钛酸锂用于钠离子电池负极的研究进展

相比于锂离子电池,钠离子电池具有资源丰富、分布广泛和成本低廉等优点,在大规模储能领域有广阔的应用前景,近几年获得了学术界广泛的关注。在钠离子电池体系中,负极材料对整个电池的能量密度和循环性能有着重要的影响。而在众多的负极材料中,尖晶石型钛酸锂凭借其优异的循环性能以及相对较高的钠离子脱嵌电位,被认为是一种极具应用潜力的钠离子电池负极材料。然而,由于钛酸锂中钛的最外层轨道缺少电子,导致钛酸锂的导电性不佳。同时,由于钠离子半径较大,在脱嵌过程中离子扩散阻力大,易引起钛酸锂晶格畸变,严重制约着钛酸锂的倍率性能和循环性能。针对上述问题,近年来研究者们基于深入的储钠机制研究,通过结构设计和界面优化,显著提升了钛酸锂在钠离子电池中的电化学性能。目前,文献报道的改善钛酸锂储钠性能的策略主要有:引入电导率较高的包覆层和离子掺杂来提高材料电子导电率,缓解嵌钠过程中的晶格畸变;通过结构调控设计纳米尺寸的钛酸锂材料以缩短离子扩散距离和增大其与电解液的接触面积。本文综述了近年来钛酸锂负极材料在钠离子电池中的研究现状,着重对钛酸锂的结构与性能、合成方法和改性研究等方面进行了深入的阐述,并对下一阶段钛酸锂作为钠离子电池负极的研究与应用进行了展望。

水相中羟基自由基与磺胺甲恶唑反应机理的理论研究

本研究采用量子化学计算研究了羟基自由基引发的磺胺甲恶唑加成反应与抽氢反应的机理,系统考察了水相中的反应动力学,应用ECOSAR软件预测并评估了加成产物的生态毒性.研究结果表明,磺胺甲恶唑的C_(8)、C_(12)及C_(16)等位点的平均局部离子化能较低,说明它们更易与羟基自由基发生反应.除C17和H21外,其他位点的反应过程均放热,并且C1位点的加成反应与C—S键的裂解存在协同效应;加成反应和抽氢反应的活化自由能在4.0—28.6 kcal·mol^(−1)之间变化,最小值和最大值分别发生在C_(8)和H9位点;虽然反应的速率常数达到4.97×10^(12) L·mol^(−1)·s^(−1),但因受扩散控制使其在水相中的表观反应速率常数仅为8.68×10^(9) L·mol^(−1)·s^(−1).毒性预测结果显示,尽管大部分加成产物的生态毒性较母体化合物低,但C_(8)、C_(12)和C_(16)位点上的加成产物仍具有较高的生态毒性风险.

从电解铝阴极炭块处理废水中回收冰晶石

在以浮选法处理电解铝阴极碳素内衬后产生的废水中添加不同含铝和含钠化合物来合成冰晶石,考察了不同因素对氟离子去除的影响。得到最佳反应条件为:AlCl_(3)与NaCl的物质的量比1∶3,pH 6,温度60 ℃。在此条件下,氟离子的去除效率最高,所获得的冰晶石最多。

Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)/CN/rGO复合正极材料的构筑及储钠性能研究

Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)具有理论容量高、钠离子超导体(NASICON)结构等优势,被认为是一种值得研究和大规模应用的新型钠离子电池正极材料。然而低的电导率导致其电化学性能在大电流充放电条件下不理想。本实验采用固相法制备了一种由氮掺杂碳与还原氧化石墨烯(rGO)共修饰的Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)/CN/rGO(NVP/CN/rGO)复合正极材料,并借助材料表征手段、电化学分析技术等对不同含量rGO掺入的NVP/CN/rGO正极材料的微观形貌和电化学性能进行了系统研究。结果显示,NVP/CN/rGO-2复合材料颗粒分布均匀,并表现出较高的可逆容量和优越的循环稳定性。在0.2 C、10 C下可逆容量分别为116.9 mAh·g^(-1)和99.4 mAh·g^(-1),且在10 C下循环1500次后,容量保持率为97.2%。复合材料表现优异性能的主要原因是:rGO特殊的导电网络结构将孤立的NVP/CN连接起来,提升了颗粒之间的接触电导,使其导电性进一步提高,从而显著提升其电化学性能。

后疫情时代高校课程思政教育的思考与实践——以《环境工程微生物学》为例

新冠疫情改变了人们的生活方式,也给当今大学生的思想带来了极大的冲击。现如今,人们对于生态文明教育有了新的思考和认识。有着专业环保知识的环境工程、环境科学等相关专业学生对于环境保护有着更多建言献策的能力。在课程专业知识传授中突显此次疫情中的鲜活典型,融入家国情怀、社会责任、仁爱之心等思政元素,将使得知识传播在价值引领下大放异彩。本文以《环境工程微生物学》这门环境类专业基础课程为例,从挖掘专业知识中蕴含的思政教育资源、强化实践课程中体现的思政教育价值、以案例为载体开展启发式教学和注重学生反馈、避开“课程思政”误区四个方面进行探讨,以期达到更好的教书育人效果。

一种长时稳定的铅离子响应型脱氧核酶的合成与表征

脱氧核酶作为一类具有酶活性的功能核酸分子,以其不同于蛋白酶和核酶的结构优势而被广泛应用于生物传感等分析检测领域。但核酸结构易受生物酶降解,故而限制了脱氧核酶在该领域应用研究中的推进。化学修饰的方法可改善该问题,但仍存在修饰繁琐且价格昂贵等弊端。该文基于核酸结构改造,利用环形核酸结构的耐酶切能力,设计合成了一种环状结构的铅离子响应型脱氧核酶,并对其性能进行了表征。研究结果表明该环形脱氧核酶在外切酶样、自来水样以及75%胎牛血清(FBS)中具有比传统单链脱氧核酶更好的结构稳定性,其中在75%胎牛血清中稳定存在的时长达6h。此外,环形结构的引入也增强了脱氧核酶与底物序列的相互作用,进而影响基于环形脱氧核酶的生物传感器的信号表达,这一特性有望为脱氧核酶生物传感器的构建提供新思路。

柳叶湖水域沉积物中PAHs污染特征与潜在生态风险

该研究主要考察了柳叶湖及其毗邻水域表层沉积物中PAHs的含量分布,研究结果表明:16种优控PAHs的总含量在199~3 880 ng/g干重,其中荧蒽的平均含量最高(109 ng/g干重)。基于效应区间低值和效应区间中值的结果,沉积物中PAHs的污染将对底栖生物造成一定的影响;同时,通过皮肤接触途径可能对人体造成中度癌症风险,尤其是儿童。组成成分分析结果显示了沉积物中高分子量的4-环和5-环占据主导地位,而诊断比值分析结果暗示柳叶湖及毗邻水域沉积物中PAHs主要来源于生物质或煤的燃烧。因此,为了降低沉积物中PAHs的生态风险,应采取措施以减少秸秆燃烧以及利用更为清洁的能源取代煤。

基于烯胺酮中间体“一锅两步”法合成β-羰基砜衍生物

以苯乙酮为起始原料,采用"一锅两步"法制备了β-羰基砜衍生物。首先,在100℃下将苯乙酮衍生物与N,N-二甲基甲酰胺二甲基缩醛(DMF-DMA)反应生成活泼的烯胺酮中间体;随后,在80℃下加入甲苯为溶剂、以六水三氯化铁/叔丁基过氧化氢为催化氧化体系、磺酰肼为磺酰基来源,经历自由基加成、氧化、亲核取代反应,最终脱去N,N-二甲基甲酰胺得到终产物,以30%~64%的收率合成了18种具有不同取代基的β-羰基砜衍生物,采用1HNMR、13CNMR对终产物进行了结构鉴定。结果表明:该法具有良好的底物普适性,多种取代基团,如甲基、甲氧基、卤素、噻吩、呋喃和萘等都能顺利地发生转化得到相应的β-羰基砜衍生物。

水体中羟基自由基介导的三氯卡班氧化机制的量子化学研究

因羟基自由基引发的初始反应对于研究高级氧化过程中有机污染物的转化至关重要.本研究采用量子化学计算探究羟基自由基与三氯卡班加成与抽氢反应的机理,并利用ECOSAR软件预测并评价产物的生态毒性.结果表明,除C_(14)位点加成反应外,其它反应过程均为放热反应;反应活化自由能为6.55~23.5 kcal·mol^(-1),其中,最小值和最大值分别为C_(20)和C_(14)位点的加成反应;同时,C_(1)、C_(3)、C_(25)和C_(14)位点的加成反应与三氯卡班的脱氯或C—N的断裂存在协同.进一步动力学研究结果显示,加成与抽氢反应的总速率为2.27×10^(8)L·mol^(-1)·s^(-1),其中,速率最大和最小的反应分别为C_(20)(1.11×10^(8)L·mol^(-1)·s^(-1))和C_(14)(1.30×10^(-5)L·mol^(-1)·s^(-1))位点的加成,并且加成反应占主要通道(74.8%),尤以C_(20)位点的加成产物最为突出(49.0%),以上研究与平均局部离子化能计算结果相一致.生态毒性评价结果虽然表明加成反应可有效脱毒,但大部分产物对水生生物仍具有一定威胁.

可见光促进有机染料催化2-芳基吲哚自由基烷氧羰基化反应研究

以Rose Bengal为有机染料光催化剂,在可见光照射下发展了2-芳基吲哚结构的自由基烷氧羰基化反应构建酯基取代的吲哚[2,1-a]异喹啉酮骨架.在温和的条件下,能以良好到优秀的收率得到结构多样的吲哚[2,1-a]异喹啉酮类化合物.该方法具有反应条件温和、利用可见光为能量来源、无需金属催化剂和价廉易得的肼甲酸酯为酯基来源等优点,更加绿色环保.