矿物光电子-微生物体系重金属离子价态调控及其环境效应研究进展

本文综述了典型污染区重金属离子赋存状态与环境风险评价、环境微生物多样性等环境质量因子的关系及其对土壤功能的影响;重点介绍了微生物源电子、半导体矿物光电子对重金属离子的价态调节双向控制;总结了电子穿梭体、空穴捕获剂等小分子有机物对光电子还原重金属离子的影响及机制,以及半导体矿物光电子、重金属价电子协同微生物对重金属离子的还原氧化效率与价态调控;分析了微生物及其表面基团对重金属离子的矿化与转化作用,以及微生物界面固定转化在土壤重金属污染修复中的作用。本综述可为进一步研究微生物和半导体矿物光电子协同作用对重金属离子的定向调节、电子转移途径、晶相转化机制提供指导,对深入探讨光-半导体矿物-重金属离子-微生物多相复杂体系的交互作用具有重要的环境学意义。

调控Al_(2)O_(3)晶型控制MgAl_(2)O_(4):Mn^(4+)荧光粉中Mn价态研究

Mn^(4+)激活红光荧光粉是白光半导体发光二极管(wLEDs)领域当前研究热点之一。Mn^(4+)离子^(2)E→^(4)A_(2)跃迁在铝酸盐中的最短发光波长是在MgAl_(2)O_(4)中实现的651 nm发光,由于其结构中含有形成四面体或八面体配位的两种阳离子格位(Mg^(2+)/Al^(3+)),易造成所掺杂锰元素存在多种价态(+2/+4/+3等)。本研究通过改变起始原料中Al_(2)O_(3)的晶型(γ/α比例)及退火处理来调控锰离子在MgAl2O4晶格中的占据格位,对其主要存在价态实现调控。采用荧光光谱和紫外–可见–近红外漫反射光谱技术来表征所合成荧光粉中Mn离子的价态及其演变。研究发现,高α/(α+γ)比铝源促进Mn^(2+)形成,而低α/(α+γ)比铝源促进Mn4+形成。通过使用高活性纳米γ-Al_(2)O_(3)为铝源,有效抑制了锰离子在MgAl_(2)O_(4)中Mg^(2+)格位的占据及Mn^(2+)离子的形成,经空气中1550℃保温5 h的一次高温热处理即可制备出在可见光区只有Mn4+红光发光的高纯高亮度MgAl_(2)O_(4):Mn^(4+)荧光粉。氧化铝晶型影响锰离子掺杂格位和掺杂价态的本质规律是:氧化铝活性决定实际固溶掺杂反应步骤,进而影响锰离子掺杂格位和价态。本研究提出的反应步骤调控作为反应气氛、电荷补偿剂、反应温度三种调控方法外的一种新方法,为Mn^(4+)激活铝酸盐荧光粉中锰离子掺杂价态调控提供了新思路。

镍基磷化物结构调控及电催化性能

为探究不同掺杂对镍基磷化物催化性能的影响,采用水热法制备4种不同掺杂(Fe、Co、Mo、W)的镍基前驱体,然后通过化学气相沉积法对不同前驱体磷化,得到相应的4种镍基磷化物。经SEM分析发现,不同前驱体的结构存在较大差异。磷化后,仅有NiMoP较好地保留了其前驱体的原有形貌,展示出最佳的结构稳定性。XPS分析表明:4种镍基磷化物表现出不同价态结构,Fe、Co掺杂镍基磷化物具有相似低价态结构,而Mo、W掺杂镍基磷化物具有高价电子态结构。进一步电化学析氢测试表明,NiMoP在10 mA/cm^(2)的电流密度下过电位仅为97 mV,与贵金属Pt的83 mV相近,远低于其他3种样品的过电位。同时,在长期的稳定性测试中,NiMoP也表现出比其他3种磷化物更为优良的稳定性能,表明其良好的析氢催化活性。

砷碱渣浸出液氧化脱锑试验

考察了双氧水的加入方式和加入量、反应温度、氧化时间等对砷碱渣浸出液氧化脱锑效果的影响,以及电位与脱锑率的关系。结果表明,最佳工艺参数为:常温、反应时间60min、双氧水加入量为原液体积的0.6%(等价于每克锑17.65 mL)、双氧水进料时间控制在反应的前1/3时间段、反应终点电位-550^-450mV。脱锑率可达到95%以上,氧化后得到的锑酸钠纯度可达到91.83%,达到市售普通锑酸钠的品质要求。该技术突破了价态调控还原浸出液中锑的关键技术。

光电子协同微生物介导的重金属离子还原与电子转移机理

重金属污染是一个亟待解决的环境和社会问题。重金属元素在自然界常会形成各种价态的矿物,具有不同的理化性质,对重金属污染治理具有重要的参考意义。重金属离子价态的改变可通过微生物、电极电子及半导体矿物光电子传递与吸收实现。本文分析了微生物及其电化学系统、半导体矿物光电子与光电子协同作用对重金属离子的还原作用,从氧化还原电势角度分析了微生物及其电化学系统与光电子对重金属离子的还原机理。重点从微生物跨膜电子传递过程及分子网络角度阐述了微生物还原变价重金属离子的直接/间接电子传递途径、从微生物向电极的正/逆向电子传递与吸收利用角度揭示了微生物电化学系统与光电子协同微生物对重金属离子价态调控的机制。最后,提出了微生物、电极、半导体矿物与光在重金属价态调控中的作用网络与能量利用途径。可为进一步研究微生物胞外电子传递及微生物光电子利用与光电子协同微生物调控重金属离子价态及其环境治理提供参考。