纳米孔缺陷导致单层黑磷电荷局域极大抑制非辐射电子-空穴复合的时域模拟

通常认为缺陷加速黑磷的非辐射电子-空穴复合,阻碍器件性能的持续提高。实验打破了这一认识。采用含时密度泛函理论结合非绝热分子动力学,我们发现P-P伸缩振动驱动非辐射电子-空穴复合,使纳米孔修饰的单层黑磷的激发态寿命比完美体系延长了约5.5倍。这主要归因于三个因素。一,纳米孔结构不但没有在禁带中引入深能级缺陷,而且由于价带顶下移使带隙增加了0.22 eV。二,除了带隙增加,纳米孔减小了电子和空穴波函数重叠,并抑制了原子核热运动,从而使非绝热耦合降低至完美体系的约1/2。三,退相干时间比完美体系延长了1.5倍。前两个因素战胜了第三个因素,使纳米孔结构激发态寿命延长至2.74 ns,而其在完美体系中约为480 ps。我们的研究表明可以制造合理数量和形貌的缺陷,如纳米孔,降低黑磷非辐射电子-空穴复合,提高光电器件效率。这一研究对于理解和调控黑磷和其它二维材料的激发态性质有重要意义。     

固相纳米孔对核酸组装的“免标记、均相”表征和应用探索

随着核酸自组装领域的飞速发展,除了作为遗传信息的载体外,核酸成为了一种具有高操作自由度和无限可能性的功能材料.基于核酸自组装原理的DNA纳米技术凭借其强大的可编辑性已经广泛应用于生物传感、纳米材料工程、医学诊疗以及分子计算机等领域.纳米孔作为一种新兴的单分子分析技术具有高分辨、高通量、免标记等特点,近年来在基因测序、分子物理化学性质分析等领域展示出了极大的应用潜力.作为一种新型高分辨表征技术,纳米孔已经在DNA纳米技术研究中崭露头角,被用于原位追踪和分析核酸分子的自组装行为.另一方面,DNA纳米技术也为纳米孔传感所面临的技术瓶颈提供了更多样化的解决思路,如借助功能核酸(Aptamer或DNAzyme)和无酶扩增核酸分子线路实现纳米孔对待测物的特异性增敏检测.本专论旨在通过对近期纳米孔技术与核酸自组装的跨领域研究成果进行系统性回顾,总结并展望纳米孔传感领域内核酸自组装的研究进展,以期为单分子生物分析、信息检索、基因分型和临床诊断等领域提供新思路和新方法.     

聚吡咯纳米纤维固相萃取-气相色谱法测定小鼠粪便中短链脂肪酸

建立了一种96微孔板装填聚吡咯纳米纤维固相萃取小鼠粪便中的短链脂肪酸的气相色谱测定法,解决了因采用水基质提取短链脂肪酸后直接进样分析而导致的气相色谱柱使用寿命缩短的问题。采用静电纺丝技术及原位化学聚合法制备聚吡咯纳米纤维,将其装填入96微孔板插管,提取小鼠粪便样本中的短链脂肪酸,有机相洗脱后采用气相色谱法测定样本中的短链脂肪酸含量。结果表明,6种短链脂肪酸在10～500μg/mL范围内线性关系良好,加标回收率在92.5%～128.3%之间。采用聚吡咯纳米纤维固相萃取,可有效提取粪便样本中的短链脂肪酸成分,并将水基质样本转换为有机相基质,有利于目标物信号检出,延长气相色谱柱的使用寿命。     

Pd nanoparticles on boron doped graphene catalyst for electrochemical detection of hydrogen peroxide prepared by electroless deposition methodEI北大核心CSCD

Taking advantage of large conjugated structure and reductivity of boron-doped graphenethe palladium nanoparticles/boron-doped graphene catalyst was prepared by electroless deposition method using boron-doped graphene as reductant and stabilizer. The average size of palladium nanoparticles highly dispersed on the surface of boron-doped graphene was about 6.5 nm. The electrochemical sensor was prepared by modifying the as-formed catalyst on the surface of glassy carbon electrode. The obtained electrochemical sensor exhibited an excellent electrochemical catalytic activity for H2 O2 . It exhibited high sensitivity with the detection limit as low as 830 nmol/L and good linearity in the range of 2.5-300 μµmol/L for detection of H2 O2 . It could be utilized for the determination of H2 O2 in milk samples. © 2022, Youke Publishing Co.,Ltd. All rights reserved.     

硅片表面构建的纳米金SERS基底检测雾霾颗粒物中的芴

以金纳米颗粒为基础,在硅片表面进行自组装,制备了纳米颗粒均匀密集分布的表面增强拉曼（SERS）基底,经过修饰后,实现了对雾霾颗粒物中的多环芳烃类物质—芴的分析测定。以3-氨丙基三甲氧基硅烷为偶联剂将纳米金固定到羟基化处理的硅片表面,然后将硅片在纳米金胶体和2-吡咯烷酮溶液中交替浸泡,在硅片表面制备了纳米颗粒均匀密集分布SERS基底。选择1-硫代癸烷对SERS基底进行修饰,以芴为目标物进行SERS检测,结果显示,在芴的浓度为1×10^-6～5×10^-5mol/L范围内,信号强度与浓度间具有良好的线性关系。将该基底用于雾霾颗粒物中芴的检测,在采集了雾霾样品的玻璃纤维膜表面芴的添加浓度约为5×10^-7～5×10^-6mol/g时,可以实现80%以上的回收率。     

三元镍基硫属化物纳米棒阵列的简单合成及其高效的电催化析氧性能北大核心CSCD

通过一步溶剂热法成功合成了泡沫镍(NF)支撑的三元镍基硫属化物(Ni_(3)(Se_(x)S_(1−x))_(2))纳米棒阵列。结构表征结果表明,所得三元Ni_(3)(Se_(x)S_(1−x))_(2)纳米棒属于三方物相,在泡沫镍基底上形成了有序的阵列结构。由于其快速的载流子传输效率、丰富的活性位点和多阴离子的协同效应,Ni_(3)(Se_(0.3)S_(0.7))_(2)/NF纳米棒阵列具有最佳的电催化性能。在1.0 mol/L的KOH溶液中,电流密度为50 mA/cm2时,过电势仅为344 mV,塔菲尔斜率为40.17 mV/dec,同时具有优异的电化学稳定性。更重要的是,以商用Pt/C为阴极,Ni_(3)(Se_(0.3)S_(0.7))_(2)/NF纳米棒阵列为阳极进行全分解水实验,仅需要1.49 V的电池电位即可提供10 mA/cm2的电解电流,表现出良好的电解水效果。该研究为电解水技术领域提供了一种高效的电催化剂,也为电化学能源技术中非贵重电催化剂的合理构建提供了有价值的见解。     

无机纳米佐剂的设计及其在人类冠状病毒疫苗免疫增效中的应用

近年来,人类冠状病毒的出现与传播对全球公共卫生防控带来了严重危机和巨大挑战。因此,迫切需要开发广谱的抗冠状病毒疫苗。疫苗一般具有抗原递送与免疫调节两个特点,而佐剂在疫苗免疫增效中发挥着关键作用。随着人们对金属免疫的认识增加,目前除了长期应用的铝佐剂外,其他无机金属元素及其纳米颗粒因其独特的性质发展成为具有潜力的候选佐剂。本文介绍了几种典型的无机纳米颗粒及其在抗人类冠状病毒疫苗佐剂中的应用并提出其设计要点,为后续个性化疫苗与新型无机纳米佐剂的开发提供思路。     

以金纳米粒子为指示剂的法扬司法测定氯离子

将纳米材料引入到滴定分析法中,利用柠檬酸钠还原氯金酸法制备了带负电荷的纳米金,然后,以纳米金为吸附指示剂,利用纳米金局部表面等离子体共振特性来确定滴定终点,从而建立了检测氯离子的新型法扬司法。研究表明,该方法在毫摩尔级可准确测定氯离子,并且废液可通过配位反应、沉淀反应和氧化还原反应,将金和银回收再利用,从而降低成本并减少污染。通过本实验的实践,使学生接触到学科的前沿领域,激发学生对科学研究的兴趣,培养学生的科研探究能力,推动绿色化学在本科教学中的应用。     

CoMn@NC催化5-羟甲基糠醛常压氧化为2, 5-呋喃二甲酸二甲酯

2, 5-呋喃二甲酸二甲酯(DMFDCA)这一生物质衍生的增值化学品是石油基聚合物单体对苯二甲酸(TPA)的理想替代品。本研究采用一步共热解法合成了两种廉价金属修饰的氮掺杂多孔碳催化剂CoMn@NC,并将其用于5-羟甲基糠醛(HMF)在温和条件下的需氧氧化。由Co₃Mn₂@NC-800催化HMF在50 ℃和常压氧气的条件下反应12 h后,得到产率为85%的DMFDCA。多孔催化剂的高比表面积提高了传质效率。Co纳米粒子(NPs)和呈原子级分散的Mn与掺杂在碳中的氮配位形成M―N_x。富含吡啶氮的碳基体中的缺电子金属位点有利于HMF和氧的活化。氧形成的超氧自由基阴离子的存在确保了半缩醛中间体和5-(羟基甲基)-2-糠酸甲酯(HMMF)的羟甲基的脱氢氧化,从而高选择性得到DMFDCA。该催化剂性能稳定,可适用于各种取代芳醇。该催化体系具有用于生产聚合物单体羧基酯的应用潜力。     

“两性一度”教学要求下的物理化学综合实验教学探索——以无表面活性剂微乳的构筑及应用为例

围绕“两性一度”的教学要求,结合胶体和纳米科学的发展前沿设计了一个物理化学综合实验。该实验内容丰富、易实施,立足基础,落实高阶,重视创新和挑战,是对理论课程的有力支撑。项目的实施可激发学生对物理化学的学习兴趣,夯实基础,提高对知识的理解和综合运用能力,开阔科学视野,培养创新能力、探索精神和环保意识。