诺贝尔化学奖量子点的发展历史、应用及化学教学中思政元素的挖掘

1981年,俄罗斯科学家阿列克谢·伊基莫夫发现有色玻璃会随着颗粒大小变化而产生不同的颜色,提出量子尺寸效应。1983年,美国科学家路易斯·布鲁斯首次提出胶状量子点,实现了胶体半导体量子点的控制合成,开创了量子点的研究先河。1993年,蒙吉·巴文迪教授领导的科研小组第一次在有机溶液中合成出了大小均一的量子点,加速推进了量子点的发展。2023年诺贝尔化学奖授予以上三位科学家,以表彰他们在量子点的发现和研究领域的贡献。量子点以其出色的尺寸效应在通讯、能源以及生物医学等领域广泛应用,从量子点的获奖、发展及应用出发,对其思政元素深入挖掘,在高等学校化学教学中具有深远意义。

基于CdTe量子点荧光探针对稀土元素铕的快速检测

铕(Eu)作为地球储备较少的稀土元素之一,在很多领域都有重要作用。本文通过一锅法合成了巯基乙酸修饰的CdTe量子点作为荧光探针,并基于稀土元素铕离子对于荧光探针的特异性猝灭作用,建立了水环境中对稀土元素铕离子的快速检测。在最佳条件下,在49.97nmol·L^(-1)~1088.03nmol·L^(-1)的浓度的范围内,CdTe荧光探针猝灭强度与Eu^(3+)浓度呈现良好的线性关系,检出限为36.47nmol·L^(-1),相关系数为0.9992。该方法对水环境中Eu^(3+)检测中回收率为108.2%~112.4%,具有响应速度快、简单、特异性强、灵敏度高等突出优点。

课程思政融入量子力学教学的研究与设计

以普通高校课程思政总体要求为研究依据,结合量子力学课程的结构和特色,深度研究和挖掘量子力学课程中蕴含的丰富的思政元素,探索在量子力学课程中开展课程思政教学的具体路径。以课程承载思政,将思政融于课程,达到激发学生的学习兴趣、锻炼学生的思辨能力、培养学生的爱国情怀和勇于追求真理的科学理性精神的目的。

融合思政和“对分课堂”理念的量子力学双驱教学模式探索

量子力学是物理学专业的核心主干必修课程,是后续课程的重要基础,而该课程教学中一直存在着难懂、难学、难教等问题.为改变现状,探索和实践了融入思政和“以学生为中心”理念的量子力学双驱教学模式.深入挖掘课程思政元素,将思政教育融入课程的讲授过程,对学生进行价值引领,提高科研素养,激发爱国情怀,营造一个优质外驱力.同时,在教学中设计“周周分享讨论”环节,让学生成为真正的学习主体,从“要我学”变成“我要学”,形成学习内驱力.实践表明,双驱教学模式有效提高了量子力学的整体教学质量.

原子价壳层电子量子拓扑指数与元素电负性的关系

在基态原子价壳层电子隐核图的基础上,基于拓扑化学原理以及原子价壳层电子结构特征,构建了原子价壳层电子量子拓扑指数(AEI),它对基态原子实现唯一性表征,结合原子价壳层电子平均化能(∑niEi/∑ni)等参数,建立了一套新的元素电负性标度:XN=-0.588710AEI1+0.761214AEI2+0.154982(∑niEi/∑ni)-0.080929.该式给出了周期表中氢至镅共95种元素的电负性,结果表明新电负性标度XN与Pauling电负性标度颇为一致.进一步从原子价轨道量子拓扑指数确定了sp,sp2,sp3杂化轨道的电负性.新标度在元素和物质的结构-性质研究中具有一定的适用性.

镧系元素化合物的物性参数与角量子数的相关分析

刘稀土元素及其化合物的物性数据进行系统分析和研究,从中寻找出一些普遍规律,是一项十分有意义的工作。它有助于对稀土元素及其化合物性质的了解,促进稀土在各行各业中的广泛应用。 研究表明,如果以镧系元素及其化合物的物性数据P_i对其原子序数Z作图,则大多呈现出明显的四分组效应,或称为双-双效应,即镧系元素可按其性质分为四个组:La-Ce-Pr-Nd、Pm-Sm-Eu-Gd、Gd-Tb-Dy-Ho、Er-Tm-Yb-Lu,其中钆兼存于第二和第三组中。

考虑信号特点的合成量子启发结构元素

受量子理论启发,结合数学形态滤波器中的膨胀算子,提出合成量子启发结构元素(Compound quantum-inspired structuring element,CQSE),用于增强故障振动信号中的冲击响应成分。CQSE综合考虑了信号的局部特征和随机性,其高度能够跟随信号的变化进行动态调整。首先,建立了量子启发结构元素(Quantum-inspired structuring element,QSE)的基本数学表达式。随后,采用峭度描述冲击响应信号的局部特征,并用于生成QSE在实数空间的单一形式(Single form in real space,SFRS)的高度;采用信号的归一化振动大小描述信号的随机性,并用于计算不同SFRS出现的量子概率。然后,结合量子概率,通过数学期望,对不同的SFRS进行合成,获得应用于膨胀算子的CQSE。最后,将CQSE应用于轴承故障诊断,有效地增强了故障信息。

成矿元素富集机制的量子地球化学研究——以攀枝花钒钛磁铁矿矿床为例

攀枝花钒钛磁铁矿矿床为富集钒、钛、铁等过渡元素的典型岩浆矿床。文章运用量子地球化学的理论和方法研究该矿床的元素组合、分配及变化特征 ,并用量子力学理论的abini tioHartree Fock分子轨道法对钛磁铁矿和钛铁矿晶体结构进行了模拟计算。结果表明 :源于地幔的原始岩浆富集成矿元素 ;在其结晶过程中 ,V ,Ti,Fe等成矿元素再次富集于钛磁铁矿和钛铁矿中而形成矿床 ,这种再富集受晶体结构择位能控制。

基于量子化学的燃煤过程痕量元素反应机理研究及其进展

对煤燃烧过程痕量元素化学反应机理的研究现状进行综述,介绍量子化学理论在该领域的应用情况,研究了煤燃过程中汞与含氯气体反应的微观机理。基于量子化学过渡态理论,确定了基元反应,并给出其动力参数的求解过程,提出了采用量子化学理论研究痕量元素反应机理的重点和方向。

中医传统五行学说与人类器官的生命动力元素分布的统计力学参数对比——关于中药传统理论的当代化学物理及量子统计力学理论的诠释(Ⅴ)

五行学说是传统医学理论的核心,也是辩证施治的理论基础,但有人认为传统五行学学缺少定量依据。本文首次通过定量计算生命动力元素分布的群子统计力学参数的方法,把人类器官和组织大体分为八大类型。定量地考察了中国传统五行学说与量子(群子)统计力学理论参数之间关系,从而定量地考证了中医学上的五行学说的科学性和合理性,为建立中医学理论的现代化提供了坚实的理论基础。

一个新的量子拓扑指数及其对镧系元素理化性质的预测

在基态原子价壳层电子隐核图的基础上,基于拓扑化学原理以及原子价壳层电子量子结构特征,构建了原子价壳层电子量子拓扑指数QTI,它对基态原子实现唯一性表征,具有优良的结构选择性。用QTI指数与镧系元素的16种物理化学性质按数学模型P=aQTI+b进行关联。结果表明,QTI不仅与镧系元素的16种理化性质具有良好的相关性,而且较其他文献所报道的研究工作物理意义更明确,方法更简单。

模糊形态结构元素的量子态模型

量子计算作为一种新型的计算理论模型,正逐渐成为信息研究领域关注的焦点。为实现模糊形态学与量子计算模型的有效融合,提出一种基于量子态模型表示模糊结构元素的方法。受量子信号处理理论的启发,用多量子位系统表示模糊结构元素,将隶属度表示为量子态概率。经过量子测量,使得模糊结构元素坍缩为清晰结构元素。结合仿真实例,表明了量子态模型的可行性,以及使用坍缩后结构元素的形态滤波器能有效地滤除噪声,并能很好地保留图像的细节信息。

量子共振检测恶性肿瘤患者免疫功能和微量元素硒的研究

目的研究恶性肿瘤患者体内免疫功能和微量元素硒的水平。方法对临床上已确诊为恶性肿瘤患者使用重庆天基权产TJQQ-C型量子共振检测仪,检测其体内的免疫功能和微量元素硒。结果肿瘤患者各项免疫指标下降,并严重缺乏微量元素硒。结论量子共振检测免疫功能和微量元素硒的结果作为诊断恶性肿瘤依据既简便、快捷又准确。

量子电磁场的Casimir效应

讨论了在真空中，两平行的理想的金属线这间，量子电磁场在标量粒子单圈近似下的Ｃａｓｉｍｉｒ效应。

锕系元素基态与激发态性质的量子拓扑化学

在基态原子价壳层电子隐核图的基础上,将拓扑理论和量子化学方法相结合,引入价电子的主量子数、角量子数、自旋磁量子数以及价电子的轨道能量等结构参数,得到一个新的量子拓扑指数Ym.利用线性回归方法分别建立了锕系元素16种基态与激发态性质的定量结构-性质关系(QSPR)模型,采用留一法和Jackknife检验相结合的方法,对定量结构-性质相关模型的稳定性和预测能力进行检验.研究结果表明,用新的量子拓扑指数Ym能较好地表征锕系元素的分子结构信息,且所建模型具有良好的稳定性和预测能力.

融合量子理论的结构元素尺寸自适应调整策略

受量子理论启发,提出一种针对数学形态学结构元素尺寸自适应调整的新策略,以达到更优的冲击响应信号形态学提取效果。首先,结合量子理论建立起振动信号的量子系统,在此基础上提出了振动信号的量子比特数学表达式,用于刻画振动信号的状态;然后,针对机械振动信号的局部特点,分析1×3邻域的振动信号相关性,提出了机械振动信号在量子概率特征下的结构元素尺寸衡量算子;最后,依据尺寸衡量算子和自适应控制结构元素的长度达到更优的滤波效果。利用该策略对轴承冲击故障信号进行形态滤波,并与传统方法进行了比较,结果表明该方法可以有效提取信号的全局和局部特征。

稀土元素六核簇卤化物及其嵌合物的量子化学研究

本文用DV-X_α方法计算了八面体稀土簇卤化物R(R_6X_(12))及其嵌合物R_7X_(12)Z(R=Sc、Y、Pr、Gd、Er,X=Cl、Br,I)。计算结果表明,稀土簇卤化物因f电子受屏蔽、较难成键,体系缺乏簇骨架轨道,较不稳定,易收缩成R_2X_3或R_5X_8等链状化合物。八面体簇,若嵌入一个主族原子,则中心原子与稀土簇的成键轨道加强了体系中的化学键,使结构趋于稳定;若嵌入一个过渡金属原子,则中心原子与稀土簇的成键轨道替代了原来的簇骨架轨道,形成异核金属簇(成称双重配合物)。

单元素半导体量子点制备及其光致发光性能的研究进展

单元素半导体量子点的制备成功使光电集成成为可能。介绍了单元素半导体量子点的制备方法，包括射频磁控溅射技术、硅离子注入技术、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法等；并且介绍了单元素半导体量子点的发光机理模型，包括量子限制效应模型、与氧有关的缺陷发光、量子限制效应-发光中心复合发光和界面层中的激子效应发光等；另外对单元素半导体量子点的发展前景进行了展望。

二维情况下量子电磁场在费米子单圈图近似下的Casimir效应

本文采用Ｆｅｙｎｍａｎ的路径积分量子化方法，计算出两个平行的，理想的金属线之间在绝对零度下量子电磁场对Ｃａｓｉｍｉｒ力的前二级贡献，即自由电磁场与有质量的费米子单圈图的贡献．