阴极等离子体电解沉积铁镍/氮掺杂碳及其电催化产氧

目的提高阳极产氧催化剂的催化活性与稳定性,降低电解水制氢能耗。方法在含尿素、甲酰胺及三乙醇胺的有机体系电解液中,采用阴极等离子体电解沉积技术于TC4钛合金表面沉积了FeNi/N掺杂碳膜层,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)及X射线光电子能谱仪(XPS),对所合成材料的物相组成、形貌及表面元素价态进行表征。采用三电极体系,所合成膜层作为工作电极,铂丝与饱和甘汞电极分别作为对电极与参比电极,通过线性扫描伏安法(LSV)、塔菲尔曲线、电化学阻抗谱及计时电位法于1.0 mol/L KOH溶液中评价了所合成材料的电催化产氧活性与稳定性。结果所合成膜层物相主要由FeNi、N掺杂碳构成,表面呈粗糙多孔结构,电解沉积70min所得FeNi/N掺杂碳在10 mA/cm^(2)下的析氧过电位为0.20 V,显著低于反应10、40、100 min下所得样品,产氧性能优于贵金属IrO_(2)和RuO_(2),同时该样品呈现出较低的电荷转移电阻(1.75Ω)和塔菲尔斜率(38.3 mV/dec),以及优异的稳定性。结论膜层表面粗糙多孔结构可有效增强传质,并为电催化产氧提供丰富的活性位点,进而改善其产氧性能。此外,材料简易的制备方法及自支撑结构可简化电极制备成本,使其在电解水领域表现出潜在的应用前景。

联吡啶基共价三嗪框架负载单位点钴用于光催化分解水产氧

氢能是重要的清洁能源,如何低成本获取氢能是其走向实际应用的重要挑战.利用太阳能驱动半导体光催化剂分解水制氢是解决这一挑战的理想途径之一.光催化全解水包括两个半反应,即析氢反应(HER)和析氧反应(OER).其中,光催化OER半反应涉及四个电子的转移(包括O–H键断裂和O–O键形成),其动力学速率远低于两电子转移的HER半反应,因此被认为是光催化全解水的决速步骤.欲实现高效光催化全解水,首先需解决光催化OER半反应动力学缓慢的问题,因此开发高效的OER光催化剂成为当务之急.受单原子催化剂的启发,本文设计并合成了联吡啶基共价三嗪框架(CTF-Bpy),因CTF-Bpy骨架上存在周期性的联吡啶官能团作为金属配位位点,并且有很好的结晶性以及合适的能带结构,是良好的光催化OER反应载体材料.然后通过简单的浸渍配位处理,将单位点的钴作为助催化剂引入到CTF-Bpy中,并用于光催化OER.X射线光电子能谱和X射线近边吸收光谱结果表明,钴是以单位点的Co^(2+)形式存在的.在可见光(λ≥420 nm)照射下,CTF-Bpy-Co在初始1 h内的平均析氧速率为3359μmolg^(–1)h^(–1),5 h内的平均析氧速率为1503μmolg^(–1)h^(–1),光催化性能超过大多数多孔有机聚合物基光催化剂.在420 nm单波长氙灯照射下,CTF-Bpy-Co的光催化析氧表观量子产率(AQY)为0.466%.此外,CTF-Bpy-Co可实现连续析氧40 h,总析氧量可达到180μmol.为明确单位点钴在光催化OER中所起的重要作用,采用相同钴含量的不同形式钴基粒子(游离的Co^(2+),Co,CoO,Co_(2)O_(3)和Co(OH)_(2))作为助催化剂引入CTF-Bpy骨架中进行对比.结果发现,配位的CTF-Bpy-Co表现出最好的光催化析氧效果,表明单位点钴在光催化OER中具有较大的优势.采用密度泛函理论研究了CTF-Bpy-Co的差分电荷密度,并结合上述实验结果提出了CTF-Bpy-Co光催化OER的机理:在可见光激发下,CTF-Bpy-Co光催化剂产生了光生电子和空穴,然后光生电子和空穴被分离并转移到光催化剂与水之间的界面.差分电荷密度证实了电子主要分布于三嗪位点周围,被Ag^(+)迅速捕获生成Ag纳米颗粒;空穴主要分布在Bpy-Co附近,单位点钴可以作为空穴的捕获中心,迅速将Co^(2+)氧化为更高价态的Co^(3+),并与界面上的水分子发生氧化反应产生氧气回到基态,完成整个光催化分解水反应循环.综上所述,为了解决光催化OER的瓶颈问题,本文提出了在催化剂中引入单位点金属助催化剂的策略,显著提升了光催化析氧性能.本研究也为实现更高效的无牺牲剂条件下的光催化全解水提供参考.

PANI/Co-Fe LDHs/NF的合成及电催化分解水产氧物理化学综合实验设计

本文设计了一个PANI/Co-Fe LDHs/NF的合成及电催化分解水产氧物理化学综合实验,该实验涉及电催化剂的合成、表征及电催化性能测试等方面。通过该综合性实验的开放式教学,将电催化水分解这一化学前沿研究领域引入到我校应用化学拔尖班的本科实验教学中,使学生学习专业知识以及实验仪器操作的同时,进一步提高学生的创新能力和科研素养,促进应用化学拔尖创新人才脱颖而出。以典型的水分解电催化剂PANI/Co-Fe LDHs/NF为例,采用恒电压电沉积的方法,在泡沫镍导电基底上合成了PANI/Co-Fe LDHs/NF纳米复合材料。利用X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段对PANI/Co-Fe LDHs/NF进行表征。通过电催化分解水产氧实验,PANI/Co-Fe LDHs/NF在10 mA?cm~(-2)的过电势仅为240 mV,并且具有优异的稳定性,显示了该材料在电化学水分解领域具有潜在的应用前景。

一株楚雄市区地表水体小球藻的产氧性能研究

为研究楚雄市区水体中小球藻的光合产氧性能,本文以一株研究区内分离培养的小球藻为研究对象,通过对培养基内N、P、K、微量元素进行浓度梯度设计,结合单因子实验和正交试验优化该小球藻产氧条件。研究结果显示该小球藻生长的最适N、P、K、微量元素浓度分别为53.62 mg/L、487.43 mg/L、110.59 mg/L、1.0 ml,小球藻的最佳产氧量为13.51 mg/L。该株小球藻在最适培养条件下产溶解氧达到过饱和,在实际应用及功能开发中具有巨大开发潜力。

化学产氧器隔热结构分析研究

为维持化学产氧器连续产氧,内部氧烛药柱需保持300~350℃高温持续反应。然而,过高的内部温度会引发机械外壳温度上升,给氧烛产品的正常使用造成极大不便。为提高氧烛化学产氧器使用的便利性和安全性,对现有产品结构进行热仿真分析,并初步探讨研究了常用隔热防护措施。通过分析某型化学产氧器热力参数,对化学产氧器进行简化建模,利用FloEFD传热分析软件,数值模拟装置内部气体流动,对化学产氧器内部和外部温度场的分布进行分析。数值模拟和试验验证表明,该化学产氧器仅采用夹层式结构,在夹层内加入隔热材料,未能将壁温控制在可接受范围。通过对市面上常见的绝热/隔热材料进行分析探讨,发现二氧化硅气凝胶棉毡材料在隔热、减重及耐用等多方面性能均有优势。作为目前综合性能较优的隔热材料,它可作为产品研究改进的目标隔热材料。

过碳酸钠产氧反应的实验研究

论述了水、催化剂及贮存时间对过碳酸钠产氧反应的影响,实验结果表明,在饮水规定范围内,水的pH值及含盐量对产氧反应影响很小,但其反应速度随水温的升高而加快;使用复合催化剂能有效地控制产氧反应相对平稳地进行;3年之内,贮存时间对产氧反应影响很小。

不产氧光合细菌的分类学进展

不产氧光合细菌(APB)一直是研究生命起源与进化、光合作用和固氮机理的良好模式生物。近年来,APB资源研究发展迅速,不断发现新的物种、模式种及特殊功能物种,不断提出新的分类单元,APB分类系统发生了较大变化,同时引起了一定混乱。本文对不产氧光合细菌定义、分类系统和分类指征最新进展进行了系统述评,对分类系统中存在的问题和发展趋势也进行了评述。

水域生境好氧不产氧光合细菌(AAPB)研究进展

好氧不产氧光合细菌(aerobic anoxygenic photosynthesis bacteria,AAPB)是广泛分布于海洋、湖泊及河流等典型水域生境中的异养原核生物,能够以环境中有机物为营养物质来获取细胞生长及代谢所需的能量,同时借助自身独特的菌绿素完成光合作用产能但不合成氧气,在物质循环与能量流动中扮演着重要角色.近年,越来越多的AAPB种属被陆续报道,基于光合基因,例如光合反应中心M亚基(pufM)的分子系统发育分析显示,大部分AAPB属于α-、β-及γ-变形菌,且丰度及多样性随生境的不同而呈现时空地理格局异质性.本文对AAPB的栖息环境与生长特性、丰度与分布、生态功能以及环境驱动因子等方面的研究进展进行了回顾和综述.目前,针对水库生态系统AAPB的研究鲜见报道,作者建议开展水库生境中AAPB多样性分布、环境驱动因素及生态功能研究,丰富对于水生生态系统中功能微生物种群生态结构与代谢功能的认识.

不产氧光合细菌抗氧化作用研究进展

不产氧光合细菌本身富含多种营养物质和生理活性物质,并能进行生物固氮、产氢以及降解多种有毒物质等生物功能,近年来受到广泛的关注。本文对不产氧光合细菌的分类、其抗氧化作用机理和应用进行系统的概述,并指出其中有待研究的问题。

好氧不产氧光合细菌反馈作用下的五里峡水库坝前水体化学特征研究

微生物是水体生物地球化学循环的主要驱动者,也是能量代谢的主要参与者,在水体生态系统多样性与稳定性方面发挥着举足轻重的作用。好氧不产氧光合细菌(AAPB)是水体中一类分布广泛的重要功能类群,它们可利用光能补充自身能量代谢,并影响水体化学组分,其重要性被人们广泛认可并深入研究。为探讨岩溶区AAPB反馈作用下的五里峡水库坝前水体化学特征,本文对坝前不同层位水体进行实地监测,在获得不同层位水体溶解有机碳和颗粒有机碳稳定碳同位素特征的基础上,采用荧光定量PCR技术检测、研究了坝前水体不同层位AAPB分布规律。结果表明:取样期五里峡水库坝前水体为HCO_3^--Ca^(2+)-Mg^(2+)贫-中营养型;通过水体溶解氧、δ^(13)CPOC、δ^(13)CDOC和碳氮比综合分析得出,坝前水体有机碳主要由微型生物产生;AAPB占总浮游细菌的相对丰度范围在1.33%~1.60%,且AAPB在不同层位的丰度变化强度要高于总浮游细菌的丰度变化强度,表明相较于总浮游细菌,AAPB对水化学特征的反馈作用更加敏感;使用典范对应分析可揭示水体理化性质与AAPB的内在联系,结果显示AAPB和总浮游细菌均受浊度的影响较大,故基于颗粒沉降的海洋微生物泵作用也适用于陆地岩溶水库。因而,AAPB反馈作用下的水化学特征对揭示CO_2-水-碳酸盐岩-微生物代谢体系具有重要的启示意义。

川西高寒森林溪流好氧不产氧光合细菌多样性

为了探明好氧不产氧光合菌(AAPB)在川西高寒森林溪流极端环境中的生态分布和群落结构及其环境影响因子,本实验结合同步温度动态和水环境特征监测,采用实时荧光定量PCR和克隆文库的方法,检测了川西高寒森林溪流季节性冻融循环3个关键时期(冻结前期、深冻期和融化期)AAPB的丰度和多样性变化及其与环境因子之间的相关性.结果表明:AAPB丰度在冻结前期非常低,仅(2.80±0.19)×10~4bp/mL;深冻期迅速增加到(4.65±0.30)×10~4bp/mL;融化期达到(5.79±0.19)×104~bp/mL.系统发育分析显示,冻结前期AAPB类群主要为α-变形菌纲细菌;而深冻期和融化期以β-变形菌纲细菌占据主要地位.相关性分析表明,在季节性冻融循环过程中,叶绿素a、可溶性有机碳和温度是AAPB菌群丰度和多样性的主要影响因子.实验结果表明冬季的川西高寒森林溪流中,AAPB类群的丰度低,但是它们高度动态变化,并且与其他淡水环境中的该类群的同源性低.

调控氧空位实现高比表面积Co3O4纳米片上的产氧反应（英文）

电催化水分解的速率控制步骤是水的氧化反应．高活性的电催化剂可加速水氧化的反应速率从而提升水分解反应的整体效果．我们通过水热一热解法制备了一种高活性的Co3O4催化剂去高教电催化产氧气．电镜表征证实了Co3O4具有超薄的纳米片层结构，X射线光电子能谱及电子顺磁共振波谱确认了Co3O4纳米片中存在大量氧空位．大幅提高的比表面积有利于更多包括作为活性点位的氧缺陷在内的点位暴露．Co3O4纳米片可加速阳极与电解质之间的产氧气反应，以很低的过电势（310mV）及电流密度（10mA／cm2）高教催化产氧气，在1．0mol／LKOH中表现出突出的稳定性．

机载分子筛产氧系统建模与仿真(英文)

建立了双筒分子筛变压吸附产氧系统筛床及组件的数学模型。该模型采用了 Langmuir等温吸附方程模拟分子筛的吸附特性 ,用线性驱动力方程考虑吸附过程中的传质影响 ,并考虑了吸附过程的热效应。采用该模型和有限差分方法 ,对系统性能进行仿真 ,并与实验数据进行比较。结果表明本文所建立的数学模型能较好地模拟实际过程 ,同时指出对参数进行试验测定是十分必要的。

海洋中不产氧光合细菌的研究进展

介绍了海洋中需氧的不产氧光养菌 ( aerobic anoxygenic phototrophic bacteria,简称 AAP 细菌 ) 在全球海域的分布和丰度、光合作用能力、系统发生、多样性,以及与光合自养生物的关系、在海洋碳循环中的贡献等方面的研究进展,阐述了海洋中不产氧光合细菌在碳、氮、硫、铁等物质循环过程中的重要性和一些新种的发现及其应用,指出了目前海洋中不产氧光合细菌研究中存在的问题。

化学产氧剂及其装置的研究现状

氧气在医疗方面的重要性早已为人们所认识,但长期以来氧气的来源主要依靠空气深冷法制得。这种方法适合于工业化生产,成本低,但生产出的氧气只能充入高压钢瓶供人们使用,不便于边远地区及某些特殊环境下使用。为此,人们采用各种途径研制小型移动式或便携式产氧装置。如分子筛法制氧、电解法制氧、磁法制氧、膜分离法制氧、生物法制氧及化学法制氧等。其中尤以化学法研究最多,发展也较快。化学制氧方法很多,主要包括氯酸盐氧烛制氧,超氧化物制氧及过碳酸钠制氧等。以这些方法为基础研制出的产氧器已在煤矿、军事、航空航天以及日常的急救保健等方面得到广泛应用。本文简要介绍这几种化学产氧方法及其装置的研究状况。

HY—2型便携急救产氧器研制

介绍了一种新型的医疗用化学产氧装置,包括结构、工作原理及性能特点等。

台湾海峡南部海域好氧不产氧光合异养细菌对上升流的响应

国内外关于好氧不产氧光合异养细菌(AAPB)和上升流之间关系的研究甚少。本文采用“基于蓝细菌校正的时序红外显微技术”研究了台湾海峡南部近岸上升流中心区AAPB对上升流变化的响应。研究结果发现,在上升流涌升的初始阶段,AAPB和总异养细菌丰度较低;随着上升流的发展,两者丰度均增加并在上升流的成熟期达到最高值;而当上升流衰退时,AAPB和总异养细菌丰度开始下降。在上升流发展过程中,AAPB丰度与叶绿素a浓度在一定范围内呈显著正相关,但同时受环境低磷浓度的限制,总异养细菌丰度与氮、磷、硅营养盐均有显著正相关,表明叶绿素a指示的浮游植物所释放的溶解有机碳和环境中的磷限制可能对AAPB起着更为直接和重要的作用,而营养盐则可能在总异养细菌对上升流的响应中起着重要作用。本研究有助于我们理解AAPB在碳及其他生源要素循环中的作用及其调控机制。

便携式急救化学产氧器的研制

本文介绍了一种使用超氧化物做为产氧剂的医用急救化学氧发生器的结构、原理,实验及临床应用。

便携式化学产氧器的进展

在医疗急救、运动医学、高原缺氧、矿山井下或有害气体环境中,都需要应急供氧。氧气钢瓶供氧,对于边远和无氧源地区使用很不方便。为此国内外研制了多种便携式供氧器,如家用压缩氧罐。

HY—2型便携急救产氧器临床试用

HY—2型便携急救产氧器经155例试用证明,对改善由多种急、慢性疾病引起的缺氧症状有明显效果,有效率100％,对于提高患者动脉血P_ao_2和s_ao_2有明显作用。