人工纳米材料与植物的相互作用:植物毒性、吸收和传输

近十几年来纳米科技取得了突飞猛进的发展,人工纳米材料的应用日益广泛,势必导致大量纳米材料进入生态环境中,因此纳米材料可能带来的环境污染和生态效应也受到了高度关注。越来越多的研究表明,纳米材料对微生物、水生和陆生动物和植物都具有一定的毒性效应。植物是生态系统的重要组成部分,一方面纳米材料可能影响植物的发育与生长;另一方面,植物的代谢活动会影响纳米材料在环境中的迁移转化行为及其在食物网中的传递。但是,目前关于纳米材料与植物相互作用的研究还十分匮乏,多数研究只局限于相互作用导致的表观现象,例如:毒性的研究多关注于纳米材料对植物或植物细胞的表观毒性效应,缺乏对致毒机制的探讨;纳米材料的植物吸收和传输研究也仅停留在现象观察阶段,缺乏对吸收与传输机理的深入研究。而且很多研究结论还存在较大的争议,因此非常有必要对相关的研究进展与结论做全面梳理。本文综述了近年来关于纳米材料与植物相互作用的研究,从植株到植物细胞水平讨论了不同纳米材料对植物的毒性效应以及纳米材料的植物吸收和传输过程。     

空气稳定的氮杂蔻电子传输材料分子设计及三氮杂蔻衍生物迁移率计算

采用密度泛函理论研究氮功能化对蒄类化合物几何构型、电子结构及载流子传输性质的影响. 结果表明, 引入杂N原子可以线性降低前线轨道能级, 增强电子注入能力与空气稳定性, 且邻位掺杂较迫位和均匀掺杂调节效果更为显著. 其中, 十二氮杂蒄（12ac）具有新颖的“碗状”构型和高的电子亲和势（3.45 eV）, 是潜在的空气稳定电子传输材料构筑单元. 理论预测室温下2,6,10-三对甲氧基苯基-3,4,7,8,11,12-六甲氧基三氮杂蒄（3b）晶体的电子迁移率为0.242 cm2/V s, 预计是良好的电子传输材料, 值得进一步器件化研究.     

空气稳定的氮杂蒄电子传输材料分子设计及三氮杂蒄衍生物迁移率计算

采用密度泛函理论研究氮功能化对蒄类化合物几何构型、电子结构及载流子传输性质的影响.结果表明,引入杂N原子可以线性降低前线轨道能级,增强电子注入能力与空气稳定性,且邻位掺杂较迫位和均匀掺杂调节效果更为显著.其中,十二氮杂蒄(12ac)具有新颖的"碗状"构型和高的电子亲和势(3.45 eV),是潜在的空气稳定电子传输材料构筑单元.理论预测室温下2,6,10-三对甲氧基苯基-3,4,7,8,11,12-六甲氧基三氮杂蒄(3b)晶体的电子迁移率为0.242 cm2/V s,预计是良好的电子传输材料,值得进一步器件化研究.     

硫化钴装饰BiVO4光阳极提升其光电化学水分解性能

太阳能驱动的光电化学(PEC)水分解可以有效地将太阳能转化为化学能,作为解决环境排放和能源危机最具前景的途径之一,已经引起了科学界的广泛关注.PEC水分解系统由两个半反应组成:在光阳极上的析氧反应(OER)和光阴极上的析氢反应(HER).PEC系统的太阳能转化效率主要由光阳极/电解质界面的OER过程所决定,这是一个非常复杂且涉及质子偶联的多步四电子转移过程.钒酸铋(BiVO₄)是应用于PEC水分解的典型且具有实际应用前景的光阳极材料之一.然而,由于不良的表面电荷转移、电荷在光阳极/电解质结面处的表面复合以及缓慢的OER动力学等因素,导致BiVO₄的PEC性能受到严重限制.本文开发了一种新颖有效的解决方案,以低成本、高电导率和具有快速电荷转移能力的硫化钴装饰来提升BiVO₄光阳极的PEC活性,X射线多晶衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等表征,研究结果表明CoS成功装饰于BiVO₄表面.采用紫外-可见吸收光谱(UV-VisDRS)研究了BiVO₄和复合光阳极CoS/BiVO₄的光学性质,结果表明,与纯的BiVO₄相比,CoS/BiVO₄光阳极在可见光范围内光吸收能力有所增强.将制备的BiVO₄和CoS/BiVO₄光阳极应用于PEC分解水实验中,结果表明,相对于1.23 V可逆氢电极,在光照下,CoS/BiVO₄光阳极的光电流密度显著提升,可高达3.2 m Acm^-2,是纯BiVO₄的2.5倍以上.与纯BiVO₄相比,CoS/BiVO₄光阳极的起始氧化电位显示出负向偏移0.2 V,表明析氧过电势得到有效减小.入射光子转换效率(IPCE)测试结果表明,CoS/BiVO₄光阳极的入射光子转换效率在500 nm之前的可见光范围内得到明显提升,其中,CoS/BiVO₄的IPCE值在380 nm处达到最大.此外,由于CoS的装饰作用,CoS/BiVO₄光阳极的电荷注入效率和电荷分离效率均得到较大的提升,分别达到75.8%(相较于纯BiVO₄光阳极的36.7%)和79.8%(相较于纯BiVO₄光阳极的66.8%).电化学阻抗谱(EIS)测试结果表明,通过CoS的装饰,CoS/BiVO₄光阳极的界面电荷转移电阻得到有效降低,证明其界面电荷转移动力学得到有效提升.光致发光光谱测试结果表明,CoS的装饰显著提高了BiVO₄的光生电子-空穴对的分离效率,进一步证明BiVO₄表面的CoS装饰在其PEC分解水中起着非常积极的作用.本文为通过表面修饰设计应用于PEC水分解的有效的光阳极提供了新思路.     

二维材料用于渗透能转换的研究进展

在河水与海水的交界处实现渗透能提取与捕获是解决未来能源危机的重要方式之一. 渗透能因为储量大, 容易获取以及绿色可持续的优势受到广泛关注. 反向电渗析技术是一种能够有效捕获渗透能的方法之一, 目前已经得到了深入的研究与发展. 离子交换膜是反向电渗析技术转换渗透能的关键组件, 其性能的优异程度决定能量转换效率的高低. 常见的膜材料主要是高分子聚合物及其改性化合物, 最近一些二维材料如石墨烯、 氧化石墨烯、 二硫化钼、 各种框架材料及其改性复合物因优异的选择性离子传输、 纳米级通道、 丰富的表面功能基团以及可修饰性成为捕获渗透能的重要膜材料. 本文综合评述了二维材料作为离子传输通道的类型以及相应的传输机理; 例举了二维材料及其复合物的设计方案和在渗透能转换方面的具体应用; 最后提出了目前二维材料在渗透能转换领域中面临的挑战以及未来的发展方向.     

中空多壳层结构在电磁波领域中的应用

中空多壳层结构(HoMSs)是一种以纳米颗粒为结构单元构筑而成的具有多界面、 多维度的微纳米级宏观组装体, 具有次序排列的多个壳层及相互连通的多个空腔, 被认为是电磁波领域极具应用前景的功能材料. 本文主要从电磁波捕获、 传输及能量转换3个角度详细阐述HoMSs在电磁波领域应用中的独特优势, 浅析了HoMSs壳层数目、 壳层厚度、 壳层间距、 壳层组成等结构参数对电磁波传输与利用的影响规律, 并预测了HoMSs在电磁波领域的发展趋势, 以期为实现电磁波的高效利用提供参考.     

Mo掺杂调控电子结构增强NiS电催化固氮性能

以泡沫镍为骨架,通过水热法制备了Mo掺杂的NiS多级纳米花状结构(Mo-NiS)。在偏压为-0.7 V(vs RHE)下,2 h内,0.83 Mo-NiS(制备时钼、镍物质的量之比为0.83)的电催化固氮速率平均可达4.21μg·cm~(-2)·h~(-1),法拉第效率平均为18%。XPS测试和DFT计算表明,Mo掺杂增加了Ni活性位点周围的电子云密度,提高了电荷传输速率,促使*NNH_2到*N能垒大幅度降低,从而提升了电催化固氮效率。     

SnO2表面卤化提高钙钛矿太阳能电池光伏性能

钙钛矿太阳能电池(PSCs)成为近几年来迅速发展的新型太阳能电池,其中将SnO₂纳米粒子层用作电子传输层(ETL)的钙钛矿太阳能电池器件得到了广泛的关注。SnO₂有着更低的制备温度,使其具备应用于柔性器件的潜力,但与钙钛矿层能级不匹配等问题限制着其发展。而在界面处加入钝化层,尤其是表面卤化的方法或可解决这一问题。本文综合研究了SnO₂表面卤化对钙钛矿太阳能电池光伏性能的影响,选用四丁基氯化铵(TBAC)、四丁基溴化铵(TBAB)和四丁基碘化铵(TBAI)三种钝化材料对SnO₂表面进行钝化处理,并对钝化材料溶液进行了浓度梯度研究。通过材料形貌、结构和光学性能表征以及电池器件性能测试分析等方法,证明了SnO₂表面卤化可提高钙钛矿层的质量和PSCs光伏性能,并从器件内部电荷传输动力学等角度解释了器件性能改善的原因。为进一步说明其性能改善的机理,采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法对材料表面性质进行了深入研究,从能量、结构、电荷密度、态密度、功函数等角度解释了表面卤化提高SnO₂/钙钛矿界面处电子传输特性的原因。实验和理论计算均表明TBAC对于SnO₂具有较好的钝化效果,并随着溶液浓度的提升钝化作用越明显。SnO₂表面卤化作用的深入研究不仅对提高电池器件性能具有实际意义,还能够帮助理解太阳能电池界面现象,为界面改性提供新的研究思路。     

多总线通讯服务器设计与实现

为了解决大当量战斗部爆炸威力试验中测试参数多、测试区域广,多设备统一触发的难题,文中提出了分布式无线网络化的测试思路,进行了无线传输系统框架设计,简要介绍了系统的组成、功能、结构设计、各个通信点位的设计、网络构成、工作频率、电源系统设计等,使大家对该测试系统有一个全面的认识。设计人员研发了相关硬件设备,并进行了多发试验验证。该测试系统组网方式灵活,传输速率高,具备GPS同步和无线触发功能,可进行远程操控和数据下载,使用方便,可靠性高,提高了大当量战斗部爆炸威力的测试效率。     

基于3G-ASCX的小型飞行器异常导航信号检测系统设计

传统方法在异常导航信号信噪比较低时对小型飞行器异常导航信号的检测效果不理想。设计并实现了一种基于3G-ASCX的小型飞行器异常导航信号检测系统,硬件设计时着重于ASCX传感器模块、异常导航信号检测模块、主控基站模块、3G/GPRS传输模块的研究,3G/GPRS传输模块的硬件设计中,通过功耗低体积小的CC1100完成异常导航信号的收发,传输过程中通过芯片STC12C5410AD完成电容的平衡转换,选取了MC3486进行电压的转换,最终实现异常信号数据的安全快速传输;软件设计中,系统软件流程设计及异常导航信号检测模块软件设计,最后进行仿真实验,实验结果证明,相比传统系统,所设计系统检测到的小型飞行器异常导航信号同实际测量的异常导航信号具有较高的匹配度,与实际值相比,误差小于1dB,适合推广使用。