival rate, root length, hypocotyls length and number of seeds per silique were decreased with the increasing dose. In addition, under the radiation conditions with different LET values, but same dose, the extent of the decline of the survival rate, root length, hypocotyls length and number of seeds per silique were reinforced with the increasing LET. It was also found that high LET radiations inhibited the subsequent growth and development of Arabidopsis thaliana severely. In brief, it was suggested that the optimum dose of carbon ion beam with 50 keV/μm value on Arabidopsis thaliana dry seeds was 200 Gy. This research complemented the preliminary theoretical foundation for the comparative study of the highest mutation efficiency of carbon ion beam irradiations at IMP, CAS(Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences).     

显微激光拉曼定量分析CO_2气体碳同位素组成方法研究

制备了一系列不同比例的~(12)CO_2/N_2和~(13)CO_2/N_2混合物,对样品进行显微激光拉曼测试分析后发现气体拉曼特征峰峰面积比与其摩尔分数比成正比例关系,拟合方程的斜率被认为是拉曼量化因子F_(12CO_2)和F_(13CO_2)。用气相组分中只含有~(12)CO_2和N_2的流体包裹体验证了当F_(12CO_2),为1.163 49时,根据气体的拉曼特征峰峰面积比能估算出其摩尔分数比。由线性拟合后的方程斜率得出F_(13CO_2)和F_(12CO_2)分别为1.610 86和1.163 49,它们的比率F_(13CO_2)/F_(12CO_2)是1.3845。在确定稳定同位素分子的拉曼参数和实验条件基础上,CO_2气体碳同位素摩尔分数比C_(12)/C_(13)可根据A_(12Co_2)/A_(13CO_2)(拉曼峰峰面积比)和F_(13CO_2)/F_(12CO_2)的乘积求出。此外,用已知摩尔分数比(C_(12)/C_(13))的人造包裹体验证了此方法具有一定的可行性,可以建立起定量分析CO_2气体碳同位素激光拉曼测试方法。     

氮掺杂碳气凝胶电极材料的制备及性能

以三聚氰胺（M）、间苯二酚（R）和甲醛（F）为原料,经溶胶-凝胶法、超临界干燥和高温碳化制备了系列的氮掺杂碳气凝胶（NCAs）。X射线光电子能谱(XPS)分析表明,氮元素成功地引入到碳气凝胶中,并且可以通过调节三聚氰胺掺杂量来控制氮掺杂量;扫描电子显微镜（SEM）和N2吸附测试显示出不同氮掺杂量的碳气凝胶的微观结构差异较大,随着氮含量的增加,比表面积有先减后增的趋势;在6 mol/L KOH溶液中进行的恒流充放电和循环伏安测试表明,引入氮元素能够极大地改善碳气凝胶的电化学性能,最高比电容量达176 Fg-1,并且凝胶具有良好的电容特性和可逆性。