CdS修饰TiO_2纳米管阵列制备及其光电催化产氢性能

为了实现利用可见光高效产氢,研究开发了具有可见光响应的CdS/TiO2纳米管阵列光催化剂.利用电化学阳极氧化法,在0.15mol/LNH4F和0.08mol/LH2C2O4的电解液中用钛片制备TiO2纳米管阵列,纳米管管径为80~100nm,管长约为550nm;在氨-硫脲体系中通过水浴化学池沉积将CdS纳米颗粒复合在TiO2纳米管上.以300W氙灯为光源,CdS/TiO2纳米管阵列(2×54mm×100mm)作为光阳极,外加1.0V槽电压,0.1mol/LNa2S和0.04mol/LNa2SO3为电子给体,光电产氢速率达到245.4μL/(h·cm2),表明CdS/TiO2纳米管阵列是一种有前景的光催化产氢材料.     

CdS修饰TiO2纳米管阵列制备及其光电催化产氢性能

为了实现利用可见光高效产氢, 研究开发了具有可见光响应的CdS/TiO₂纳米管阵列光催化剂. 利用电化学阳极氧化法, 在0.15 mol/L NH₄F和0.08 mol/L H₂C₂O₄的电解液中用钛片制备TiO₂纳米管阵列, 纳米管管径为80~100 nm, 管长约为550 nm; 在氨-硫脲体系中通过水浴化学池沉积将CdS纳米颗粒复合在TiO₂纳米管上. 以300 W氙灯为光源, CdS/TiO₂纳米管阵列(2×54 mm×100 mm)作为光阳极, 外加1.0 V槽电压, 0.1 mol/L Na₂S和0.04 mol/L Na₂SO₃为电子给体, 光电产氢速率达到245.4 μL/(h·cm²), 表明CdS/TiO₂纳米管阵列是一种有前景的光催化产氢材料.     

金属硼化物作为水溶液负极材料的制备与容量输出性能

通过机械球磨法制备了TMB0.5(TM=Co,Mo,V)类过渡金属硼化物.在碱性电解质溶液中,合成的金属硼化物表现出显著的电化学活化行为,其放电容量明显高于单质金属与硼单独放电的容量之和,其中过渡金属实现的放电容量约为其单独放电时的2倍.同时,作为负极应用,该金属硼化物的阳极极化明显降低,与空气电极构成电池后,恒流放电电压平台相对于单质金属提高了100～300mV.表明金属硼化物中过渡金属与硼可以相互活化,从而实现电化学性能的共同显著提高.     

微生物燃料电池协同处理含氯酚废水

采用能作为电子受体的特征污染物氯酚化合物为阴极氧化剂, 构建微生物燃料电池, 利用阴极室协同处理含氯酚废水, 为有机废水的资源化提供了一种新思路. 研究表明, 该电池具有较好的产电性能, 最大电池输出功率密度为12.4 mW/m², 库仑效率达到22.7%. 同时, 阴极室降解污染物的效果明显, 45 h内60 mg/L的对氯酚被完全还原, 对氯酚脱氯与电池产电过程具有明显的协同关系.     

镱对大鼠海马神经元钠电流及其动力学的影响

利用全细胞膜片钳技术,研究稀土镱离子对大鼠海马神经元电压门控性钠电流及其动力学的影响.膜片钳记录到的钠电流经过滤波过滤后储存于计算机中.结果发现,稀土镱离子对海马神经元钠电流的增大效应具有剂量依赖性和电压依赖性.100 mol/LYb3+使电压门控性钠电流的最大电流值由2154±163 pA增大到2807±60 pA,电流幅度增加了30.3%,这与镱抑制钾电流作用完全不同.镱作用钠电流的半数增大浓度是8.97 mol/L.通过对钠通道激活和失活动力学分析发现,100 mol/LYb3+基本不改变钠通道的激活和失活的电压过程.从激活时间和失活时间常数来分析,它们都具有电压依赖性,在80和70 mV电压下,100 mol/LYb3+显著延长了钠电流的激活时间,大于70 mV以后,镱不改变峰值时间,Yb3+使钠电流失活时间常数显著减小.总体来说,在钠电流开放的电压范围内,Yb3+基本不影响钠电流的激活过程,使失活时程提前,可以看出Yb3+主要通过增大钠通道的电导而增大钠电流的幅度,这可能是Yb3+作用海马神经元的机制之一.     

CCK对三叉脊束尾侧核神经元作用的离体研究

胆囊收缩素(CCK)是一种典型的脑肠肽,也是脑内含量最高的神经肽,具有神经递质或调质的作用,影响脑的多种功能活动,其中对痛觉的调制作用尤为人们重视.三叉脊束尾侧核(cNTST)是脊髓背角在延脑的延伸,含有CCK能纤维和受体,参与头面部特别是牙髓痛觉的调制和传递.本工作在大鼠离体脑片标本上,用细胞内记录技术研究CCK对cNTST神经元作用,旨在分析CCK的痛觉调制作用的可能机制.方法与文献[3]相似.70～120g的Wistar大鼠,断头后迅速取出脑干,用振动切片机将延脑尾端切成400μm厚的脑片,在人工脑脊液(CSF)中室温下孵育1h后进行实验.实验中CSF通以95%的O_2和5%的CO_2的混合气饱和,温度保持在32℃,灌流速度1～2mL/min.用灌充3mol/L乙酸钾的玻璃微电极在胞内记录,电极电阻80～160MΩ.CCK-8(Sigma)用蒸馏水配制成1mmol/L浓度的液体,灌入尖端直径10～20μm的微玻璃管内,经压力泵(PPS-2)注射.微玻璃管尖端放置在记录附近0.5mm内.实验共记录了32个神经元,膜电位为-50mV到-70mV.CCK-8使其中17个神经元产生去极化兴奋性反应,并呈剂量依赖性(图1),其余神经元无反应.用含1μmmol/L的河豚毒素(TTX)的CSF灌流脑片阻断突触传递后,CCK-8仍引起去极化反应(图2).     

亚微米磁铁矿强化反硝化降解苯酚和喹啉

导电性磁铁矿(Fe_3O_4)已被证实能促进厌氧微生物直接种间电子传递.然而磁铁矿在厌氧水处理过程中会被铁还原菌利用而溶解,造成大量磁铁矿随出水流失,影响其长期介导作用.基于此,本研究在微氧连续运行的活性污泥反应器(activated sludge reactor, AS)中投加亚微米级(0.1～0.3μm)磁铁矿建立Fe_3O_4/AS复合体系(R2),以强化反硝化生物降解苯酚和喹啉,并探讨其作用机理.结果表明,在微氧条件下(DO=0.5～1.0 mg/L)运行80 d后, R2体系有效缓解了磁铁矿的还原溶解,反应器中铁矿物主要以磁铁矿和针铁矿形式存在,其出水Fe~(2+)浓度始终保持在0.2 mg/L左右;当进水喹啉浓度为55 mg/L时, R2体系中化学需氧量、苯酚、喹啉、NO_3-N、总有机碳和总氮去除率比对照组R1分别提高了38%、49%、65%、64%、23%和98%.机理研究表明, R2中与反硝化和芳烃降解有关的菌属(如Denitratisoma和Azoarcus)丰度显著提升;磁铁矿刺激了胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPS)的分泌(约为R1的2倍)和污泥微生物间的凝聚;磁铁矿的加入显著提高了EPS中胞外电子穿梭体(血红素c和类腐殖酸)浓度以及与污染物降解和氮还原相关的酶活性(R2 EPS中脱氢酶、硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶活性分别是R1的2.4、5.8和4.3倍),从而加快了芳烃降解菌与反硝化菌之间的电子传递速率,实现了Fe_3O_4/AS体系更好的脱氮除碳性能.     

产酸克氏杆菌(Klebsiella oxytoca)钼铁蛋白α-423~(Ile)位点的突变导致固氮酶催化活性降低

基于前期对固氮酶催化过程中存在两条电子传递通路的推论,探索从与P原子簇共价相连的β-93Cys出发至FeMoco之间重要的氨基酸位点.通过分析固氮酶钼铁蛋白的结构,利用体外定点突变和基因替代技术,将产酸克氏杆菌(Klebsiella oxytoca)固氮酶β-102Asn,α-431Lys和α-423Ile位点分别替换为β-102Ala,α-431His和α-423Pro,获得Nβ102A,Kα431H和Iα423P突变株.3个突变对细菌固氮生长有不同程度的影响,其中Iα423P突变株几乎无固氮生长,细胞乙炔还原活性显著下降;在42 L发酵罐中培养,其细胞最高固氮酶活性仅为野生型菌株的1/6;qRT-PCR检测发现此突变株nifD基因4倍的上调表达.分离纯化Iα423P钼铁蛋白,其最高C2H2和H+还原水平分别为野生型的13%和21%.根据以上研究结果推论,突变固氮酶的催化活性显著降低,或与直接打破α-423Ile与高柠檬酸长臂之间的氢键有关,推测α-423Ile是固氮酶催化底物还原过程中,电子经高柠檬酸长臂进入活性中心Mo位的入口氨基酸.     

飞虱虫疠霉黍米培养及其生物学特性

采用黍米(Panicum miliaceum)作为营养基质, 对侵染飞虱、叶蝉及蚜虫的飞虱虫疠霉(Pandora delphacis)进行固体培养实验. 将菌丝生物量约为25 mg/mL的菌丝液按20%的比例(体积重量比)接入经高温湿热灭菌而适度熟化、 含水量为45%的黍米中, 在25℃和12L︰12D条件下直接培养, 所获3~17 d黍米培养物的产孢潜能和有效产孢时间因培养天数不同而异. 以培养5 d的黍米产孢量最大, 达(17.12±1.31) ´ 10⁴个/粒, 培养7~11 d的黍米产孢量为13.00 ´ 10^{444Myzus persicae)成蚜暴露在黍米培养物中2 h后接种, 7 d内的感病死亡率为69.8%, 而对照蚜虫中无一染病死亡. 结果表明, 飞虱虫疠霉黍米培养物的生物学性状类似于该菌侵染致死的蚜尸, 而且每颗米粒的产孢潜能和有效产孢时间远优于天然蚜尸, 可作为虫霉病传播源而成为天然虫尸的模拟物.}     

微囊化基因工程菌作为尿毒症口服制剂的研究

微囊化基因工程菌作为口服制剂治疗尿毒症是近年来的研究新思路. Klebsiella aerogenes脲酶基因(UreDABCEFG)通过质粒pKAU17转入大肠杆菌E.coli DH5α, 经驯化后能以尿素或氨为惟一氮源生长, 因此可将其视为尿素吸附剂. 以聚乙烯醇为载体制备微囊化脲酶基因工程菌, 其机械强度远远高于APA微囊, 从而解决了APA微囊易破碎的缺点. 制备聚乙烯醇微囊化工程菌的适宜条件是聚乙烯醇(平均聚合度为2450)浓度为6%(质量体积比), 用硼酸交联其pH值为6.5, 反应时间24 h, 包菌量为8%(质量体积比), 气流量为3 L/min, 射流量为1 mL/10 min, 粒径主要分布于20~40目. 体外模拟试验表明, 含100 mg湿菌体的聚乙烯醇微囊4 h内清除尿素约18.4 mg.     

电化学自由基/自由基氧化交叉偶联进展

自由基/自由基交叉偶联是近年来兴起的直接构建化学键的交叉偶联策略之一,能够有效地构建C-C键、C-X键、X-Y键.稳态自由基效应(persistent radical effect, PRE)概念的提出为自由基/自由基交叉偶联策略提供了理论基础.但由于自由基特性,其化学选择性的调控是目前该策略所面对的主要挑战.传统的自由基/自由基交叉偶联策略利用金属调控自由基活性,从而调控反应的化学选择性,但避免不了化学计量的氧化剂使用.有机电化学合成目前被认为是环境友好且高效的合成策略,利用电极上的电子转移策略可以避免当量氧化剂的使用,通过精确控制电压与电流可调控瞬态自由基和稳态自由基的生成速率,从而调控自由基/自由基交叉偶联反应,且电氧化策略将反应空间范围控制于阳极周围,保证瞬态自由基的存活和与其他自由基的高效偶联.本文以C-C键、C-X键、X-Y键等成键类型作为分类依据,综述了目前电化学自由基/自由基交叉偶联的最新进展,并对未来自由基/自由基交叉偶联的发展前景进行了展望.     

内磁层中行星际激波激发的超低频波对“杀手”电子和能量离子的快速加速

辐射带中的能量电子与离子是首要的空间天气威胁. 理解这些粒子如何在辐射带中被 加速是空间物理学的主要挑战之一. 本文总结了行星际激波在内磁层激发的超低频(ULF)波 对“杀手”电子与能量离子的快速加速的最新进展. 甚低频(VLF)波-粒子相互作用被认为是电 子加速的主要机制之一, 这是因为电子回旋共振容易在VLF 波频率范围内发生. 最近, 运用4 颗Cluster 卫星的观测, 发现在行星际激波作用于地球磁层之后, 辐射带中的能量电子几乎立 即被加速, 并且加速过程持续数小时. 传统的加速机制是基于VLF 波粒相互作用加速电子至 相对论能量, 时间尺度长达数天, 因而无法解释我们的观测. 进一步发现行星际激波或太阳 风压强脉冲, 与更加小的动压变化, 对辐射带动力学起到无法忽视的作用. 行星际激波与地 球磁层相互作用会产生许多重要的空间物理学现象, 包括能量粒子加速. 由行星际激波作用 引起的辐射带能量电子的快速加速的机制包括3 个组成部分: (1) 由与激波相关的磁场剧烈压 缩引起的初始绝热加速; (2) 与不同L 壳层被激发的极向模ULF 波造成漂移-共振加速; (3) 与 ULF 波相关的快速衰减的电场引起的粒子加速. 粒子最终会获得净加速, 因为它们在上半个 周期获得的能量多于在下半个周期损失的能量. 本文得到的结果对理解在地球Van Allen 辐 射带中的能量粒子加速有了新的认识, 同样也可以被应用于行星际激波与其他行星的相互作 用, 例如水星、木星、土星、天王星和海王星, 以及其他有磁场存在的天体.     

TiO2改性β-PbO2电极光电协同降解偶氮染料酸性橙Ⅱ

电助光催化是一种有效的提高光催化效率的手段. 通过共沉积的方法制备了TiO₂改性β-PbO₂电极, 分别用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表征了其表面形貌和晶体结构. 将其用于电助光催化降解酸性橙Ⅱ, 在外加电压(阴阳两极间)为1.5 V时, 考察了溶液初始pH值对降解50 mg/L酸性橙Ⅱ的影响; 在外加电压为2.5 V时, 研究了初始pH = 2.0和pH = 12.0时降解历程和降解产物的差异. 结果表明, 200 mL共沉积液中加入2.0 g TiO₂制备的改性β-PbO₂电极较未改性的β-PbO₂电极晶粒更加精细, 表面更加致密均匀. 电助光催化降解酸性橙Ⅱ时产生了明显的光电协同作用, 溶液初始pH = 2.0时对酸性橙Ⅱ的降解效率和TOC去除率最高. 通过对紫外可见光谱和最终降解产物的分析, 证明初始pH = 2.0时, 在2 h的反应时间内, 光电协同催化降解酸性橙Ⅱ经历产生主产物马来酸的反应步骤, 而初始pH = 12.0时酸性橙Ⅱ的降解较为缓慢.     

MOF衍生N-CoFe-C@NF多级结构用于可充放锌-空气电池

锌-空气电池作为一种兼具成本低、容量高、环境友好等优点的高效储能器件,具有1084 Wh/kg的理论能量密度,甚至高于传统锂离子电池.锌-空气电池主要受限于其空气电极材料氧还原(ORR)和析氧反应(OER)缓慢的动力学,因此大量的研究都集中在如何优化其催化活性上.目前应用最广泛的ORR和OER的催化剂分别是Pt/C和RuO2,但是其高昂的价格和稀缺性使其应用受限.金属有机框架(MOF)是金属阳离子或阳离子团簇与有机配体配位形成的配位聚合物,具有高比表面积与结构可调控性等优势,经高温煅烧后可以获得结构各异且异原子掺杂(例如氮掺杂)的碳化物材料,展现了优良的ORR和OER催化活性,成为电催化领域的研究热点.类普鲁士蓝是一种典型的MOF材料,具有成分易调控、合成方法简单等优点.本研究通过氢氧化钴纳米棒的原位转化制备负载在泡沫镍上的钴铁双金属类普鲁士蓝,并以此为前驱体制备了氮掺杂钴铁双金属碳化物催化剂;使用扫描电子显微镜(SEM)、X光衍射(XRD)、X光电子能谱(XPS)等手段对样品进行表征;使用旋转圆盘电极、线扫描等测试材料研究其对ORR和OER催化性能的影响.结果表明,所制备的氮掺杂钴铁双金属碳化物催化剂具备较好的ORR和OER活性.在0.1 mol/L KOH溶液中, ORR半波电位为0.81 V; 1.0 mol/L KOH中, OER电流密度达到10 mA/cm~2时,过电位为300 mV.该材料作为空气电极催化剂组装锌-空气电池,开路电压为1.29 V,且具备较好的稳定性和循环性.     

结构水引起的榴辉岩变形组构和变形机制

运用电子背散射衍射技术研究了天然超高压榴辉岩中石榴石和绿辉石的变形晶格优选方位与其结构水之间的关系, 并探讨了榴辉岩的主要塑性变形机制. 研究结果表明: (1) 天然榴辉岩中富结构水的绿辉石具有典型的L或SL型组构, [001]轴极点在面理面上呈大圆环分布, 最大极密对应轴向近平行线理, (010)面极点为垂直线理分布的大圆环, 最大极密对应晶面近平行面理, 表征在剪切为主变形条件下形成; 绿辉石中结构水含量变化不会导致绿辉石变形组构特征大的变化, 即不改变变形机制和位错主滑移系, 但可能是造成绿辉石低流变强度的主因; (2) 榴辉岩中结构水含量变化可以造成石榴石流变性质的重大转变, 在无水条件下石榴石显刚性, 在富结构水条件下颗粒边界过程将主导石榴石的塑性变形并导致流变强度的下降, 在这两种情况下石榴石都不显示晶格变形优选方位. 该研究成果对深入了解榴辉岩在深俯冲和折返过程中的变形过程和机制及相关的流体活动具有重要意义.     

Zn掺杂TiO2纳米管电极制备及其对五氯酚的光电催化降解

采用阳极氧化法在Ti基底上制备TiO₂纳米管电极, 再通过浸渍法制备出Zn掺杂TiO₂纳米管电极. 采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、电子探针显微分析(EPMA)、紫外-可见漫反射吸收光谱(DRS)技术对其进行表征, 电极表面分布有均匀的纳米管状阵列, 管径50～90 nm, 管长约200 nm, 管壁厚约为15 nm, 锐钛矿型TiO₂, Zn元素以ZnO小团簇形态沉积在TiO₂纳米管电极表面, 与TiO₂纳米管电极相比起始吸收带边红移近20 nm. 分别使用Zn掺杂TiO₂纳米管电极和TiO₂纳米管电极对相同五氯酚(PCP)溶液(初始浓度为20 mg/L, 电解质Na₂SO₄浓度为0.01 mol/L, 初始pH为7.03)进行光电催化降解120 min. 结果表明: 在紫外光(400 μW/cm²)或可见光(4500 μW/cm²)的照射下, Zn掺杂TiO₂纳米管电极对PCP的降解率分别为73.5%和18.4%, 而TiO₂纳米管电极对PCP的降解率分别为48.5%和3.2%. Zn掺杂TiO₂纳米管电极光电催化降解PCP的准一级反应动力学常数分别为TiO₂纳米管电极的2.0倍和5.8倍, 且其光电催化性能与Zn掺杂浓度有关，最优掺杂浓度为0.909%. Zn掺杂TiO₂纳米管电极的稳定性良好.