活化H2O2和分子氧的光催化氧化反应

利用环境友好的氧化剂(H₂O₂或分子氧)的光催化氧化反应为有毒有机污染物消除和有机合成提供了温和及绿色的氧化途径, 该领域的研究涉及到亟待解决而又十分棘手的有毒难降解有机污染物的消除及绿色化学过程. 光催化剂活化H₂O₂或分子氧, 发生光诱导的氧向底物转移的机理和热化学过程不同, 以C/O为中心的自由基和Fe^Ⅳ=O高价金属中间物的反应机理还在争论之中. 本文对近年来国内外这方面的研究进展进行了评述.     

O3和ClO2杀藻作用特征与机理分析

O₃和ClO₂杀藻效能好, 而且应用中不会生成对人体有害的卤代烃物质, 是氯的良好替代品. 为探讨O₃和ClO₂的杀藻机理, 研究中借助电子扫描显微镜等手段对氧化处理前后藻细胞的数目及形态、结构变化特征进行了分析, 并提出了O₃和ClO₂杀藻作用模式. 研究表明: O₃和ClO₂具有不尽相同的杀藻作用机理, 作用过程与效能受多种因素的制约.     

大丽轮枝菌毒素对棉花悬浮细胞NO和H2O2的产生和GST基因表达的影响

一氧化氮(NO)和过氧化氢(H₂O₂)是重要的信号分子, 参与调控植物的各种生理过程, 特别是在诱导植物防卫基因表达中有重要作用. 本文主要研究NO和H₂O₂是否参与棉花抗大丽轮枝菌毒素(VD-toxins)的抗性反应以及其对GST基因表达的调控作用. 结果表明, NO和H₂O₂信号参与棉花细胞抗大丽轮枝菌毒素的信号途径, 从而诱导抗性反应. NO和H₂O₂信号可能协同作用, 但不相互依赖. GST基因在棉花悬浮细胞抗大丽轮枝菌毒素抗性反应中起重要作用. NO对GST基因表达的调控不依赖H₂O₂, H₂O₂对GST基因表达的诱导作用更强.     

新型光催化氧化体系UV/Fe2+/空气降解4-CP废水

报道了新型光催化氧化体系UV/Fe²⁺/空气对4-CP废水的降解. 该体系利用廉价空气为氧化剂, 在紫外光照过程中产生H₂O₂, 与溶液中存在的Fe²⁺形成Fenton反应, 使污染物得到快速彻底的降解. 反应40 min时, 溶液中几乎检测不到4-CP. 和初始H₂O₂浓度为22 mg/L的UV/Fenton相比, UV/Fe²⁺/空气体系能更快速彻底地降解4-CP. 因此, 对于能受紫外光激发的污染物, UV/Fe/空气是一种廉价有效的光催化氧化处理方法.     

甲基自由基的伏安法原位产生与检测

在过硫酸钾-乙酸盐、二甲亚砜或叔丁醇等体系中, 用伏安法实现了甲基自由基·CH₃原位产生和检测. 这包括下列连续过程: 过硫酸根S₂O₈^2–经单电子极谱还原成硫酸根自由基SO₄^–•, SO₄^–•在电极表面引发与乙酸根、二甲亚砜或叔丁醇的自由基链反应产生了·CH₃,·CH₃单电子还原产生了它的极谱还原波. 与用紫外光光解耦合电子自旋共振谱法等已有技术相比, 本方法简单灵敏, 有选择性.     

纳米MgO的可控制备及其对B. niger的杀灭性能

以Mg(NO₃)₂·6H₂O, 无水Na₂CO₃, 无水Na₂SO₄, 尿素和氨水为原料, 采用不同方法制备了不同粒径的纳米MgO. 用所合成的纳米MgO对B. niger (枯草杆菌黑色变种芽孢)进行了杀菌实验并与常见的光催化杀菌材料TiO₂进行比较. 通过XRD, TEM, BET和FT-IR手段对样品进行测试和表征, 结果表明, MgO的杀菌能力随粒径减小而增大. 与纳米TiO₂相比, 纳米MgO及以纳米MgO改性的内墙涂料, 无论实验过程光照与否, 对B. niger均表现出更好的杀灭活性. 对MgO杀菌机理进行初步探讨, 表明MgO极易水合, 使粉体表面包覆一层OH^-, 利于高浓度O₂^-的存在, 而强氧化性的O₂^-离子破坏了B. niger细胞壁的肽键, 从而起到杀菌作用.     

菱方晶体的有序结构

就菱方晶体建立了简单菱方晶格气体模型, 用密度波理论研究了菱方固溶体的有序结构. 根据无序态固溶体系统的能量在Brillouin区高对称点取极值的特点, 确定驱动有序结构的波矢量. 由此推导出7种有序结构类型, 包括4种完全有序结构和相应的A基元浓度. 根据这些理论结果预报了A_1/4B_3/4, A_1/2B_1/2, A_3/4B_1/4型有序固溶体的存在. 根据刚玉型二元金属氧化物的特点, 用二次有序化理论对其中阳离子的有序结构进行研究, 预报了(A_1/4B_3/4)₂O₃, (A_1/2B_1/2)₂O₃ 和 (A_3/4B_1/4)₂O₃型有序固溶体的存在. 根据理论结果对文献报道的典型实验结果进行了解释, 包括刚玉结构的过渡金属掺杂α-Al_2-xT_xO₃ (T = Sc, Y, La, Ac, x = 0.5)晶体, 刚玉型α-FeAlO₃晶体, α-Fe_2-xCr_xO₃固溶体, 以α-Al₂O₃, α-Cr₂O₃和α-Y₂O₃ 为主要成分的抗高温氧化的多元膜和复合膜等. 这些有序结构的确定为材料结构和性能的第一性原理研究等奠定了基础.     

耐辐射球菌抗氧化系统中的一个新成员dr1127

构建了一个耐辐射球菌(Deinococcus radioduran)未知基因dr1127的功能缺陷株MT1127. γ射线和H₂O₂处理R1和 MT1127的结果表明, dr1127基因的缺失影响了耐辐射球菌的辐射抗性和氧化抗性. 测试了指数生长期和稳定期的R1株和 MT1127株的细胞提取物活性氧自由基清除能力, 结果发现, 无论是超氧阴离子、H2O2还是羟自由基, MT1127株均表现为更弱的自由基清除能力, 这些结果与前面的生存率实验结果相吻合, 也在一定程度上帮助我们理解dr1127基因的功能. 同时, 在大肠杆菌BL21 (DE3)系统中成功表达了dr1127基因产物, 纯化得到46 kD的蛋白产物, 利用Fe²⁺-H₂O₂氧化损伤系统, 检测到DR1127蛋白在体外保护DNA免受氧化损伤的功能, 并测到该蛋白能通过结合双链DNA的方式来实现保护DNA的功能. 本研究揭示了dr1127基因在氧化损伤胁迫中的功能, 为耐辐射球菌庞大而又复杂的抗氧化系统增添了新的成员, 也为深入研究耐辐射球菌的超强辐射抗性开辟了一个新的研究思路.     

Fe-氧化物薄膜的室温低场正磁电阻和高场负磁电阻

采用对靶溅射技术制备了多相共存的Fe-氧化物薄膜. X射线衍射和X射线光电子能谱的测试表明薄膜存在有多相: Fe, Fe₃O₄, γ-Fe₂O₃, FeO. 高分辨透射电子显微镜结果表明薄膜由柱状颗粒结构组成, 其中核心是未氧化的Fe, 外壳为Fe的氧化物. 在室温时, 低场正磁阻和高场负磁阻共存于Fe-氧化物薄膜中, 利用壳层模型给出了初步解释. 非线性电流-电压曲线和光生伏特效应进一步验证了薄膜的隧穿电导特性.     

羰基硫在矿质氧化物上的非均相催化氧化反应

利用原位漫反射红外光谱( in situ-DRIFTS)、离子色谱(IC)、程序升温脱附(TPD)、X射线衍射(XRD)及比表面积分析(BET)等手段，研究了OCS在大气颗粒物中较常见的矿质氧化物成分SiO₂， Al₂O₃，Fe₂O₃，CaO，MgO，ZnO，TiO₂等上的非均相氧化反应，确定了反应中间体和产物，讨论了反应动力学过程和反应机理。结果表明，OCS在矿质氧化物上具有与Al₂O₃上相同的反应机理。即，OCS在表面羟基和表面氧的共同作用下，经由中间体HSCO₂–和HSO₃^–，最终转化为SO₄^2–和CO₂。不同模型氧化物对OCS的氧化活性依次为     

用扩展X射线吸收精细结构谱研究大气颗粒物中铁的种态

大气颗粒物中元素的种态研究, 对于毒性评价、污染形成和污染来源的探索等有重要意义. 采用基于同步辐射的扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)谱研究了大气颗粒物中铁的种态. 对EXAFS谱进行回归分析, 在不破坏样品的情况下, 可定量计算混合物的化学组成. 配制了一系列混合参考样品, 以观察化学组成对EXAFS谱的影响, 证明该方法有好的精确性. 采集了上海市不同地区不同粒径的大气颗粒物样品, 将它们的EXAFS谱进行回归分析, 得到样品中铁的化学组成. 结果表明, 样品中铁主要由Fe₂O₃, Fe₃O₄和Fe₂(SO₄)₃组成, 它们的比例在不同样品中有一定差别, 初步考察了不同样品中这种组成的变化. 用质子激发X射线分析法测定了样品中的铁浓度, 观察到钢铁工业区的大气颗粒物样品比其他地区的样品不仅铁浓度高得多, 而且化学组成也有一定差别.     

在烟道中脱除NOx 并生成HNO3 的方法

为了解决目前气体电离放电脱硝方法存在的等离子源体积庞大、能耗高、NO_x 脱除率低以及需要依靠传统脱硝方法的协同作用等问题, 拟用小流量、高浓度的氧活性粒子[O₂⁺, O(¹D),O(³P), O₃]、引发剂HO₂^- 分别注入烟道中, 与烟气中水反应生成·OH, 在无吸收剂、催化剂、氧化剂及其他技术协同作用下, 实现了烟道中·OH 快速氧化脱除大烟气量中的微量NO_x 并生成HNO₃ 溶液的整个反应过程, 等离子体反应管道长度为1~8 m. 实验结果表明, 氧活性粒子与NO_x 摩尔比值决定了脱除率, 摩尔比选择在2~3 为宜, 此时NO_x 脱除率将达到95%左右, 回收酸液中NO₃^-回收率达到58.1%; NO_x 脱除率随着实验气体温度增高而下降; O₂ 含量增加对脱硝效果有20%左右的影响; H₂O含量大于4%时脱硝率处于最高值. 可见本方法不但解决气体电离放电脱硝存在的问题, 同时又为大气污染治理提供一种绿色新方法.     

利用一种简单方法制备的高质量的p型ZnO薄膜及其性质

利用化学气相沉积法(chemical vapor deposition, CVD), 以Zn₄(OH)₂(O₂CCH₃)₆·2H₂O为固相源、ZnNO₃为掺杂源制备出p型ZnO:N薄膜, 采用XRD, 霍耳效应和PL谱对薄膜进行分析, 研究了衬底温度对膜结构、电学性质和光致发光特性的影响. 结果表明, 生长温度较低时, 薄膜呈p型导电特性且电阻率随衬底温度的升高而下降, 衬底温度为400℃时, 载流子浓度达到+5.127×1017 cm^-3, 电阻率为0.04706 Ω·cm, 迁移率为259 cm²/(V·s), 并且一个月后的测试表明薄膜仍呈p型导电特性. 当衬底温度过高时薄膜从p型导电转为n型.     

CuO-Fe2O3吸附水中酸性红B及其催化热解再生机制

采用共沉淀法制备出具有较强磁性和较大比表面积的CuO-Fe₂O₃复合氧化物, 并研究了其吸附偶氮染料酸性红B(ARB)及其通过催化热解有机物进行再生的性能. 结果表明, 该CuO-Fe₂O₃复合氧化物在弱酸性条件下对酸性红B(ARB)有较强的吸附能力, 溶液中共存的Cl-对吸附基本没有影响, 而SO₄^2-对吸附却影响显著. 吸附后经磁分离, 可在300℃、空气气氛中催化氧化吸附质而使吸附剂再生, 吸附剂经连续7次吸附-再生使用, 性能稳定. 用原位FTIR反射光谱法研究了偶氮染料酸性红B单独热解及在CuO-Fe₂O₃复合氧化物上热解的反应过程, 通过跟踪反应体系IR谱图随温度及时间的变化, 推断了反应历程及其产物. 研究证明, 酸性红B在两种条件下的氧化反应有很大区别: CuO-Fe₂O₃复合氧化物对酸性红B的氧化有很强的催化作用, 不仅大大降低了染料的降解温度, 而且可使其发生完全氧化, 无有机副产物产生; 而对无CuO-Fe₂O₃吸附的酸性红B进行热氧化时, 需在较高温度下进行, 而且氧化不完全, 产生大量含N有害化合物.     

C2 (a3Πu)自由基与NO, N2O, O2, H2和NH3反应的动力学研究

研究了C₂(a³Π_u)自由基与NO, N₂O, O₂, H₂, NH₃等分子的反应动力学. C₂(a³Π_u)自由基是由266 nm光解C₂Cl₄产生的, 用激光诱导荧光(LIF)检测C₂(a³Π_u)自由基的相对浓度随着反应时间的变化, 得到C₂(a³Π_u)自由基与N₂O, NH₃的双分子速率常数: k_N2O(1.63±0.20)×10^&#8722;13 cm³·mol^&#8722;1·s^&#8722;1, k_NH3 = (5.92±1.00)×10^&#8722;14 cm³·mol^&#8722;1·s^&#8722;1. C₂ (a³Π_u)自由基与NO, O₂, H₂等分子反应的消耗速率常数: k_NO = (5.46±0.10)×10^&#8722;11 cm³·mol^&#8722;1·s^&#8722;1, (1.58±0.16)×10^&#8722;11 cm³·mol^&#8722;1·s^&#8722;1, k_H2 < 1.0×10^&#8722;14 cm³·mol^&#8722;1·s^&#8722;1. 对反应分析及理论计算的结果表明: C₂(a³Π_u)自由基与NH₃和H₂反应主要是抽氢过程, 且反应的入口通道都存在一个能垒.     

酪氨酸蛋白磷酸酶参与保卫细胞中ABA诱导产生H2O2的信号传递

酪氨酸蛋白磷酸酶(protein tyrosine phosphatases, PTPases)在动物细胞的信号转导中起着非常重要的作用, 但是人们对其在植物细胞中的功能却了解甚少. 在ABA调控气孔运动的信号转导中, H₂O₂和MAPK都是非常关键的下游信号组分, PTPases是MAPK的重要的调节因子, 而MAPK调节保卫细胞中ABA诱导H₂O₂的产生. 本研究结果表明, PTPases专一性抑制剂PAO不仅阻止ABA或H₂O₂诱导的蚕豆气孔关闭, 也可以使ABA或H₂O₂诱导关闭的气孔重新张开, 说明PTPases可能在H₂O₂的下游调节ABA诱导的蚕豆气孔关闭过程. PAO和H₂O₂都可以有效抑制蚕豆表皮细胞PTPases的活性, 加入还原剂DTT不能减弱PAO对PTPases的抑制作用, 但可以解除H₂O₂对PTPases的抑制作用, 即H₂O₂可使PTPases发生可逆失活. PAO也可抑制ABA诱导的蚕豆保卫细胞中H₂O₂的产生. 推测PTPases不仅可以通过调控MAPK来影响ABA诱导的蚕豆保卫细胞中H₂O₂的产生, 而且还可能作为H₂O₂信号分子的感受因子, 进一步放大和传递信息, 参与调节气孔的运动.     

MAP激酶调节蚕豆保卫细胞中ABA诱导的H2O2产生

已知许多蛋白激酶及蛋白磷酸酶参与了ABA诱导的气孔关闭信号转导过程, 而H₂O₂是ABA信号转导链的下游信号成分. 运用表皮条生物学分析和激光共聚焦扫描技术, 研究促细胞分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)对蚕豆保卫细胞中ABA诱导H₂O₂产生的调节作用. 用MEK1/2专一抑制剂(PD98059)处理蚕豆叶片的下表皮, 抑制了ABA诱导保卫细胞内H₂O₂的产生和气孔关闭. ABA和H₂O₂诱导气孔关闭后, 再用PD98059处理, 可以使关闭的气孔重新开放, 与之相对应的是PD98059使ABA诱导的、已增强了的H₂O₂探针荧光强度降低. 而且PD98059不能阻断水杨酸诱导的H₂O₂的产生及其气孔的关闭, 因此, MEH1/2调节ABA诱导保卫细胞中H₂O₂产生和积累具有专一性. 总之, PD98059通过抑制ABA诱导的H₂O₂的产生并清除其积累而阻断了ABA诱导的气孔关闭. 因此, MAPK的激活在保卫细胞H₂O₂信号的产生、放大及其专一性应答信号刺激的反应中有着重要的调节作用.     

三氟甲烷抑制CH4/O2低压预混平面火焰的实验研究

利用同步辐射分子束质谱对三氟甲烷抑制下的CH₄/O₂低压预混平面火焰的燃烧生成组分进行了实验测量, 通过选择性探测燃烧自由基与反应中间体, 初步研究了三氟甲烷(CF₃H)的化学灭火动力学. 结果表明, 同步辐射分子束质谱方法能够广泛探测到灭火剂作用下的燃烧生成组分, 尤其是反应中间体与自由基. 三氟甲烷灭火剂(CF₃H)在火焰预热区内完全参与反应, 生成了CF₃和CF₂等含氟中间体, 并且CF3将作为主要组分继续参与火焰主反应区内的抑制过程. 由三氟甲烷(CF₃H)生成的主产物氟化氢(HF), H－F键能远大于H－Br键能, 因此十分稳定, 不会参与类似的溴化氢(HBr)对燃烧自由基OH和H的清除反应, 这是造成三氟甲烷(CF₃H)灭火性能低于传统含溴哈龙灭火剂的主要原因.     

北京城市冬季大气污染动力: 化学过程区域性三维结构特征

北京城区1~3月4个试验观测点所获得的资料分析结果发现, 城市采暖期排放源影响总体效应明显, 采暖期、非采暖期城市不同区域测点污染气体浓度排放源阶段性影响特征显著; 城市建筑群上边界大气污染物NO_x, SO₂和CO具有大范围同位相演变特征, O₃浓度亦在不同测点变化趋势一致, 但与以上污染物呈“反位相”变化. 城市重污染过程采暖与非采暖期空气污染浓度城区范围亦有同步变化趋势. BECAPEX的综合探测表明, 北京地区污染气体及其气溶胶垂直分布廓线与城市边界层内大范围逆温层垂直结构存在显著相关. 此类点-面结合综合探测技术途径亦描述了城市局地污染过程与周边地区相互关联的区域性三维结构特征.     

光促进下烯烃与二氧化碳的羰基化反应

研究了烯烃在光促进温和条件(常温常压)和非贵金属Co(OAc)₂的催化下与二氧化碳的羰基化反应; 同时对反应进行了¹³CO₂和¹³CH₃OH同位素实验研究. ¹³CO₂和¹³CH₃OH同位素实验研究表明, 光促进下本实验体系中二氧化碳参与的羰基化反应所得产物羧酸甲酯中的羰基碳约有50%来自CO ₂, 另50%来自CH₃OH.