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2022
年
第
2
期
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双碳目标下的先进材料研究专辑
用于残留农药检测的碳量子点荧光探针研究进展
许子强,刘义
2022, 68(2): 113-122. DOI: 10.14188/j.1671-8836.2021.0304
摘要:农药的广泛使用促进了粮食作物产量的显著增加,但农药的滥用又导致了严重的环境污染。因此,农业产品中残留农药的实时、快速检测对于全球食物及环境安全有重要意义。碳量子点具有优异的荧光性能、可调的发射波长、优异的生物相容性以及显著的光稳定性,可用于构建残留农药检测的荧光探针。本文简要阐明了碳量子点荧光探针用于农药检测的技术优势,系统分析了基于金属离子、纳米颗粒、酶以及抗体的碳量子点荧光探针构建策略,并对其在残留农药检测中的应用进行了总结和展望。本文将有助于科研工作者合理设计性能更优的碳量子点荧光探针用于残留农药检测。
关键词:碳量子点;农药检测;荧光探针
647
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56
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0
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发布时间:2022-04-22
生物质衍生碳材料电催化裂解水研究进展
杜英侠,刘瑞,鲁望婷,张耕,曹菲菲
2022, 68(2): 123-130. DOI: 10.14188/j.1671-8836.2021.0344
摘要:生物质衍生碳材料具有独特的形貌、高的比表面积、分级多孔的结构和丰富的杂原子,在电催化领域具有广阔的应用前景。本文系统总结了生物质衍生碳材料的制备方法及相关机制,探讨了制备条件对碳材料结构和性能的影响,综述了生物质衍生碳材料在电催化裂解水(析氧反应和析氢反应)中的应用,并提出了其在电催化领域未来的研究方向。
关键词:生物质;碳材料;析氧反应;析氢反应;电催化剂
468
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90
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发布时间:2022-04-22
Fe/Fe
5
C
2
催化剂光热催化费托合成制备低碳烯烃
王亮,苏瑞莹,李媛,王恩阳,徐钰清,原弘,欧阳述昕
2022, 68(2): 131-136. DOI: 10.14188/j.1671-8836.2021.0297
摘要:光热催化费托合成是一种低能耗、可持续的低碳烯烃合成工艺。铁基催化剂因具有成本低和原料来源广等优点,被广泛用于费托合成制备低碳烯烃。铁基催化剂中的碳化铁(Fe
5
C
2
)对低碳烯烃的选择性高但反应温度要求较高,而金属铁催化剂可以在较低温度下催化费托合成反应。本工作通过制备Fe/Fe
5
C
2
复合催化剂,优化Fe和Fe
5
C
2
的占比,实现了在光照条件下,低至250 ℃的工作温度催化费托合成反应制备低碳烯烃,CO的转化率为22.3%,低碳烯烃的选择性高达54.4%。
关键词:费托合成;铁基催化剂;光热催化;低碳烯烃
259
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119
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发布时间:2022-04-22
氮掺杂生物炭活化过硫酸盐去除罗丹明B
王宇航,邓德明
2022, 68(2): 137-145. DOI: 10.14188/j.1671-8836.2021.0095
摘要:以椰壳生物质为碳源、尿素和烟酰胺为氮源,采用浸渍-热解法制备了氮掺杂生物炭(NBC),并以该碳材料作为过硫酸盐(PS)去除罗丹明B(RhB)的活化剂。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对材料的结构、形貌及组成进行表征,并考察了材料的催化性能以及去除RhB的机理。结果表明,NBC石墨化程度不高,为多孔的无定形碳结构,氮掺杂(掺杂量为1.45%)后材料表面活性含氧官能团增加;NBC在酸性和中性条件下具有良好的催化活性,NBC/PS体系降解RhB的活性物质为硫酸根自由基(SO
4
-•
)、羟基自由基(·OH)和单线态氧(
1
O
2
);且NBC/PS体系能在湖水中有效去除RhB,但由于材料表面活性位点的消耗,NBC重复使用性较差。
关键词:生物炭改性;氮掺杂;过硫酸盐;硫酸根自由基;单线态氧;罗丹明B
212
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39
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发布时间:2022-04-22
非共价键法构筑C
60
-Py-GO用于光热和光动力疗法
张美多,李德华,刘鸣禹
2022, 68(2): 146-154. DOI: 10.14188/j.1671-8836.2021.0191
摘要:光热疗法和光动力疗法是有潜力的癌症治疗方法。氧化石墨烯(GO)具有光热活性,可用于光热疗法;富勒烯(C
60
)则可用作光动力疗法的光敏剂。将GO和C
60
有效结合在同一个纳米平台中可以呈现出光热和光动力联合治疗效果。本文通过π-π非共价键相互作用将聚乙二醇氧化石墨烯衍生物(PEG-GO)与富勒烯芘衍生物(C
60
-Py)结合,构建了水溶性的C
60
-Py-GO纳米体系。实验结果表明:在808 nm激光和可见光照射下,C
60
-Py-GO纳米体系使人宫颈癌细胞(Hela细胞)的存活率降低至20.7%,呈现出光热和光动力协同效果。
关键词:碳材料;氧化石墨烯;富勒烯;光热疗法;光动力疗法
148
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32
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发布时间:2022-04-22
BiVO
4
/Bi
2
S
3
复合材料的制备及其对四环素的光电催化降解
王慧芳,王洋洋,周楠,金成龙,董玉林,段俊新,刘鹏,陈连喜,李曦
2022, 68(2): 155-162. DOI: 10.14188/j.1671-8836.2021.0299
摘要:采用电沉积-热处理法制备多孔BiVO
4
电极,再与Na
2
S复合,采用水热法制备BiVO
4
/Bi
2
S
3
电极,并对其光电催化降解四环素(TC)的性能进行了研究。结果表明,Bi
2
S
3
的加入增强了材料对可见光的吸收,加速了光生载流子的分离,从而提升了BiVO
4
/Bi
2
S
3
的光电性能。当外加电势为0.6 V(vs. SCE)时,光照100 min后,BiVO
4
/Bi
2
S
3
电极对TC的降解率达到82.4%,表现出良好的光电催化活性。自由基捕获实验结果表明,在BiVO
4
/Bi
2
S
3
光电催化降解TC过程中,空穴(h
+
)和羟基自由基(·OH)是主要的活性自由基。此外,BiVO
4
/Bi
2
S
3
电极还具备良好的稳定性。
关键词:四环素;光电催化降解;钒酸铋;硫化铋
235
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119
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发布时间:2022-04-22
二维As-SnS
2
垂直堆叠异质结的电子结构及光学性质
李仁政,呙钰婷,易金桥,张腾,李强,任达华
2022, 68(2): 163-170. DOI: 10.14188/j.1671-8836.2021.0357
摘要:基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了二维As-SnS
2
垂直堆叠异质结的几何结构、电子结构和光学性质。研究发现,AA堆叠和AB堆叠As-SnS
2
异质结分别为间接带隙(0.361 eV)和直接带隙(0.323 eV)的半导体,均具有Ⅱ型能带排列的特点,利于分离光生电子-空穴对,提高光能量的利用;施加张、压应变均能有效减小AA堆叠和AB堆叠As-SnS
2
异质结的带隙;异质结中As层表现为n型掺杂半导体,而SnS
2
层表现为p型掺杂半导体;AA(AB)堆叠As-SnS
2
异质结中,As层向SnS
2
层的电荷转移为0.018 e(0.023 e),As-SnS
2
异质结界面上电荷形成内建电场,加速分离光生载流子。此外,AA堆叠和AB堆叠As-SnS
2
异质结在可见光和紫外光范围内的吸收系数均非常高,可望作为紫外-可见光电子器件的候选材料。
关键词:As-SnS
2
异质结;Ⅱ型能带排列;光学性质;密度泛函理论
166
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68
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发布时间:2022-04-22
LED光照增强Ag
2
O/TiO
2
复合材料抗变异链球菌的作用机理
尹莉慧,黄乔木,吕中
2022, 68(2): 171-178. DOI: 10.14188/j.1671-8836.2022.0009
摘要:变异链球菌(Streptococcus mutans, S. mutans)感染是导致龋齿的主要原因。本研究将光催化剂Ag
2
O/TiO
2
复合材料与牙科常用的发光二极管(LED)固化灯相结合,探究了该材料在LED光照下对S. mutans的抗菌作用及机理。结果表明,Ag
2
O/TiO
2
复合材料在LED光照下抗菌作用显著增强,0.500 mg/mL Ag
2
O/TiO
2
在5 min照射后可将S. mutans全部杀死。进一步研究发现,Ag
2
O/TiO
2
在LED光照下产生羟基自由基(·OH)是抗菌活性增强的主要原因,材料产生的·OH进入细胞内,氧化生物大分子,从而导致细菌死亡。
关键词:Ag
2
O/TiO
2
;变异链球菌;LED固化灯;抗菌;机理
286
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发布时间:2022-04-22
银铂复合纳米材料的制备及其抗菌性能
刘雲凤,李慧慧
2022, 68(2): 179-185. DOI: 10.14188/j.1671-8836.2021.0291
摘要:在TiO
2
/C微球上负载铂纳米线得到复合物Pt/TiO
2
/C,然后在其表面负载银纳米粒子,制备了银铂复合纳米材料Ag-Pt/TiO
2
/C,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)、电感耦合等离子体-质谱(ICP-MS)等技术进行表征。该复合材料中Ag的实际负载量为14.30%,在偏中性条件下具有很好的过氧化物模拟酶活性。抗菌结果表明:复合材料用量为2 μg/mL时,可以杀死100%的大肠杆菌(Escherichia coli);在1 mmol/L H
2
O
2
体系中,复合材料用量为0.25 μg/mL时,可以杀死91.29%的大肠杆菌;对大肠杆菌的最低抑菌浓度为25 μg/mL。该复合材料的抗菌机理可能与其对细菌细胞壁的损伤有关。
关键词:铂;银;抗菌性能
144
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45
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发布时间:2022-04-22
基于氨羧络合剂螯合二氧化锡的高效钙钛矿/硅四端叠层太阳能电池
李升,赵兴中
2022, 68(2): 186-194. DOI: 10.14188/j.1671-8836.2021.0057
摘要:通过螯合反应合成了5种包含氨羧络合剂的二氧化锡(SnO
2
)纳米颗粒电子传输层材料,并比较了各类氨羧络合剂对SnO
2
电子传输层的形貌、载流子输运、钙钛矿薄膜结晶性以及相应钙钛矿太阳能电池器件性能的影响。结果表明,最优的材料选择是具有更多配位位点的乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸(ethylene glycol bis (2-aminoethyl ether) tetraacetic acid, EGTA)。EGTA-SnO
2
电子传输层具有更加平整和致密的表面以及更加高效的载流子输运能力。在此电子传输层上沉积的钙钛矿薄膜具有更大的晶粒尺寸,且界面处的非辐射复合可得到抑制。基于此制备的宽带隙(约1.73 eV)不透明钙钛矿太阳能电池能量转化效率达到17.45%。进一步采用透明氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)电极替代金(Au)电极并与晶硅太阳能电池结合,得到钙钛矿/硅四端叠层太阳能电池,其总体能量转化效率超过23%。
关键词:钙钛矿太阳能电池;叠层电池;二氧化锡;氨羧络合剂
189
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49
|
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发布时间:2022-04-22
锆酸钡掺杂铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的相结构及电学性能
张源,吴波,李美亚,朱永丹,刘显明,任达华
2022, 68(2): 195-202. DOI: 10.14188/j.1671-8836.2021.0018
摘要:采用传统固相法制备了一系列锆酸钡掺杂铌酸钾钠基无铅压电陶瓷(0.97-x)K
0.5
Na
0.5
Nb
0.965
Sb
0.035
O
3
-0.03Bi
0.5
Na
0.5
Zr
0.8
Sn
0.2
O
3
-xBaZrO
3
(KNNS-BNZS-xBZ),系统地研究了BaZrO
3
(BZ)对(K
0.5
Na
0.5
)NbO
3
(KNN)基无铅压电陶瓷相结构和电学性能的影响。研究结果表明,随着BZ的加入,陶瓷组分在室温下的相结构从正交-四方(O-T)相界转变为三方-四方(R-T)相界。当x=0.015时,陶瓷具有较为优异的电学性能,压电常数d
33
=454 pC/N,单轴应变S
uni
=0.138%,介电损耗tanδ=0.036,居里温度T
C
=241 ℃。另外,还研究了该陶瓷组分的单轴应变温度稳定性,当测试温度在20~140 ℃之间时,S
uni
仍然保持在80.1%以上,表明该陶瓷组分的应变性能具有较好的温度稳定性, 且优于部分典型的KNN或Pb(Zr, Ti)O
3
(PZT)基陶瓷的应变温度稳定性。
关键词:无铅压电陶瓷;铌酸钾钠;相界;电学性能
200
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|
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发布时间:2022-04-22
Cu-MOF-199/铜硫化合物的制备及其电催化还原CO
2
性能
章寅,侯昱竹,俞峥松,王雨,王映雪,董玉林,刘鹏,段俊新,李曦
2022, 68(2): 203-208. DOI: 10.14188/j.1671-8836.2021.0296
摘要:以硫代乙酰胺为硫源,采用温和的溶液浸渍法将金属有机框架材料Cu-MOF-199部分硫化,得到Cu-MOF-199/铜硫化合物(Cu
x
S)复合材料Cu-MOF/Cu
x
S,并将其用于电催化还原CO
2
的研究,探究了硫化时间对其催化活性的影响。研究结果显示,当硫化时间为5 h时,Cu-MOF/Cu
x
S复合材料的电催化活性最高,并表现出优异的甲酸选择性,在-0.7 V(vs. RHE)时甲酸的法拉第效率可达81.6%,同时有着较好的稳定性,催化电流在10 h内无明显衰减。
关键词:金属有机框架;电催化;CO
2
;铜硫化合物;甲酸
194
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发布时间:2022-04-22
环氧/氟碳复合涂层的制备及其耐磨、防腐性能
周少锋,张瑛,闫瑾,黄进,刘亚青,赵贵哲
2022, 68(2): 209-220. DOI: 10.14188/j.1671-8836.2021.0249
摘要:为提高氟碳树脂涂层在金属基体上的疏水性和耐磨、防腐性能,采用简单共混方法制备了环氧树脂(EP)改性氟碳树脂(FEVE)复合涂层EP/FEVE。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)确定复合涂层的组成和结构,并基于干摩擦和模拟海水(3.5% NaCl溶液)摩擦测试与电化学阻抗谱(EIS)测试研究了复合涂层的耐磨、防腐性能及机理。结果表明,与FEVE相比,当EP 质量为FEVE质量的10%时,复合涂层在干摩擦和模拟海水摩擦条件下的耐磨性能分别提高69.8%和66.1%,涂层破损时间延长12.2倍;在3.5% NaCl溶液中浸泡15 d后,复合涂层阻抗模量较FEVE高近3个数量级。机理研究表明,EP的分子链与FEVE分子链段通过氢键穿插分布形成了交联网络结构,并借助EP分子链中刚性结构的强化作用与活性基团的活化作用,使EP/FEVE复合涂层在耐磨、防腐、力学性能等方面表现出综合性能优势。
关键词:氟碳树脂;环氧树脂;复合涂层;耐磨;防腐
160
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24
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发布时间:2022-04-22
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