TiO2@V2O5空心纳米球催化剂增强MgH2体系储氢性能

氢化镁(MgH₂)是一种具有高储氢容量(7.6 wt%)的固态储氢材料,但其热力学稳定性高,动力学缓慢,限制了广泛应用.双金属氧化物催化剂对MgH₂储氢性能的积极影响已被许多研究者认可.本文采用简便的方法合成了具有纳米空心球结构的TiO₂@V₂O₅双金属氧化物催化剂.添加12 wt%TiO₂@V₂O₅后,MgH₂的起始解吸温度显著降低至204℃.在100℃条件下,MgH₂在15 min内吸附4.21 wt%的H₂,在300℃条件下释放6.18 wt%的H₂,MgH₂的活化能从142.78 kJ/mol降低到86.47 kJ/mol.差示扫描量热分析(differential scanning calorimeter,DSC)结果表明,MgH₂的氢解吸活化能从197 kJ/mol降低到...     

氧化镓异质集成和异质结功率晶体管研究进展

超宽禁带氧化镓(Ga₂O₃)半导体具有临界击穿场强高和可实现大尺寸单晶衬底等优势,在功率电子和微波射频器件方面具有重要的研究价值和广阔的应用前景.尽管Ga₂O₃材料与器件研究已取得很大进展,但其极低的热导系数和缺少有效的p型掺杂方法成为限制其复杂器件结构制备和器件性能提升的主要瓶颈.针对上述两大关键瓶颈,本文综述了利用异质材料集成的方法实现高导热衬底Ga₂O₃异质集成晶体管与基于p型氧化镍/n型氧化镓(pNiO/n-Ga₂O₃)异质结的Ga₂O₃功率二极管和超结晶体管的研究进展.采用离子刀智能剥离-键合技术实现的高导热衬底Ga₂O₃异质集成方案可有效解决其导热问题,碳化硅(Si C)和硅(Si)基Ga₂O₃异质集成晶体管展现出远优于Ga₂O₃     

Ga-O双功能位点促进高选择性光催化甲烷直接转化制甲醇

光催化甲烷(CH₄)直接转化制甲醇(CH₃OH)被誉为催化界的“圣杯反应”.然而,由于反应过程中目标产物容易发生过氧化反应,实现CH₃OH的定向转化仍然面临巨大挑战.本文通过溶剂热法和高温煅烧法成功地制备了不同晶相的Ga₂O₃光催化材料(α-Ga₂O₃和β-Ga₂O₃),并对其光催化CH₄直接转化制CH₃OH的性能进行评价.测试结果显示在室温常压,且不额外添加其他氧化剂的情况下,α-Ga₂O₃和β-Ga₂O₃表现出优异的光催化性能.相较于β-Ga₂O₃,α-Ga₂O₃的光催化性能更优:反应2 h后,其CH₄转化率达4.5%,CH₃O...     

超声强化雷尼镍活化新生氢气对水中三氯生的降解机制

催化加氢脱氯是实现水中三氯生(triclosan,TCS)降毒去稳的有效方法.实际应用中,对贵金属催化剂的过度依赖和密闭的加压反应体系是制约该方法工业化应用的关键因素.本研究以阴极析氢反应产生的新生氢气(nascent H₂,Nas-H₂)作为雷尼镍(Raney Ni,R-Ni)催化剂的氢源,建立了温和条件下三氯生高效还原脱氯的催化加氢体系.结果表明,雷尼镍/新生氢气体系中三氯生的还原遵循准一级反应动力学,反应2.0 h后,三氯生的转化率为96.3%,脱氯率为68.8%.其中,雷尼镍活化新生氢气产生的吸附态氢原子(hydrogen adatoms,H_ads~*)为反应性物种.为了深化三氯生加氢脱氯,向反应体系中引入超声波(ultrasonic,US),三氯生转化率及脱氯率分别增至99.0%和86.5%,新生氢气的原子利用率达到0.21%.超声增强的氢化性能归因于空化作用提高了雷尼镍催化活性,并将新生氢气泡破碎为易活化的纳米氢(nanoscale H₂,Nano-H₂)气泡,促进...     

珠江三角洲大气夜间非均相化学反应对二次气溶胶和臭氧的影响

近年来,我国在PM_2.5治理方面取得了显著成效,而O₃污染问题日益突出.观测结果表明,珠江三角洲光化学反应活跃季PM_2.5与O₃呈现明显的正相关,但对两者之间耦合关系认识不清使得其协同控制具有很大难度.迄今为止,大部分研究主要关注日间光化学机制,而对夜间大气化学过程的认识明显不足.最新研究表明,夜间五氧化二氮（N₂O₅）非均相反应是PM_2.5和O₃生成的重要潜在机制,不仅对二次硝酸盐生成具有重要贡献,而且其非均相反应产物硝酰氯（ClNO₂）在次日清晨的光解对促进大气氧化性也有重要影响.本研究于2018年10月在臭氧污染较严重季节对深圳城市大气中N₂O₅和ClNO₂进行了在线测量,基于气相和颗粒相污染物变化对N₂O₅的非均相反应进行量化计算与活性评估.观测结果表明,夜间N_2<...     

有机氯脱氯转化的铁还原菌与铁氧化物界面的交互反应

脱色希瓦氏菌(Shewanella decolorationis, S12)是一株异化铁还原菌, 在厌氧条件下能够以三价铁(Fe(Ⅲ))为末端电子受体, 将其还原成亚铁(Fe(Ⅱ)). 本研究以脱色希瓦氏菌、铁氧化物(a- FeOOH)与有机氯(三氯甲烷和五氯酚)三者为基本要素, 构建了一个有机氯脱氯转化的铁还原菌-针铁矿界面交互反应体系. 结果表明, S12对照体系的直接脱氯效果较弱, a-FeOOH非生物体系具有一定的脱氯效果, S12+a-FeOOH交互反应体系的脱氯转化动力学显著提高. 体系中铁物种浓度的变化和氧化还原性能的表征结果显示, 铁还原菌S12促进界面脱氯转化的主要原因是S12能够有效促进吸附态Fe(Ⅱ)的生成, 并持续提高体系的还原能力. 这些结果将为铁还原菌-铁氧化物界面可还原性毒害物的脱毒转化研究提供借鉴.     

不同产地或提取工艺枸杞对原代胶质细胞抗氧化及抗炎作用的影响

为探讨不同产地及提取方式的枸杞对小鼠原代脑胶质细胞抗氧化及抗炎作用的影响,本研究以原代小鼠脑胶质细胞为研究对象,4种不同产地及提取方式的枸杞提取物预处理2 h后,用400μmol/L过氧化氢干预建立氧化应激损伤模型.建模6 h后,采用q-PCR检测原代脑胶质细胞抗氧化及炎症相关的基因表达水平;24 h后,检测各组细胞上清液中乳酸脱氢酶（LDH）水平,并通过Western blot检测原代胶质细胞SOD1、PRDX5及SOD2的蛋白表达水平.结果显示,与未加枸杞提取物的对照组相比,宁夏枸杞水提物组（NX）、新疆枸杞水提物组（XJ）、枸杞糖肽组（LBP）的LDH水平无显著性差异,青海枸杞水提物组（QH）的乳酸脱氢酶（LDH）水平显著升高.在过氧化氢刺激后,枸杞糖肽组（LBP+H₂O₂）的细胞活性无明显降低.同时,在过氧化氢刺激下,宁夏枸杞水提物组（NX+H₂O₂）、新疆枸杞水提物组（XJ+H₂O₂）的Nrf-2基因表达水平明显升高,LBP+H₂     

稳定化的零价Fe, FeS, Fe3O4纳米颗粒在土壤中的固砷作用机理

砷是一种广泛存在于土壤和地下水中的污染物. 虽然多种铁基材料已被用于受污染土壤中砷的固定, 但是关于稳定化的铁系纳米颗粒在该方面的研究鲜见报道. 本文研究了3种经淀粉固定的铁系纳米颗粒(零价Fe, FeS, Fe₃O₄)对两种典型砷污染土壤(果园土壤、靶场土壤)的固砷作用. 为了检测纳米颗粒对砷的去除效果, 实验中采取了不同的Fe/As摩尔比(5:1~100:1)和接触时间(3或 7 d). 土壤中砷的生物活性和浸出率分别用生理原理提取法(physiologically based extraction test, PBET)和毒性浸出程序(toxicity characteristic leaching procedure, TCLP)方法表征. 在实验时间为3 d、Fe/As摩尔比为100:1的实验中, 果园砂质土壤中砷的生物活性从最初的71.3% ± 3.1%分别降至30.9% ± 3.2%(零价Fe)、37.6% ± 1.2%(FeS)和29.8% ± 3.1%(Fe3O4); 靶场土壤中砷的浸出率从初始0.51% ± 0.11%分别降至0.24% ± 0.03% (零价Fe)、0.27% ± 0.04%(FeS)和0.17% ± 0.04%(Fe₃O₄). 3种纳米颗粒中Fe₃O₄的固砷效率最高. 比较两种土壤, 可以看出该处理方法更适用于铁含量较低、砷初始浸出率较高的果园土壤. 结果表明, 对于砷污染的贫铁土壤、沉积物和固废等, 环境友好的铁系纳米颗粒是十分有效的固砷材料.     

无机砷对滇池微囊藻生长及产毒的影响

采用滇池微囊藻FACHB905 进行无机砷暴露实验, 旨在考察无机砷对微囊藻生长及产毒的影响. 结果表明, 该微囊藻对无机砷具有较强的耐受性, 三价砷(As(Ⅲ))对微囊藻FACHB905 的毒性阈值介于10^-5~10^-4 mol L^-1 间, 浓度高达10^-3 mol L^-1 的五价砷(As(Ⅴ))对微囊藻生长无显著影响. 在10^-8~10^-4 mol L^-1 As(Ⅲ)处理下, FACHB905 的微囊藻毒素总产量呈现倒U 型的hormesis 现象; 在10^-7 mol L^-1 As(Ⅲ)暴露下, 总产毒量达到最高. 在10^-8~10^-3 mol L^-1As(Ⅴ)暴露下, 微囊藻毒素LR的产量增多, 表明藻细胞的毒性也随之升高. 滇池表层水体中含有较高浓度的砷(139 μg L^-1), 主要以As(Ⅴ)的形式存在, 由此可知微囊藻FACHB905 不仅能正常地生长于滇池水体中, 而且推测水体中的砷可提高其产毒量和胞内毒性. As(Ⅴ)对微囊藻产毒量的促进作用对全面了解滇池水华爆发期间毒素的变化规律具有一定的参考价值.     

宽禁带半导体掺杂机制研究进展

随着电子信息技术进入后摩尔时代,人们期望探寻一些新材料、新技术以推进半导体科学技术的发展.作为新一代战略电子材料,宽禁带半导体的技术应用近年来取得了飞速发展.宽禁带半导体的掺杂与缺陷调控是实现其重要应用价值的关键科学基础.本文主要介绍了我们和合作者近期围绕碳化物、氧化物、氮化物宽禁带半导体中掺杂与缺陷机理及性能调控展开的研究工作,具体包括:(1)探究4H-SiC中本征缺陷的电学和动力学性质,解释了实验上4H-SiC的有效氢钝化现象的内在物理机制;(2)研究In₂O₃中过渡金属元素的掺杂物理性质,提出了过渡金属掺杂的设计原则,并预测过渡金属Zr、Hf和Ta在In₂O₃中具有优异的n型特性;(3)采用轻合金化法调控Ga₂O₃材料的价带顶位置,并通过选取合适的受主杂质(如Cu_Ga),有望使(Bi_xGa_1–x)₂O₃合金成为高效的p型掺杂宽禁带半导体(4)...     

选区激光熔化(FeCoNi)86Al7Ti7高熵合金腐蚀性能研究

 选区激光熔化技术(SLM)制备的(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金，经780 ℃退火处理后，深入分析打印态和退火态合金在 0.5mol/L H₂SO₄溶液中的电化学腐蚀性能。通过电化学工作站测试高熵合金的开路电位、交流阻抗与极化曲线，发现退火态(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金自腐蚀电位更高，自腐蚀电流密度更低，容抗弧直径更大，阻抗值更高，以及电荷转移电阻更大。X射线光电子能谱(XPS)，分析腐蚀表面钝化膜的成分及含量表明，退火态高熵合金腐蚀表面氧化物的种类更丰富，含量更高，更易形成稳定的钝化膜。结果表明，780 ℃退火处理能显著改善(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金的耐腐蚀性能。     

双核催化位低温高效脱除氮氧化物

<正>氮氧化物(nitrogen oxides,NO_x)是化石燃料燃烧过程中所产生的主要大气污染物之一,也是PM_2.5和臭氧的重要前体物^[1].控制NO_x的排放是国家“十四五”规划持续改善大气品质和环境质量的重大战略需求.氨选择性催化还原(selective catalytic reduction with NH₃,NH₃-SCR)技术是目前世界上应用最为广泛、最为成熟且最为有效的工业烟气脱硝技术^[2].SCR过程中主要发生如下反应:4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O,     

N-杂环亚丙二烯基钯(Ⅱ)离子化合物在非极性溶剂中的自组装行为和磷光性质

相较于报道较多的磷光Pt(Ⅱ)化合物,同样具有d⁸电子构型平面四边形配位的Pd(Ⅱ)化合物在室温溶液中的磷光报道较少.尤其因为其较低的d-d轨道能级,使得金属Pd(Ⅱ)参与的磷光发光机制研究非常少见.而利用亲金属Pd(Ⅱ)···Pd(Ⅱ)弱作用力构建自组装聚集体是实现室温溶液中Pd(Ⅱ)化合物磷光发射的一个有效渠道.本文通过使用N-杂环亚丙二烯基前体2-乙炔基-1,3-二甲基-咪唑六氟磷酸盐(1·PF₆)与含有烷基长链取代的钳形C^N^N-Pd(Ⅱ)Cl(HC^N^N=6-苯基-4-(3,4,5-三(十二烷氧基)苯基)-2,2′-联吡啶)化合物2,在氧化银存在下利用转金属反应合成了阳离子型亚丙二烯基Pd(Ⅱ)化合物3·PF₆,并通过核磁、高分辨质谱、红外等表征化合物的组成与结构.化合物3·PF₆溶解于二氯甲烷稀溶液中呈现出微弱的光致发光现象(量子产率<1%,寿命为17 ns).而使用二氯甲烷/环己烷的混合溶剂体系,随着溶剂极性降低,紫外-可见吸收光谱中低能量特征峰的出现以及¹     

科洛荡子山硅钡钛石的发现、晶体结构及成因机制

产在科洛荡子山的硅钡钛石(batisite),其寄主岩为荡子山火山岩体中岩浆型暗色包体——白榴霓霞岩.白榴霓霞岩包体为暗灰色,粗粒结构,块状构造,长柱状的辉石类矿物清晰可见,气孔发育.Batisite呈亮白色板状、细长柱状或针状集合体,晶体宽度为2～20μm、长度为50～200μm,多以集合体形式穿插出现在霓石-霓辉石颗粒之间,与之共生、伴生的矿物为霓石-霓辉石、富钛铁透辉石、富Ba钾长石、富Sr磷灰石、霞石、白榴石以及交沸石等.Batisite的化学成分为富Ba、Ti、K、Na的硅酸盐矿物,SiO₂=39.47wt%,TiO₂=20.02wt%,BaO=16.43wt%,Na₂O=7.76wt%,K₂O=5.91wt%,Fe₂O₃=3.96wt%,Nb₂O₅=1.69wt%,ZrO₂=1.47wt%,Al₂O₃=0.19wt%,CaO=0.40w...     

基于MOF和激光的纳米金属冶炼及图案化

金属纳米颗粒具有其宏观块体材料不具备的物化性质,在能源环境、生物医药和光电传感等领域有着广泛的应用.传统的制备工艺往往难以同时实现金属纳米颗粒的图案化排列.金属有机框架材料(metal-organic framework,MOF),有规则排布的金属离子和有机配体,其结构和成分多样,结合激光相干性高,单色性以及高能量等特点,能实现MOF到金属纳米颗粒的瞬时转化,在激光扫描路径的引导下实现空间排布及图案化.本文总结了以MOF为前驱体,以激光为能量来源的金属纳米颗粒打印技术,快速制备不同种类的MOFs衍生纳米金属材料,包括金属单质(Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Cd,In,Bi,Pb)、合金(CuZn,CuPd,BiSb,FeNi,FeCo,FeCoNi,MnFeCoNiCu,MnFeCoNiZn)、碳化物(HfC,ZrC,TiC,V₈C₇,α-MoC,Cr₃C₂,FeC_x)、氧化物(Tb₂O₃)及碳材料,并实现其空间排列的图案化.同时,对...     

胞质磷酸盐浓度调控水稻液泡磷转运蛋白OsSPX-MFS的分选与转运的分子机制

<正>磷是植物生长发育所必需的大量元素,参与光合、呼吸、氧化还原平衡维持和能量代谢等诸多生理过程,同时也是核酸、磷脂及多种辅酶等重要分子的组分^[1].植物主要通过根部吸收土壤中的游离磷酸盐,即H₂PO₄^–和HPO₄^2–,其主要转运方式为H⁺/H₂PO₄^–协同转运,再通过共质体途径转运至木质部,     

间歇性内陆水域是重要的碳源

内陆水域包括河流、溪水和湖泊、水库以及水池,会部分出现暂时性或者季节性甚至年际性的干旱,称之为间歇性内陆水域.随着极端气候事件频发、人类活动加剧和土地利用变化等原因,其面积不断增加.然而,内陆水域CO₂排放研究基本集中在常流水域,对于间歇性水域的CO₂排放研究较少,国内目前还未展开相关的工作.本文综述了现今所知的包括河流溪水和湖泊水库以及水池在内的间歇性内陆水域在干旱和再浸润时CO₂排放,讨论这两个阶段CO₂释放通量的控制因素和作用机理.间歇性内陆水域在干旱时沉积物暴露接触到更多氧气,有机质分解作用增强;分解速率除受温度和湿度控制外,还受上覆植被的影响,存在时空差异性.再浸润时发生类似土壤中"桦木效应",间歇性内陆水域CO₂释放浓度迅速增加, CO₂排放通量受沉积物理化性质和温湿度影响.最后估算间歇性内陆水域CO₂排放量为每年0.51 Pg C,约占全球内陆水域CO₂(未计间歇性内陆水域)排放量的1/4,是全球内...     

多氟阴离子功能化金属有机框架实现乙烯一步纯化

<正>乙烯(C₂H₄)是石油化工行业中最重要的基本原料,是衡量国家石油化工水平的重要标志,2021年全球乙烯产能达2.14亿吨.目前乙烯生产主要依赖于石油脑的裂解.煤制烯烃、乙烷裂解、甲烷氧化偶联等非石油路线是生产乙烯的替代技术.在生产过程中,微量乙炔(C₂H₂)和二氧化碳(CO₂)作为副产物产生,需要深入脱除以制备聚合物级(>99.996%)乙烯.     

垂直石墨烯负载镍铁纳米颗粒的制备及其析氧性能

传统化石燃料的快速消耗给环境造成了严重的危害,氢气(H₂)等清洁能源受到广泛关注.电催化水裂解制氢是最有希望的制氢技术之一,但是因其阳极析氧反应(OER)具有缓慢的动力学,而且常用的RuO₂和IrO₂等催化剂价格昂贵,储量有限,所以开发价格低廉而且具有优异催化活性和稳定性的OER催化剂显得十分重要.过渡金属Ni储量丰富,抗腐蚀性能优异,人们已经将它和Fe结合,制备出可高效催化OER的镍-铁(Ni-Fe)氧化物、氢氧化物、硫化物、磷化物以及Ni-Fe合金.本文首先利用等离子体辅助化学气相沉积技术(PECVD)制备出垂直石墨烯纳米片(VG),然后以该纳米片为基底,在其表面利用电沉积法制备Ni-Fe合金纳米颗粒.通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、Raman、能量色散光谱仪(EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析其形貌特征和成分,并利用电化学工作站表征其作为OER催化剂的电催化性能.结果表明,所制备的纳米催化剂具有优异的性能,在1 mol L^–1的KOH溶液中,电流密度为10 mA...     

水稻土中微生物的砷转化基因多样性研究取得新进展

<正>最近,中国科学院生态环境研究中心、城市与区域生态国家重点实验室朱永官课题组采用实时定量PCR(qPCR)、末端限制性片段长度多态性分析(T-RFLP)、以及构建克隆文库分析的方法,研究了采自于中国南方13个水稻田土壤样品中微生物的砷转化基因的丰度和多样性,证实砷氧化基因(aioA)、砷呼吸还原基因(arrA)、砷解毒还原基因(arsC)和砷甲基化基因(arsM)广泛地存在于水稻土中.