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兼具特殊润湿性与光热效应的水净化复合材料研究进展

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复合材料学报 2024年

作者：张志伟刘浩钥井一凡刘冬志陈诚新疆大学新疆大学特色纺织品与清洁染整技术重点实验室新疆智能与绿色纺织重点实验室新疆环疆绿源环保科技有限公司

当前全球水资源污染，淡水短缺问题日益严重，针对海水、苦咸水、工业废水及生活污水等非常规水资源净化再利用的研究显得尤为迫切，而利用特殊润湿性与光热效应协同作用为非常规水资源净化提供一种行之有效、绿色低碳的解决策略。本文... 详细信息

当前全球水资源污染，淡水短缺问题日益严重，针对海水、苦咸水、工业废水及生活污水等非常规水资源净化再利用的研究显得尤为迫切，而利用特殊润湿性与光热效应协同作用为非常规水资源净化提供一种行之有效、绿色低碳的解决策略。本文首先概括常规水净化材料研究现状，明确当前技术的优劣与挑战，随后系统论述单一特殊润湿性材料与光热转换材料在水净化领域的作用机制及研究进展，深入解析特殊润湿性及光热效应在水净化应用层面的协同增效机制及工作原理，剖析二者的协同作用在太阳能利用、水净化效益、可持续性能以及应用场景等方面的优势，总结分析超浸润光热复合材料在水净化领域的应用现状。最后，对超浸润光热复合材料在水净化领域中现有的局限性和未来的前景进行阐述与展望。

关键词：特殊润湿性光热效应水净化超浸润光热复合材料表界面材料

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基于光热效应的纳米塑料捕获和SERS检测

光学学报 2022年第16期42卷 186-193页

作者：黄向民施慧赵航马君史晓凤中国海洋大学青岛市光学光电子重点实验室山东青岛266100

为了解决目前水中纳米塑料颗粒难以富集和检测的问题,基于金(Au)纳米粒子和聚苯乙烯(PS)纳米粒子的混合流体,使用自搭建的光操控-显微拉曼系统实现了PS纳米粒子的光热效应捕获和检测,并研究了混合流体中PS纳米粒子的光热效应及表面增强... 详细信息

为了解决目前水中纳米塑料颗粒难以富集和检测的问题,基于金(Au)纳米粒子和聚苯乙烯(PS)纳米粒子的混合流体,使用自搭建的光操控-显微拉曼系统实现了PS纳米粒子的光热效应捕获和检测,并研究了混合流体中PS纳米粒子的光热效应及表面增强拉曼散射(SERS)信号增强效果。结果显示,PS纳米粒子(80 nm)的运动速度受到金纳米粒子粒径和浓度的影响,随着时间的增加光热阱中会形成直径为30μm的Au-PS聚集体。PS纳米粒子的SERS信号强度在聚集体内比金溶胶基底提高了7倍,并且密度随着聚集体半径的扩展先增加后减小。该方法实现大量PS纳米粒子的光热效应捕获和SERS检测,显著提高PS纳米粒子的SERS信号强度并且降低了检测限。该方法在纳米器件自组装、环境污染监测等方面具有极大的应用潜力。

关键词：表面光学光操控光热效应纳米塑料金纳米粒子表面增强拉曼散射

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基于纳米金针尖增强的亚表层光热效应研究

工程热物理学报 2023年第5期44卷 1323-1329页

作者：方宇欣陈熠新岳亚楠武汉大学动力与机械学院武汉430072

金纳米针尖激发的光场增强和光热效应在材料表面加工和激光辅助制造方面应用前景广泛,但其能量产生和转化机制的理论分析却鲜见展开。本文通过数值模拟研究了金纳米针尖与光相互作用的光场增强和光热效应。首先研究了独立金针尖的近场... 详细信息

金纳米针尖激发的光场增强和光热效应在材料表面加工和激光辅助制造方面应用前景广泛,但其能量产生和转化机制的理论分析却鲜见展开。本文通过数值模拟研究了金纳米针尖与光相互作用的光场增强和光热效应。首先研究了独立金针尖的近场增强与入射波长和入射角度的关系。在波长为532 nm的平行光照射下,距离针尖表面10 nm处最大的电场增强高达约66倍。在针尖下方设置硅基底,针尖与硅基底的间隙中出现更强的光场增强,同时在硅基底的亚表层中产生热源。当入射光的功率密度为2×10^(7)W/m^(2)时,该热源的能量密度高达3×10^(15)W/m^(3)。在针尖下方设置单层石墨烯,增强效应形成的纳米尺度热源可以穿透单层碳原子使石墨烯被加热55倍。

关键词：金纳米针尖光学增强亚表层光热效应

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氮硫共掺杂荧光碳点的光热效应研究

光谱学与光谱分析 2023年第S1期43卷 279-280页

作者：翟子卓吕勇强齐红霞董锡鹏康羽张普敦北京化工大学化学学院分析测试中心北京100029

碳点具有合成简单、光学性能良好、生物相容性优异以及制备成本低廉等优点。本工作以柠檬酸为碳源,硫脲为氮源和硫源,用溶剂热法合成了氮硫共掺杂碳点。制备的碳点具有蓝色荧光,且展现出高的光热转换能力,其光热转换效率达40.86%,可同... 详细信息

碳点具有合成简单、光学性能良好、生物相容性优异以及制备成本低廉等优点。本工作以柠檬酸为碳源,硫脲为氮源和硫源,用溶剂热法合成了氮硫共掺杂碳点。制备的碳点具有蓝色荧光,且展现出高的光热转换能力,其光热转换效率达40.86%,可同时作为光敏剂和光热剂使用。

关键词：碳点氮硫共掺杂荧光光热效应

具有光热效应的铁基尖晶石型双功能催化剂的设计、制备及性能研究

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具有光热效应的铁基尖晶石型双功能催化剂的设计、制备及性能研究

作者：郭文改温州大学

学位级别：硕士

日益严重的能源和环境问题促使能源转型成为一个必然过程。锌-空气电池（ZABs）作为新型的能源储存和转换装置引起人们广泛的关注。设计高效实用的双功能氧催化剂以加速电极催化反应动力学对于构建高能量密度和低成本的可充电ZABs具有... 详细信息

日益严重的能源和环境问题促使能源转型成为一个必然过程。锌-空气电池（ZABs）作为新型的能源储存和转换装置引起人们广泛的关注。设计高效实用的双功能氧催化剂以加速电极催化反应动力学对于构建高能量密度和低成本的可充电ZABs具有重要意义。目前,催化剂性能的提高是基于催化剂的筛选和改性来实现,然而其性能仍无法满足实际应用需求。为此,本论文报道了一种通过光热效应显著提高催化剂双功能电催化性能的新策略。本文具体的主要研究内容如下:1.利用原子转移自由基聚合（ATRP）合成一系列的配体聚丙烯酸-聚乙烯（PAA-b-PS）,以乙酸锰(Mn（Ac）)、三乙酰丙酮铁(Fe（acac）)作为金属前驱体通过溶剂热法合成系列铁酸锰（Mn FeO）纳米粒子,将Mn FeO纳米粒子与碳材料复合作为活性位点和光热元件。实验结果表明,在近红外灯照射下（NIR）,在0.1 M KOH的碱性电解液中,Mn FeO的起始电位(E=0.887 V vs RHE)、半波电位(E=0.80 V vs RHE)以及抗甲醇性能和稳定性均证明该材料拥有良好的氧还原（ORR）催化性能。同时,材料展现出良好的氧析出（OER）催化性能,其在10 m A/cm的电流密度下,在NIR下电势降低到1.61 V（vs RHE）,且表现出良好的稳定性。基于ORR/OER的优良性能构建了高性能的液相及柔性ZABs。在NIR灯照射下,液相ZABs的功率密度达到了180 m W/cm,容量密度达到865.94 m Wh/g,并且在充放电500圈（充电10 min,放电10 min）后,基本保持不变,表现出良好的稳定性。以Mn FeO为空气阴极将其组装成柔性ZABs,其功率密度达到了67 m W/cm。2.为了进一步提高反尖晶石型纳米材料的OER/ORR催化性能,在上述的基础上引入了镍前驱体,通过构建三金属相互协作进而提高其催化性能。探究镍前驱体的负载量以及杂原子掺杂对其的影响。实验结果表明,在NIR光照射下,负载三元尖晶石复合纳米材料的电极瞬间局部升温,同时双功能催化性能显著提高（△E=0.61 V）。同时,以三元尖晶石复合纳米材料(NiMnFeO/N-KB)为空气阴极的液相ZABs具有优异的最大功率密度（299 m W/cm）、循环寿命（5000圈）和稳定性（不同电流密度下的循环）。以NiMnFeO/N-KB为空气阴极的柔性ZABs具有良好的温度适应性（低温运行）和柔韧性（不同程度的弯曲可以正常工作）,在实现可穿戴方面具有广阔的应用前景。

关键词：锌-空气电池光热效应配体法双功能电催化剂

基于光热效应的便携式免疫传感器在疾病标志物检测中的应用

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基于光热效应的便携式免疫传感器在疾病标志物检测中的应用

作者：魏洁福建师范大学

学位级别：硕士

疾病标志物作为临床检测恶性疾病的特异性指标,准确检测其含量对于多种疾病的早期诊断和预后都具有重要意义。便携式免疫传感器可通过快速简单的操作得到检测结果,且其适用范围广、不受检测场所的限定,在一些疾病的早期筛查和监控等方... 详细信息

疾病标志物作为临床检测恶性疾病的特异性指标,准确检测其含量对于多种疾病的早期诊断和预后都具有重要意义。便携式免疫传感器可通过快速简单的操作得到检测结果,且其适用范围广、不受检测场所的限定,在一些疾病的早期筛查和监控等方面都展示出巨大的应用潜力。基于光热效应的分析方法是通过在近红外光源下辐照具有光热效应的材料,它们可以将吸收的光能转化为热信号来实现对物质的定量分析过程,该检测方法具有灵敏度高、响应快、应用简便等优势。因此,为了进一步提高疾病诊断的准确度和灵敏度,本文将光热效应与便携式免疫传感器相结合,主要探究了光热效应在信号放大、分析装置的构建和多种信号模式的转导等方面的应用,因此构建了光热效应诱导的多模式分析平台并应用于多种疾病标志物的实际检测过程。具体的研究内容如下:1.本章构建了一个基于光热效应促进HO分解从而引起压力变化的生物传感平台,以光热材料NbC MXene纳米片为多功能信号探针,以压力变化作为检测信号,来实现对白细胞介素6（IL-6）的灵敏检测。本工作首次提出了用光热材料NbC MXene加速分解HO的方法,并将光热效应放大的气压变化作为传感信号,实现了对IL-6的定量分析。不仅为光热材料协同压力信号构建新型免疫传感器提供了新思路,而且拓展了压力型传感器在生物传感领域的应用。2.本章设计了一种压力介导的多功能分析装置。以FeO@TiC MXene复合材料作为比色-光热探针,探针与K[Fe（CN）]等物质反应后产生的颜色变化可以作为比色信号。同时探针的光热效应会引起微流控装置内压力的升高,进而诱导检测区中指示剂的移动产生与剂量相关的距离和重量变化作为多重输出信号,为目标物脂解刺激型脂蛋白受体（LSR）的多样化检测提供更为直接有效的分析方法。本工作首次提出了距离和重量信号作为气压定量的分析方法。同时这种集成式、小型化的便携分析装置还具有操作简单和成本低等优势,易于在资源有限的地区推广和发展,也拓宽了光热效应在即时检测领域的应用范围。3.本章在比色检测的基础上,为了实现灵敏检测分层蛋白（SFN）目标物,提出了一种基于数字万用表的免疫传感检测系统。MnCa O纳米材料不仅是理想的漆酶模拟物,还是具有良好光热转化性能的材料。因此,本章选择MnCa O作为多功能型探针材料,在近红外光的作用下对酶生物燃料电池（EBFCs）中的开路电压实现信号调控。为了进一步增强EBFCs的电化学性能,通过引入与其参数匹配的电容器来获得一个由数字万用表容易读出的瞬时电流。同时以另外两端的比色输出作为辅助的半定量和可视化手段,从而明显提高了分析结果的准确性并使其具有更佳的临床参考价值,为早期癌症的诊断提供了一种新策略。

关键词：光热效应信号放大便携式检测疾病标志物多信号检测

纳米金棒光热效应对下咽癌Fadu细胞的影响

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纳米金棒光热效应对下咽癌Fadu细胞的影响

作者：王晓雨昆明医科大学

学位级别：硕士

[目的]本实验以人咽鳞状细胞癌Fadu肿瘤细胞为研究对象,在实验中探索EGFRmAb-AuNRs靶向光热作用对下咽癌恶性肿瘤细胞的生物学行为的影响。[方法]本实验采用mAb-EGFR功能化修饰的纳米金棒在近红外激光的照射下诱导人下咽癌Fadu细胞焦亡... 详细信息

[目的]本实验以人咽鳞状细胞癌Fadu肿瘤细胞为研究对象,在实验中探索EGFRmAb-AuNRs靶向光热作用对下咽癌恶性肿瘤细胞的生物学行为的影响。[方法]本实验采用mAb-EGFR功能化修饰的纳米金棒在近红外激光的照射下诱导人下咽癌Fadu细胞焦亡;采用激光共聚焦显微镜记录不同处理方案下Fadu细胞形态的变化及流式细胞仪,乳酸脱氢酶（Lactic dehydrogenase,LDH）法,ELISA法,CCK8法、Western blotting法观察Fadu肿瘤细胞的焦亡情况。所有数据采用SPSS21.0进行分析。实验数据符合正分布的多组计量资料比较采用单因素方差分析,组间多重比较用LSD-t法,两组计量资料使用独立样本t检验。不符合正态分布的使用非参数检验,P＜0.05表示差异有统计学意义。[结果]激光共聚焦显微镜下观察,EGFR-mAb功能化修饰的纳米金在近红外激光作用下,Fadu细胞发生了焦亡;经过流式细胞仪检测,不同处理方式下,细胞发生不同程度的焦亡,经过SPSS21.0软件对数据分析处理后得出,不同处理组中Fadu细胞焦亡率有统计学意义（P＜0.05）,且EGFR-mAb功能化修饰的纳米金在近红外激光作用处理组的Fadu细胞焦亡率明显高于其他处理组;ELISA法检测细胞焦亡时所释放的IL-1β、IL-18含量,通过计算可以得知不同处理组细胞焦亡时所释放的IL-1β、IL-18含量有统计学意义（P＜0.05）,且经过EGFR-mAb功能化修饰的纳米金棒在近红外激光作用下的Fadu细胞焦亡时所释放的IL-1β、IL-18含量远超过其他实验组;乳酸脱氢酶（Lactic dehydrogenase,LDH）法检测不同实验组LDH活性值,经过SPSS数据分析软件分析后得出,不同处理方式,细胞LDH活性有统计学意义（P＜0.05）,在EGFRmAb-AuNRs靶向光热作用下,细胞LDH活性明显增加。CCK-8法检测结果显示,不同处理方式细胞活力有显著差异性（P＜0.05）,且经功能化修饰的纳米金棒在近红外激光作用下,下咽癌Fadu细胞活力明显降低。Western blotting法测定焦亡关键蛋白caspase-3、GSDME含量,结果提示,功能化修饰的纳米金棒在近红外激光作用组caspase-3、GSDME蛋白含量与其他处理组有统计学意义（P＜0.05）,且caspase-3、GSDME蛋白含量明显高于其他处理组。[结论]在一定条件下,EGFR-mA功能化修饰的纳米金靶向光热效应会诱导人下咽癌Fadu细胞发生焦亡,抑制下咽癌Fadu细胞活性,其机制可能与上调caspase-3、GSDME蛋白的表达相关。

关键词：下咽癌 Fadu细胞细胞焦亡纳米金光热效应

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Au纳米颗粒光热效应液滴彩虹测量

Au纳米颗粒光热效应液滴彩虹测量

作者：赵一轩西安电子科技大学

学位级别：硕士

金纳米颗粒与特定波长入射光波相互作用产生局域表面等离激元共振效应时,具有强烈的光吸收特性,可将光能高效转换成热能。溶液环境下金纳米颗粒光热特性的评估,由于实验过程中热交换系统的影响和温度测量精度有限而有待改进。液滴法由... 详细信息

金纳米颗粒与特定波长入射光波相互作用产生局域表面等离激元共振效应时,具有强烈的光吸收特性,可将光能高效转换成热能。溶液环境下金纳米颗粒光热特性的评估,由于实验过程中热交换系统的影响和温度测量精度有限而有待改进。液滴法由于其实验过程中仅需要少量样品,散热模型简单,光热升温效果明显,可有效提高光热转换效率测量精度。基于球形液滴激光彩虹分布可同时高精度测量其折射率(温度)和直径。本文基于液滴彩虹理论,系统分析研究最佳的实验条件,使用激光彩虹绝对测量方法和相对测量方法,并考虑液滴蒸发过程对测量结果的影响,开展液滴折射率及直径的高精度测量研究。本文首先建立了液滴升温过程中折射率及直径随时间变化模型,基于该模型,利用激光彩虹绝对测量方法系统仿真分析了彩虹角度范围及数据点数对液滴直径及折射率直接测量精度的影响。研究结果表明,对于直径2 mm左右的球形液滴,当彩虹信号角宽度为5°时直径反演结果误差约0.15%,折射率反演精度小于10,对应温度探测精度约为0.3℃。同时利用激光彩虹相对测量方法分析研究了液滴升温及液滴蒸发对彩虹信号Ripple结构相位变化的影响。结果表明,直径变化量测量精度可达约0.01μm,折射率变化量测量精度小于10,对应温度测量精度约0.05℃。上述仿真分析为后续实验条件的设置提供理论基础。在理论仿真分析的基础上搭建激光彩虹实验系统,开展液滴彩虹法金纳米颗粒溶液光热升温及光热转换效率测量研究。对直径为60 nm金纳米球形颗粒溶液液滴进行实验,将折射率及直径的直接测量及其变化量的相对测量方法结合,同时去除升温过程中液滴蒸发带来的影响,以准确表述金纳米颗粒溶液光热过程中温度及直径变化情况。实验结果表明,室温20℃、加热激光功率300 m W、浓度为2.04×10个/cm的金纳米颗粒溶液液滴光热升温最高温度可达53℃,对应光热转换效率为67%;且相同实验条件下,随着加热激光功率和溶液浓度的增大,金纳米颗粒溶液的升温幅度增大。本文根据相关仿真结果优化了金纳米颗粒溶液光热效应激光彩虹实验条件,同时引入激光彩虹相对测量方法,并与绝对测量方法相结合,验证了彩虹测量方法的可靠性,并提高了测量精度。考虑实验过程中的测量误差,温度测量精度可达0.1℃,为不同纳米颗粒光热特性评估提供一种可靠的测量方法。

关键词：金纳米颗粒光热效应激光彩虹测量

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聚多巴胺光热效应介导的光激活嗜热全菌催化

聚多巴胺光热效应介导的光激活嗜热全菌催化

作者：李奇思浙江理工大学

学位级别：硕士

工业化发展需要加速“绿色化”的步伐,如何从化学反应环节有效解决污染难题,推动绿色催化技术的发展,已成为化学相关工业研究领域的重中之重。生物催化是推动化学工业走向绿色化的一种重要途径。相较于纯酶催化苛刻的生产条件、繁琐的... 详细信息

工业化发展需要加速“绿色化”的步伐,如何从化学反应环节有效解决污染难题,推动绿色催化技术的发展,已成为化学相关工业研究领域的重中之重。生物催化是推动化学工业走向绿色化的一种重要途径。相较于纯酶催化苛刻的生产条件、繁琐的分离过程及高昂的纯化成本,以表达有酶的细菌整体作为催化剂的全菌催化有更高的环境耐受性和使用经济性。与纯酶催化类似,全细胞催化剂的活性也很大程度上受到温度的影响。大多数酶的最适温度高于室温,部分噬热酶甚至最适温度达六七十度,需要加热处理才能获得最佳的催化活性。传统的电热加热方式存在能源消耗的问题,同时也无法满足生物催化剂在体内治疗和其他生物医学等特殊应用中的精确温度控制。鉴于此,本论文利用黑体材料的光热特性,构建不同的光热体系,将光能高效的转换为热能以促进全菌催化反应。具体研究内容包括:1、以具有高光热转换效率以及生物相容性的聚多巴胺(PDA)作为包裹层,利用多巴胺自聚合策略,构建PDA包裹的全菌催化剂。利用PDA对近红外光以及太阳光的光热转换作用,可对表达嗜热β-葡萄糖苷酶全菌催化活性起到促进作用。在包覆PDA的大肠杆菌(OD=0.2)的催化体系中,使用808 nm近红外光在1 W的功率下照射10 min,催化体系温度可升至60℃,催化效率相较于无光照时提升了15倍。同时,该体系在太阳光照射10 min后,温度高于60℃,催化活性提升了10倍。该体系也可参与酶的级联反应,并在光辅助下加速级联反应速率,为嗜热全菌催化在复杂环境中的应用扩宽思路。2、为进一步实现光辅助的嗜热全菌催化的便捷性,本工作选用多孔聚氨酯泡沫(PU)作为载体,并在其上负载PDA材料,成功构建了便捷且可循环使用的多孔微加热器(PU@PDA)。PU@PDA泡沫具有良好的光热效应,其在850 nm的近红外光0.301 W·m的条件下照射,温度可在2 min内达到80℃。相较于无PDA的PU催化体系,在近红外光照射30 min活性可提升40倍左右。与此同时,在近红外光以及太阳光照射下,PU@PDA的产生的热效应对嗜热全菌催化具有良好的促进作用。

关键词：嗜热全菌催化 β-葡萄糖苷酶光热效应聚多巴胺多孔聚氨酯泡沫