拉曼光谱学结合人工智能算法的分析技术研究

皮质醇和肾上腺素通常被认为是与压力相关的生理指标分子,肾上腺素还与睾酮的分泌相关,但是这些分子的拉曼光谱特征峰与血红蛋白的拉曼光谱特征峰互相重叠,难以区分。结合拉曼光谱学与人工智能算法,可将这些生理指标分子的拉曼光谱特征从二元和三元水相混合物中提取出来,实现同时对多个生理指标分子的定量分析。进一步使用卷积神经网络(CNN)可以提高分析性能,将实现高于94%的准确率,为将来全面健康监测提供便利。

氮掺杂石墨烯负载锰酸钴纳米颗粒(CoMn_(2)O_(4)/N-rGO)复合材料的制备及其氧还原催化性能的研究

采用两步水热法制备了氮掺杂石墨烯负载的尖晶石型锰酸钴纳米颗粒(CMO/N-rGO)复合材料。利用X射线衍射光谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂材料进行物性表征,并在旋转圆盘电极装置上采用循环伏安、线性扫描伏安和阻抗测试对催化剂材料的电化学性质进行研究。该材料在碱性介质中表现出优异的氧还原催化活性和稳定性,并按照四电子反应路径进行催化反应。与氮掺杂石墨烯和锰酸钴纳米颗粒相比,CMO/N-rGO具有更正的起始电位、半波电位和更大的极限扩散电流,表现出有更高的催化活性,这可归因于氮掺杂石墨烯良好的导电性能、高的比表面积,氮元素的掺杂作用以及锰酸钴与氮掺杂石墨烯之间的协同作用。

复合策略提升SPAN倍率性能的研究进展

硫化聚丙烯腈(SPAN)用作锂硫电池正极材料时,循环性能较好,但自身较低的电导率导致倍率性能不佳。综述通过不同结构和功能的碳材料、过渡金属化合物与SPAN制备复合材料,以提高SPAN倍率性能的研究进展。相比于一维和三维的碳材料,具有二维层状结构的石墨烯在复合材料中更易形成导电网络,使SPAN在高倍率下能释放出更高的比容量。将电导率较高或具备一定催化活性的过渡金属硫化物与SPAN复合,可提升SPAN的倍率性能。

三维大孔磷钨酸/二氧化硅的合成与催化氧化脱硫研究

文章设计了一种三维大孔磷钨酸/SiO_(2)复合材料。采用红外光谱、扫描电子显微镜和氮气吸附-脱附仪对其结构进行表征,以双氧水为氧化剂,优化条件下模型油中有机硫化物的优化脱硫率可以达到99%以上,采用浓度法计算催化剂氧化反应表观活化能。该技术有望作为加氢脱硫的补充,实现低硫燃油的清洁生产。

外延Y_3Fe_5O_(12)薄膜的制备及其磁特性的研究

利用磁控溅射方法在Gd3Fe5O12衬底上制备外延Y_3Fe_5O_(12)薄膜。在室温300K时,改变腔内氩气压得到不同气压下制备的Y_3Fe_5O_(12)薄膜。样品都在空气中进行后退火处理,退火温度800℃/2h,退火升温速率是180℃/h,降温速率是120℃/h。通过测试发现薄膜的特性及膜厚等都依赖沉积氩气压PAr,沉积气压为2.394Pa时,样品的磁特性较好。为了能充分利用Y_3Fe_5O_(12)纳米结构特性,利用电子束光刻蚀方法成功制备Y_3Fe_5O_(12)纳米量级结构阵列,分析磁阻尼因子变化。

磷掺杂的分级多孔Ni电极的合成及电催化研究

文章通过动态气泡模板法,在泡沫镍上电沉积制备了磷掺杂的分级多孔Ni电极(hp-NiP_(x))。采用场发射扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪等手段对hp-NiP_(x)的形貌与物理结构进行表征,观测其微纳尺度上的分级多孔结构,分析电极材料的晶相和结晶度。测试hp-NiP_(x)在碱性电解液中的电催化析氢(HER)性能和析氧(OER)性能,特别是开启电压、塔菲尔斜率、交换电流密度等关键电化学指标。HER和OER反应是在电极表面发生,涉及固(电极)、液(电解液)、气(氢气、氧气)三相。

周期性气泡群耦合导致的多极子共振研究

含气泡水中声传播是复杂介质中声传播的经典和热点问题,数值模拟和有限元仿真是研究这类问题的主要方法。文章利用COMSOL Multiphysics多物理场有限元仿真软件构建声波在含气泡水中的传播模型,讨论了不同半径单气泡、横向周期性气泡群、纵向周期性气泡群以及方阵型气泡群对平面声波传播的影响。研究表明:单气泡只能实现一阶单极子共振;横向周期性气泡群能实现高阶单极子、偶极子共振以及高阶非简并耦合全透射;纵向周期性气泡群能实现高阶单极子共振及高阶简并耦合全透射,不能实现偶极子共振;方阵气泡群能实现高阶单极子、偶极子共振以及高阶简并、高阶非简并耦合全透射。

半导体塞贝克效应实验教学的思考与创新

半导体材料依托材料、物理、化学、信息、微电子等多学科体系,推动着信息科技的高速发展。基于半导体材料的塞贝克效应实验是一门关联材料学、电学和热学相关理论知识,强调实操性,突显知识储备量、团队协作能力、实践操作技巧的实验课。针对该实验课程的教学目标和思路,结合“专创融合”教改的时代背景,在传统“讲授型”为主的课堂授课模式中融入“科研渗透型”的教学元素,以科研促教学,在授课模式与方法上进行教学创新,糅合多元化考核机制和成效评价方法,激发学生的创新灵感,深刻领会半导体实验教学创新在学科培养体系中的重要性,大幅提升课程的教学效果。

P型碲化铋热电器件制作与帕尔帖效应实验

采用放电等离子体烧结、精密切割、抛光、焊电极、引线等工艺,制作出P型碲化铋热电单臂器件。制冷性能结果表明,通直流电后,器件一端升温,另一端快速降温,在最佳工作电流1.8 A时,吸热温差为4.8 K,充分验证了半导体材料依据帕尔帖效应实现热电制冷效果。通过实验教学,加深学生对帕尔帖效应与热电势理论知识的理解,将电学、热学和材料学有机结合,拓展了学生的知识面,开拓思维,培养学生综合能力与实践技能。

铁电极化对层状Bi2MoO6光催化性能的增强

通过对铁电光催化剂Bi2MoO6和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)构建的有机-无机复合膜材料施加电场极化,来探究铁电极化对Bi2MoO6光催化剂活性提升的影响。未极化的Bi2MoO6在光照40 min时降解罗丹明B(RhB)的效率为57.6%,在光照150min时对双酚A(BPA)的降解效率为33.4%。在15 V电压下极化1.5 h的Bi2MoO6材料在相同条件下降解罗丹明B和双酚A的效率分别达到98.1%和79.2%,光催化活性得到了较大的提升。光催化活性提升的原因归因于内部电场的增强。未极化的Bi2MoO6的内电场的铁电畴是无序、分布不均匀的,光生载流子非常容易发生体内复合。当外加电场极化Bi2MoO6时,Bi2MoO6的铁电畴趋于有序,极化方向趋于同一方向,表面一侧(C^+区)产生正电荷,在另一侧(C^-区)产生负电荷,从C^-区指向C^+区的极化电场推动光生电子和空穴分别迁移到C^+和C^-区域。这一过程促使光生电荷载流子快速从体内迁移至表面,提高和延长了光生载流子的分离效率和寿命,导致光催化活性的提升。

一步法制备Bi2MoO6/CoMoO4绣花球结构及其光催化性能

以五水硝酸铋为铋源,采用简易的一步水热法合成出Bi2MoO6/CoMoO4绣花球结构。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、荧光光谱(PL)和电化学测试等表征对所制备催化剂的物相组成、微观形貌、光学性质以及光生电荷复合效率进行了分析。研究结果表明,引入Bi2MoO6之后,Bi2MoO6/CoMoO4复合异质结的光吸收范围明显被拓宽,其光生电荷的分离率也得到了提升。以亚甲基蓝和头孢曲松钠为污染物来模拟废水,在可见光的条件下评估催化剂样品的光催化降解活性。在可见光下光照60 min后,Bi2MoO6负载量为30%(w/w)的复合物具有最佳的光催化性能,其降解速率常数约为纯CoMoO4的2倍。基于实验的所有表征,进一步地研究了Bi2MoO6/CoMoO4体系相应的光催化机理。

Ag_2CO_3/Ag/g-C_3N_4 Z-型异质结的制备及可见光催化降解RhB

通过煅烧处理和沉淀反应合成以Ag纳米粒子为电子媒介的Z-型光催化剂Ag_2CO_3/Ag/g-C_3N_4。在可见光照射下,降解RhB评价Ag_2CO_3/Ag/g-C_3N_4复合物的光催化活性。结果表明:Ag2CO3/Ag/g-C3N4样品显示出比纯Ag_2CO_3和g-C_3N_4更强的光催化活性,当g-C3N4与Ag_2CO_3/Ag质量比为20%时,复合物呈现出最好的光催化性能,这归因于在Ag_2CO_3和g-C_3N_4间形成的Z-型异质结构,其有效促进电子转移速率和光生电子-空穴的分离。Z-型异质结构扩展了可见光吸收波长范围(从450nm到670nm),这是由于Ag纳米粒子表面离子共振的结果。捕获实验证实,在光催化降解RhB反应中,·O_2^-和空穴h^+是主要活性物质,·OH是次要活性物质,并提出了增强光催化活性的机理。

化工原理教学方法改革初探讨

化工原理知识点零散,晦涩难懂的公式和知识使学生的求知欲大打折扣。因此完善化工原理教学方法,如何从知识讲授转到提升学生利用所学知识分析问题和解决问题的能力变得尤为重要。根据湖北师范大学近年来教学特点,分析教学现状和存在的问题,从实践教学、学习兴趣和教学方法等方面对教学过程改进方案进行探讨。使我校学生的理论知识更扎实,同时全面提升实践操作能力与创新能力。

水系可充电锂离子电池面临的挑战及解决方法

锂离子电池具有能量密度高,自放电率低和轻便易携带等优点,在电池市场中不可或缺,在各个领域应用广泛。而日益严重的生态问题使人们对电池的安全性,环保性有更高的要求。水系可充电锂离子电池电解液为水溶液,不仅安全环保,而且离子电导率高,对组装工艺要求低,因此受到研究者的青睐。介绍了水系锂离子电池在发展过程中遇到的主要挑战,归纳了提升电极材料和电解质电化学性能的常用方案,并对水系锂离子电池的发展进行展望。

材料分析测试方法中透射电镜部分的教学思考与创新

分析了材料分析测试技术课程特点和透射电镜(TEM)部分的教学重难点,明确了TEM内容的授课路线,并完善了材料分析测试技术课程TEM部分的教学内容。探究以软件辅助授课、多媒体教学、串联知识点和“翻转课堂”等创新教学形式提高学生分析TEM数据与理论联系实践的能力,有效解决了课程教学与实践脱节的问题。在实际教学环节中,新颖的教学方式和内容,充分调动了学生的积极性,提高了教学效果。

SOS:对称操作相似原理

凝聚态物理学往往为对称性所支配。自发对称性破缺将导致相变,而且许多可观测量或物理现象都与破缺的对称性有关,如铁电极化、铁磁磁化、旋光性(包括法拉第旋转和磁光克尔旋转)、二次谐波发生、光伏效应、非互易性、霍尔效应型输运以及多铁性。在这里,我们提出以下观点:从对称性破缺的角度来看,当构成量(如自旋排列、晶格畸变,或处于外场以及其他环境中等)或测量方式(如光学探测,或处于不同极性态中电子和其它粒子探测,或对体极化[磁化]等的测量)遵循对称操作相似(symmetry operational similarity,SOS)原理时,我们便可以观测到某些特定的物理现象。这种SOS原理提供了一种在复杂材料中用简洁而清晰的物理图像描述非直观物理现象的途径。反之,也可以用于甄别具有潜在需求特性的新材料,或发现已知材料中新的物理现象。

幻像之花:虚拟的铁磁性

铁磁痴梦1磁若华声电作琴,一章物理谱知音。痴人弹奏痴人梦,化雨随风润匠心。编按本文乃源于美国Rutgers University杰出校董教授Sang-Wook Cheong最近撰写的一篇文章:Trompe L’oeil Ferromagnetism,npj Quantum Materials,2020,5:37。原文相对较为艰涩,译者在此基础上“添油加醋”,加以诗意发挥,降低难度,草成本文。这里“Trompe L’oeil”一词之深意在正文中有详细说明,但全文不免受译者个人观点看法所限。诚然,译文不到之处颇多,敬请读者见谅。

泰勒级数法计算静磁场和辐射场强度问题

针对电动力学中求解近似解的问题,以两道典型问题为例,即同轴线圆形线圈的静磁场和边缘带电荷旋转飞轮的辐射场,利用泰勒级数法进行分析和计算,同时给出了常见的错误解法并分析错误缘由,其意义主要为加深对稳恒电磁场和辐射场场强分布的认识,对电动力学的教学有所裨益,亦有利于加强学生从事科学研究和面对现实问题时学以致用的能力。

基于钨(钼)酸铋半导体复合材料的合成及其在光催化降解中的应用

由于全球的工农业的迅速发展,水污染已成为人类所面临的最大危机。基于半导体光催化法是治理水污染的绿色技术之一,能够有效地降解和去除水中的污染物。在众多光催化材料中,金属氧化物半导体由于其具有低毒性、高稳定性和对水溶液中化学腐蚀的较高的抵抗力等优点,而被科学家们广泛地研究和应用。其中,三元组分的金属氧化物因其具有较窄的禁带宽度和可见光响应性质,在光催化降解领域上的能力已经超过其他的金属化合物。本文系统地介绍了两种典型的三元金属氧化物——钨酸铋和钼酸铋,围绕着基于钨酸铋和钼酸铋的复合型催化剂的制备和在光催化降解废水处理领域中的应用以及发展进行了综述,提出了目前关于钨酸铋和钼酸铋的复合材料的设计、机理研究和改性修饰方法中的所存在的主要问题,并对未来的发展趋势进行了展望。

多酸@金属-有机骨架材料的制备及其在废水处理中的应用

废水中的污染物由于其成分复杂、生物毒性大和难降解等特点,危害人体健康,因此,寻找开发一些能有效去除废水中的剧毒和难降解污染物的吸附剂成为亟待解决的问题。金属-有机骨架材料(MOFs)由于结构有序且多样、拓扑结构丰富、孔隙度超高、比表面积大、骨架结构稳定和易于掺杂其他组分等特点,使其在吸附领域得到了广泛的关注。多金属氧酸盐(POMs)与MOFs材料复合形成新的杂化材料POMs@MOFs,与纯MOFs材料相比不仅具有其独特的性质,同时也兼具POMs的强酸度、富氧表面和氧化还原能力,并且克服了缺点,如难以处理、比表面积小和溶解度高等特点。近年来,科研工作者发现POMs与MOFs的复合物作为吸附剂在废水处理领域具有优异的性能。本文结合本课题组的研究工作对POMs@MOFs的制备尤其是各种制备方法的优缺点进行了归纳分析,并围绕POMs@MOFs复合材料在废水处理中的应用发展进行综述,对未来研究方向和发展前景进行展望。