利用微米X射线显微镜研究陆相延长组页岩孔隙结构特征

页岩孔隙结构是决定储层储集与运移能力的关键,对完善我国陆相页岩气产能评估方法和压裂技术具有重要意义。本文选取鄂尔多斯盆地陆相延长组7段页岩,利用氩离子抛光-扫描电镜和微米X射线显微镜方法研究其孔隙结构特征与三维空间分布特征。扫描电镜结果表明,延长7段页岩中主要发育粒间孔(300~600nm)和微裂缝,是页岩气的主要储集空间。微裂缝多由黏土矿物沉淀形成,以平直状为主,易引发井壁坍塌等严重问题。有机孔发育较少,一般与有机黏土矿物共存,绝大部分有机质呈致密状。微米X射线显微镜测试进一步表明,长7段页岩在三维空间具有微米级纹层结构,其中有机质纹层厚10~20μm,揭示了延长组7段页岩层具有较强塑性,不利于水平压裂。该研究成果将为构建延长7段页岩气渗流模型、改进压裂技术提供重要数据支持。

X射线吸收谱研究碳纳米管内Rh-Mn纳米粒子结构的变化

利用X射线吸收谱技术研究了负载于多壁碳纳米管内的Rh-Mn纳米粒子在不同气氛和温度下的结构.结果表明,Rh-Mn粒子在空气中是由氧化铑团簇和混合锰氧化物组成.经过氢气在300°C下还原后,混合锰氧化物种转化成MnO.而氧化铑团簇在He气氛下当温度达到250°C时就会发生分解而形成金属铑团簇.对形成的铑团簇用H2或CO进行热处理,发现其分散性随温度升高而提高;同时,X射线吸收谱实验没有观察到Mn和Rh之间存在显著的相互作用,助剂Mn的主要作用是提高了Rh的分散性.

基于细胞自噬机制的健康科学研究进展

自噬(autophagy)是细胞对自身组件进行降解与回收的自然过程,与人类健康高度相关。很多疾病都伴随着自噬的异常。本文回顾了国内外近年来在自噬与健康关系领域的研究,包括自噬与癌症、神经退行性疾病等疾病的关系。并且回顾了对人体健康有明显影响的电离辐射、体育锻炼、针灸、按摩等物理刺激对细胞自噬的调控作用,从自噬的角度对这些作用的分子机制进行了讨论。最后,对于自噬调控在未来的医疗保健中的潜在价值进行了展望。

基于太赫兹光谱技术的生物膜界面水研究

界面水对生物膜的功能发挥起着至关重要的作用,但由于水对太赫兹波有极强的吸收,限制了液体样品的透射谱研究。将磷脂包覆水球的制备方法引入太赫兹时域光谱技术探测界面水的实验体系中,不仅大大减少了所需被测样品的用量,而且可调节水对太赫兹的吸收程度。基于此方法,在获得多种磷脂乳液的太赫兹介电谱的基础上,揭示了磷脂极性头部的化学基团差异会明显影响其界面的水合状态及界面水分子的动力学行为。

脑靶向硫化银量子点的构建及体外跨血脑屏障作用

目的:设计脑胶质瘤靶向的Ag2S量子点及Ag2S-PEG量子点近红外二区成像探针,并比较修饰脑靶向肽Angiopep-2(ANG)前、后量子点通过体外血脑屏障及靶向脑胶质瘤细胞的能力。方法:Ag2S量子点及Ag2S-PEG量子点和脑靶向肽ANG经EDC和NHS介导,发生氨基和羧基的缩合反应进行连接。对Ag2S、Ag2S-ANG、Ag2S-PEG、Ag2S-PEG-ANG量子点的结构及粒径进行琼脂糖电泳、动态光散射及透射电镜等表征,并评价其对U87 MG和bEnd.3细胞的细胞毒性以及穿透体外血脑屏障的能力。结果:修饰ANG肽后的Ag2S-ANG、Ag2S-PEGANG量子点水合粒径较Ag2S、Ag2S-PEG增大,差异有统计学意义(P<0.05);表面Zeta电位正电性增强;在琼脂糖电泳中迁移距离变短。MTT实验发现,Ag2S、Ag2S-ANG、Ag2S-PEG、Ag2S-PEG-ANG四种量子点在100μg/mL以下对U87 MG和bEnd.3细胞的存活率没有影响。在体外血脑屏障模型中,Ag2S-ANG、Ag2S-PEG和Ag2S-PEG-ANG均能够穿过上层的bEnd.3细胞到达下层培养基中,而Ag2S-ANG被下层的U87 MG细胞摄取的量有较大提升,约是Ag2S量子点的6倍,差异有统计学意义(P<0.01)。结论:本研究成功构建了2种脑靶向硫化银量子点,其中Ag2S-ANG能够跨体外血脑屏障系统,靶向脑胶质瘤细胞,为进一步的体内脑靶向成像奠定了基础。

基于石墨烯的光控太赫兹调制器（英文）

研究了锗基单层石墨烯结构宽带光控太赫兹调制器。利用实验室搭建的太赫兹时域光谱系统,实验证明了在1 550 nm飞秒光泵浦下,该太赫兹调制器工作带宽为0.2～1.5 THz。当泵浦光功率从0增加到250 m W时,该太赫兹波调制器的平均透过率从40%下降到22%,平均吸收系数从19 cm-1增加到44 cm-1,在0.2～0.7 THz,调制深度均高于50%,最大调制深度为62%(0.38 THz)。实验结果表明,相比于纯锗基太赫兹调制器,单层石墨烯的引入能增强对太赫兹波的调制效果。

云母-石墨烯界面纳米尺度受限水层的湿润-去湿润研究

研究受限于纳米尺度空间的水或者其他分子液体的性质在生物学、材料科学、摩擦学、微流控等领域有重要的意义。但直接通过显微镜观察界面上的纳米尺度液体的润湿动态过程仍然是个挑战。近年来受益于石墨烯等二维晶体材料的发现与发展,由石墨烯作为覆盖材料形成的受限体系为这一问题提供了很好的解决方式。通过原子力显微镜原位成像发现,由石墨烯与云母组成的受限体系中包含水层,一层水层的高度约为0.37 nm,而通过改变周围空气的湿度可以调控受限体系中水层的湿润-去湿润可逆性变化。同时实验中观察到了水层随湿度变化时呈现出的不同的生长方式。平整的石墨烯覆盖层提供了一种新的尺寸可调整的纳米通道,可对纳米尺度的受限水层实现高分辨成像,为纳米流体器件的发展提供了可能性。

金催化一氧化碳氧化反应中锌锡复合氧化物的载体效应（英文）

氧化物负载的纳米金催化剂对CO氧化反应具有极高的活性,这不仅依赖于金的结构特性,也取决于氧化物载体的结构.近年来,除了氧化硅、氧化铝等惰性载体以及氧化钛、氧化铈、氧化铁等可还原性载体外,人们还致力于探索各类新型氧化物载体.另一方面,锡酸锌是具有反尖晶石结构的化合物,并且在透明导电氧化物、锂离子电池阳极材料、光电转换装置以及传感器等方面应用广泛.然而,迄今为止,锡酸锌仍未被用于负载纳米金催化剂,因此相关的构效关系作用研究也十分有限.基于此,本文采用氮气吸附-脱附实验、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨电镜(HRTEM)、高角环形暗场像-扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)、X射线吸收精细结构谱(XAFS)和氢气程序升温脱附(H_2-TPD)等手段,系统研究了锡酸锌负载的纳米金催化剂在CO氧化反应中催化性能差异的原因.首先,利用水热法制备了锡酸锌(ZTO)载体,而其织构性质可由碱(N_2H_4·H_2O)与金属离子(Zn^(2+))的比例在4/1(ZTO_1)、8/1(ZTO_2)和16/1(ZTO_3)之间进行调节.结果发现,ZTO_2具有最大的孔体积(0.223 cm^3/g)和最窄的孔径分布.再采用沉积沉淀法将0.7 wt%Au负载于其上,得到金-锡酸锌(Au_ZTO)催化剂.ICP-AES测得样品中Au含量在0.57-0.59 wt%,与投料比接近.CO氧化反应结果显示,Au_ZTO_1和Au_ZTO_2的表观活化能相同,但后者的活性更高;而Au_ZTO_3在220°C以下没有活性,催化性能最差,与纯锡酸锌载体相当.XRD结果显示,反应过程中ZTO晶相、晶胞参数及晶粒尺寸变化不明显;TEM和HRTEM分析表明,载体ZTO在反应前后均为多面体形貌,平均颗粒尺寸在12-16 nm;XPS结果验证了Zn^(2+)和Sn^(4+)离子是新鲜和反应后样品中载体金属的存在形式;HAADF-STEM探测到所有样品中均含有1-2 nm的Au粒子;XAFS结果表明,Au以Au0形式存在,并且在Au_ZTO_3中Au平均粒径大于4 nm,而其它两样品约为2 nm.H_2-TPR结果表明,金的引入对ZTO载体耗氢量影响不大,但还原峰温度向低温移动;金属-载体相互作用强弱与催化活性高低具有正相关性,即Au_ZTO_2>Au_ZTO_1>>Au_ZTO_3.这是由于不同织构性质的锡酸锌载体对于纳米金活性物种的稳定作用不同所致,具有最大孔体积和最窄孔径分布的ZTO_2负载的金纳米颗粒表现出最高活性.

二氧化钛负载的铂纳米颗粒在CO和O_(2)环境下表面平台位点和台阶位点的可逆转变

在催化反应环境下,金属催化剂表面结构会随着温度和气氛环境的变化而改变,从而对其催化性能产生至关重要的影响.因此,原位研究金属催化剂表面结构在反应条件下的重构过程与机制,对调控金属催化剂表面结构和提高其催化性能都有重要意义.负载在TiO_(2)载体上的Pt纳米催化剂在能源环境领域具有重要应用,因而其表面结构在气氛环境下的动态演变行为引起了研究者的广泛关注.Pt纳米颗粒表面主要有两种结构:配位数为8–9的平台位点和配位数小于7的台阶位点.研究表明,这两种位点存在巨大的催化活性差异,但由于缺乏催化反应环境下原子级别的动态信息,Pt纳米颗粒表面平台位点和台阶位点的相互转变过程和转变机制仍然有待研究.本文利用原位透射电子显微学和原位红外技术,在原子尺度研究了还原性(CO)和氧化性(O_(2))气氛环境下Pt纳米颗粒表面平台位点和台阶位点的可逆转变过程.利用原位透射电镜中的气体样品杆技术,将Pt-TiO_(2)纳米催化剂封装在芯片纳米反应器中,在电镜中一个大气压环境下原位观察Pt纳米颗粒表面结构的变化过程.以CO分子作为探针分子,利用其在Pt纳米颗粒不同位点的饱和吸附定量分析不同环境下平台位点和台阶位点的比例.结果表明,在O_(2)环境下,{111}表面上的平台位点会部分转变为台阶位点,而这些台阶位点在CO环境下又会部分转变成平台位点.通过CO和O_(2)环境反复循环处理,发现这一转变过程是随着气体环境变化而可逆变换的.此外,在对Pt-TiO_(2)催化剂进行在不同气氛中非原位处理之后,利用电镜对Pt纳米颗粒的表面结构进行统计分析,也发现了相同的转变现象.进一步利用第一性原理计算,发现这一转变过程是由于O_(2)会选择性吸附在台阶位点,从而稳定台阶位点并使其扩展.而CO可以与Pt表面吸附的O物种反应,从而释放台阶位点上选择性吸附的氧,促使台阶位点转变成平台位点.同时,也对平台位点和台阶位点的活性差异进行了研究,发现Pt-TiO_(2)催化剂在303 K下催化CO氧化反应时,单位位点催化活性(TOF)与Pt纳米颗粒表面平台位点占比正相关,说明平台位点是Pt-TiO_(2)催化剂在此反应条件下的活性位点.结合理论计算发现,O_(2)在台阶位点的选择性吸附甚至会对该位点具有毒化作用,从而使Pt-TiO_(2)催化剂整体活性下降.本文揭示了Pt纳米颗粒表面平台位点和台阶位点在CO和O_(2)环境下的可逆转变机制,并进一步阐释了该转变过程对其催化CO氧化反应活性的影响.基于本文原位研究,可实现对催化剂表面结构的调控和优化:通过CO气氛环境处理,使其暴露更多的平台位点,从而提高其催化活性.

用于熔盐结构研究的高温原位核磁共振检测技术

熔盐具有优异的传热和储热性能,被广泛应用于核能和太阳能等领域。核磁共振技术(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)是研究熔盐微观结构的有力工具。由于商业化标准核磁样品池顶端设计有排气孔的存在,不适用于一些具有挥发性、毒性或放射性的熔盐体系的研究。针对该难点,以AlN、BN和Al_(2)O_(3)陶瓷材料为内管,ZrO_(2)陶瓷材料为外管,设计了一种新型密封性NMR样品池,以满足不同类型熔盐体系的测试要求。此外,利用KBr样品的^(79)Br化学位移与温度的关系,对新设计的多种样品池进行了温度标定。经测试,自主设计的样品池适用于熔盐体系的最高温度为700℃,可满足大多数熔盐系统检测的要求。使用该样品池进行了高温熔盐NMR信号测试,验证了其适用于熔盐体系的可靠性。

高温FLiBe熔盐颗粒粒径分布特征研究

含铍熔盐有很强的化学毒性,为了实现对高温含铍熔盐颗粒的准确监测和有效去除,了解其粒径分布特征是解决问题的关键。基于熔盐减压蒸馏实验装置和低压冲击采样器,搭建了用于测量高温熔盐颗粒粒径的实验装置,并研究不同实验工况下FLiBe熔盐的粒径分布。实验结果表明:常温下熔盐颗粒粒径分布集中在2.5μm以上;而高温(930℃)下则集中在0.26~2.5μm。同时研究了高温实验工况下,气体吹扫和采样时间对熔盐颗粒粒径分布的影响。研究结果表明:采样时间并未对粒径分布产生明显影响;而气体吹扫虽然改变了最终熔盐颗粒的排放浓度,但未对粒径分布产生显著影响。样品扫描电镜结果验证了实验装置粒径刻度的准确性,而观测到熔盐颗粒呈规则的球形而非晶体状这一现象,推测是由熔盐颗粒碰撞沉积导致。

Angiopep-2修饰的Ag_2S量子点用于近红外二区脑胶质瘤成像

构建了一种近红外二区成像探针,能对脑部病变进行近红外二区荧光成像.利用脑靶向肽Angiopep-2对Ag_2S量子点进行修饰,Ag_2S量子点和Angiopep-2多肽经EDC和NHS介导,通过氨基和羧基的缩合反应进行连接,采用琼脂糖电泳、动态光散射及透射电镜等方法对材料进行表征,并观察了材料对脑胶质瘤细胞U87MG的细胞毒性、材料在该细胞中的分布、摄取以及在实体瘤荷瘤鼠中的分布情况.结果显示,Ag_2S量子点水合粒径约为6 nm,经肽修饰后粒径约为8 nm,表面zeta电位正电性增强,在琼脂糖电泳中,肽修饰后Ag_2S迁移距离较Ag_2S短,表明Angiopep-2多肽修饰到了量子点上.经过细胞实验发现,修饰后的Ag_2S量子点在100μg/m L以下没有细胞毒性,脑胶质瘤U87MG细胞对Angiopep-2多肽修饰的Ag_2S较Ag_2S具有更高的摄取.经过初步的实体瘤动物实验发现,Angiopep-2修饰的Ag_2S能在皮下瘤模型中出现分布和聚集,说明修饰后的Ag_2S量子点具有一定脑胶质瘤细胞的靶向性.

硅油对淀粉样蛋白和多肽积聚的促进作用

本文研究了硅油对淀粉样蛋白和多肽积聚的影响,采用硫磺素T(Th T)荧光分析法和原子力显微镜表征。结果显示,5种淀粉样蛋白/多肽在含有硅油的体系中积聚更快、更充分,表明一定量的硅油能促进这些淀粉样蛋白/多肽的积聚。此外,研究了涡旋操作对硅油污染的引入。结果表明,涡旋能将离心管内壁的硅油引入溶液中,从而促进GAV9肽的积聚。

膜去溶-电感耦合等离子体质谱法测定高纯氟化铍中痕量稀土元素

建立了膜去溶与电感耦合等离子体质谱联用法(MD-ICP-MS)测定高纯氟化铍(BeF_(2))中的稀土元素,比较研究了冷雾化湿法与膜去溶干法进样技术在痕量稀土元素分析中的应用。在优化膜去溶装置参数后,MD-ICP-MS显著提高了元素的分析灵敏度,Ce的信号强度显著增加约5倍;CeO^(+)/Ce^(+)下降了约2个数量级,变化范围降在0.013%~0.019%之间。通过酸纯化器对本底进行了严格的控制,MD-ICP-MS的检出限范围为0.2~2.6 ng/L。对高纯BeF_(2)进行了分析,除了含量极低的稀土元素,ICP-MS与MD-ICP-MS法测定稀土元素的相对偏差均在5%以内。MD-ICP-MS的加标回收率在92.4%~105.2%之间。该方法可为高纯BeF_(2)中痕量稀土元素提供分析支持。