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光电子协同微生物介导的重金属离子还原与电子转移机理

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化学进展 2017年第12期29卷 1537-1550页

作者：刘明学董发勤聂小琴丁聪聪何辉超杨刚西南科技大学生命科学与工程学院绵阳621010 固体废物处理与资源化教育部重点实验室绵阳621010 核废物与环境安全国防重点学科实验室绵阳621010

重金属污染是一个亟待解决的环境和社会问题。重金属元素在自然界常会形成各种价态的矿物,具有不同的理化性质,对重金属污染治理具有重要的参考意义。重金属离子价态的改变可通过微生物、电极电子及半导体矿物光电子传递与吸收实现。本... 详细信息

重金属污染是一个亟待解决的环境和社会问题。重金属元素在自然界常会形成各种价态的矿物,具有不同的理化性质,对重金属污染治理具有重要的参考意义。重金属离子价态的改变可通过微生物、电极电子及半导体矿物光电子传递与吸收实现。本文分析了微生物及其电化学系统、半导体矿物光电子与光电子协同作用对重金属离子的还原作用,从氧化还原电势角度分析了微生物及其电化学系统与光电子对重金属离子的还原机理。重点从微生物跨膜电子传递过程及分子网络角度阐述了微生物还原变价重金属离子的直接/间接电子传递途径、从微生物向电极的正/逆向电子传递与吸收利用角度揭示了微生物电化学系统与光电子协同微生物对重金属离子价态调控的机制。最后,提出了微生物、电极、半导体矿物与光在重金属价态调控中的作用网络与能量利用途径。可为进一步研究微生物胞外电子传递及微生物光电子利用与光电子协同微生物调控重金属离子价态及其环境治理提供参考。

关键词：重金属离子价态调控光电子电子转移微生物电化学系统

地表“矿物膜”半导体矿物光电子调控微生物群落结构演化特性研究

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地学前缘 2020年第5期27卷 195-206页

作者：任桂平鲁安怀李艳王长秋丁竑瑞兰州大学地质科学与矿产资源学院甘肃省西部矿产资源重点实验室甘肃兰州730000 北京大学地球与空间科学学院造山带与地壳演化教育部重点实验室/矿物环境功能北京市重点实验室北京100871

矿物-微生物交互作用广泛参与地球表层系统物质循环与能量流动过程,深刻地影响着一系列重要的地表生物地球化学进程。近年来地表半导体矿物的相关研究,为矿物-微生物交互作用提供了崭新研究方向,揭示地表"日光-半导体矿物-微生物"系统... 详细信息

矿物-微生物交互作用广泛参与地球表层系统物质循环与能量流动过程,深刻地影响着一系列重要的地表生物地球化学进程。近年来地表半导体矿物的相关研究,为矿物-微生物交互作用提供了崭新研究方向,揭示地表"日光-半导体矿物-微生物"系统电子传递过程及其环境效应,是地质微生物学交叉领域研究的核心科学问题之一。本研究从地表不同生境"矿物膜"出发,以光电化学技术证实喀斯特、红壤、岩石漆"矿物膜"在1000min长时间循环实验中平均光电流值约为5.4、3.4、3.2μA/cm^2,证实"矿物膜"良好日光响应特性且铁锰氧化物矿物在其中发挥核心作用。基于笔者前期研究所发现的"矿物膜"电活性菌富集且与半导体矿物分布呈正相关性这一现象,本文进一步构建模拟光电子红壤细菌群落系统,20天后细菌群落α多样性显著提升,研究证实细菌群落具有模拟光电子响应活性,且电极与溶液群落均具有演化方向性;16S rRNA测序分析表明模拟光电子作用下Shewanella、Pseudomonas、Streptococcus、Lactobacillus、Acinetobacter等电活性菌显著富集。综上,本文研究结果间接证实地表半导体矿物光电子可有效调控微生物群落结构并促进电活性菌在"矿物膜"中富集。

关键词：地表“矿物膜” 半导体矿物光电子电活性菌

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氖原子光电子角分布的理论计算

物理学报 2016年第8期65卷 84-93页

作者：马堃颉录有张登红董晨钟屈一至黄山学院信息工程学院黄山245041 西北师范大学物理与电子工程学院甘肃省原子分子物理与功能材料重点实验室兰州730070 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049

本文利用密度矩阵理论和Racah代数推导出了光电子角分布的一般计算公式,并在多组态Dirac-Fock方法基础上发展了计算原子光电离过程中产生的光电子角分布的相对论程序,利用该程序对氖原子2s和2p光电子角分布的偶极和非偶极参数进行了具... 详细信息

本文利用密度矩阵理论和Racah代数推导出了光电子角分布的一般计算公式,并在多组态Dirac-Fock方法基础上发展了计算原子光电离过程中产生的光电子角分布的相对论程序,利用该程序对氖原子2s和2p光电子角分布的偶极和非偶极参数进行了具体计算,所得结果与已有文献具有很好的一致性.在此基础上,本文讨论了光子与电子相互作用多级展开中的非偶极项以及入射光的极化性质对光电子角分布的影响.

关键词：光电子角分布非偶极效应极化

光电子和光生空穴对粪产碱杆菌代谢产物的影响

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微生物学报 2018年第4期58卷 538-545页

作者：孟繁斌董发勤刘明学王萍萍西南科技大学生命科学与工程学院四川省固体废物处理与资源化教育部重点实验室西南科技大学环境与资源学院四川绵阳621010

【目的】探讨光催化下纳米TiN对粪产碱杆菌代谢情况的影响。【方法】我们通过分别添加空穴捕获剂及电子捕获剂,使用三维荧光光谱分析比较光生空穴和光电子对粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis)生长代谢的不同作用。【结果】光照条件下,... 详细信息

【目的】探讨光催化下纳米TiN对粪产碱杆菌代谢情况的影响。【方法】我们通过分别添加空穴捕获剂及电子捕获剂,使用三维荧光光谱分析比较光生空穴和光电子对粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis)生长代谢的不同作用。【结果】光照条件下,空穴捕获剂组明显生成了较多的类腐殖质类物质,且比其他实验组有更强的NADH的荧光峰出现,峰强度是其他实验组的4到5倍。黑暗条件下,各实验组之间的代谢产物无明显变化。光照条件下的电子捕获剂组比黑暗条件下有更强的类蛋白质类荧光峰。【结论】本文首次报道光电子会促进粪产碱杆菌产生腐殖质类物质,且会产生更多的能量。光生空穴会促进粪产碱杆菌产生蛋白质类物质。

关键词：纳米TiN 光电子光生空穴粪产碱杆菌三维荧光

光电子响应微生物的筛选鉴定及生长代谢特征研究

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生物技术通报 2017年第4期33卷 205-213页

作者：向沙刘明学张格格罗浪魏红福董发勤西南科技大学生命科学与工程学院绵阳621010 固体废物处理与资源化教育部重点实验室绵阳621010

筛选可良好响应半导体光电子的微生物菌株,在矿物与微生物交互作用研究中应用前景广阔。从某铀尾矿土壤中,利用含有半导体材料Ti N营养成分1/2、1/4、1/8、1/10、1/50、1/100和1/1 000的培养基在光照条件下筛选出光电子响应的菌株;通过... 详细信息

筛选可良好响应半导体光电子的微生物菌株,在矿物与微生物交互作用研究中应用前景广阔。从某铀尾矿土壤中,利用含有半导体材料Ti N营养成分1/2、1/4、1/8、1/10、1/50、1/100和1/1 000的培养基在光照条件下筛选出光电子响应的菌株;通过形态特征、生理生化和分子系统学对菌株进行鉴定,并用紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱测试分析该菌株在光电子作用下生长情况以及蛋白质、腐殖酸等代谢产物的变化。结果显示,从土壤中筛选出一株对光电子具有较强响应效果的菌株Y-5,经鉴定为粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis)。该菌株在1/10底物浓度中由于营养丰富光电子作用并不明显,在1/50,1/100较低底物浓度中营养贫乏,光电子作用加速了该菌生长速率,代谢产物蛋白质、腐殖酸也相应增加。从土壤筛选得到的光电子响应微生物菌株粪产碱杆菌,光电子能促进其生长代谢。该方法在定向筛选光电子响应的菌株方面具有一定的可行性。

关键词：光电子粪产碱杆菌生长代谢蛋白质腐殖酸

光电子对粪产碱杆菌和沼泽红假单胞菌代谢的影响

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光电子对粪产碱杆菌和沼泽红假单胞菌代谢的影响

作者：孟繁斌西南科技大学

学位级别：硕士

自“光电能微生物”这一概念被提出以来,已有多种可以利用光电子促进自身生长的微生物被筛选出来。大量的研究证明,自然界存在的还原性物质可以捕获光催化反应产生的光生空穴,使光电子游离出来,同时,某些微生物分泌的黄素类、醌类等物... 详细信息

自“光电能微生物”这一概念被提出以来,已有多种可以利用光电子促进自身生长的微生物被筛选出来。大量的研究证明,自然界存在的还原性物质可以捕获光催化反应产生的光生空穴,使光电子游离出来,同时,某些微生物分泌的黄素类、醌类等物质可以作为电子穿梭体,使光电子进入细胞,参与物质循环和能量代谢,参与三羧酸循环。这种广泛存在的微生物和半导体矿物的相互作用在过去、现在以及未来,都对微生物的生长代谢产生着影响。毋庸置疑,在千万年的相互作用中,半导体矿物光电子对生命的演化起着举足轻重的作用。研究光电子对不同微生物的生长代谢的不同影响,探讨光电子对不同微生物作用机理的不同,这可以为生命演化的研究提供了一定程度的证据支持。本研究以半导体材料纳米Ti N为光催化材料提供光电子,以非光合细菌粪产碱杆菌和光合细菌沼泽红假单胞菌作为研究对象,模拟早期地球的寡营养条件,研究光电子对不同类型的微生物作用的不同。利用三维荧光技术和高效液相分析在光电子的作用下,粪产碱杆菌和沼泽红假单胞菌代谢产物的不同变化,探讨光电子对不同类型微生物代谢影响的不同。研究结果如下:（1）在光电子条件下,粪产碱杆菌有更短的适应期,能更好的适应寡营养条件,并且有更高的生长量。在稳定期时,光电子体系下产生了更多的N AD H,且在培养的后期生成了腐殖质,N AD H和蛋白质的含量也更多。这证明光电子可以促使粪产碱杆菌生成类腐殖质物质,并能提供微生物生长所需的能量和物质。而沼泽红假单胞菌在光电子条件下同样有较短的适应期,但在稳定期及培养的后期蛋白质的量无明显变化,只有N AD H的生成量略微增加,这证明光电子可以提高沼泽红假单胞菌对寡营养的适应性,但对其生长状况无明显影响。（2）光电子对粪产碱杆菌草酸、延胡索酸的合成没有明显的作用,但减少了苹果酸的消耗且能促进粪产碱杆菌对柠檬酸的合成,同时减弱了对琥珀酸的合成能力。而光电子对沼泽红假单胞菌的草酸、苹果酸、琥珀酸以及柠檬酸的合成均没有明显影响,但促进了沼泽红假单胞菌对延胡索酸的合成。这证明光电子参与粪产碱杆菌和沼泽红假单胞菌三羧酸循环的位置是不同的。本研究中,光电子进入粪产碱杆菌后介入三羧酸循环的主要通路是在苹果酸在苹果酸脱氢酶的作用下生成草酰乙酸和N AD H的阶段。苹果酸消耗的减少说明光电子促进了草酰乙酸的合成,而草酰乙酸的积累使柠檬酸含量增加,同时琥珀酸和延胡索酸的合成被抑制。而光电子进入沼泽红假单胞菌后主要作用在琥珀酸在琥珀酸脱氢酶作用下生成延胡索酸的通路上。（3）混合培养时,由于粪产碱杆菌的适应能力强、生长周期短在初期占据了主导地位,而沼泽红假单胞菌则在后期占据主导地位。在同时接种的实验中,空白实验组的生长趋势比T i N组要好,这与单独培养两种微生物时得到的结论不同。在不同时接种的实验中空白组和T i N组的趋势变化不明显,这与单独培养沼泽红假单胞菌的趋势相似。这说明,同时接种时,沼泽红假单胞菌生成了某些物质,这些物质可以促进粪产碱杆菌的生长,且促进的效果要远高于光电子的作用,同时粪产碱杆菌的某些代谢产物也可以促进沼泽红假单胞菌的生长,两者应为互利关系。

关键词：光电子粪产碱杆菌沼泽红假单胞菌三维荧光有机酸

Jet-like structures in photoelectron angular distributions

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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Chinese Physics B 2009年第11期18卷 4815-4822页

作者：王懿张敬涛任向河徐至展 State Key Laboratory of High-field Laser Physics Shanghai Institute of Optics and Fine MechanicsChinese Academy of Sciences Graduate School of Chinese Academy of Sciences

The photoelectron angular distributions (PADs) of hydrogen atoms in an intense laser field of linear polarization are studied using the S-matrix theory in the length gauge.The PADs show main lobes along the laser polarization and jet-like structures sticking from the waist of main lobes.Our previous prediction,based on a nonperturbative scattering theory of photoionization developed by Guo et al,showing that the number of jets on one side of PADs may increase by one,three,or other odd numbers and may decrease by one when one more photon is absorbed,is confirmed by this treatment.Within the strong-field approximation,good agreement is obtained between these two quite different treatments.We further study the influence of the Coulomb attraction to PADs,by taking a Coulomb–Volkov state as the continuum state of photoelectrons.We find that under the influence of the Coulomb attraction,the PADs change greatly but the predicted phenomena still appear.This study verifies that the jet-like structures have no relation with the angular momentum of photoelectrons.

关键词：分布结构光电子喷射多光子吸收强激光场线性极化矩阵理论激光偏振

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石墨烯基二维垂直异质结的制备及光电子器件

材料科学与工艺 2017年第3期25卷 1-12页

作者：戴明金高峰杨慧慧胡云霞胡平安微系统与微结构制造教育部重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150080 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150080

石墨烯和类石墨烯二维半导体材料因其独特的物理化学性质受到研究人员的广泛关注,将二者结合组成的石墨烯基二维垂直异质结近年来备受研究者的青睐.本文简要介绍了石墨烯基二维垂直异质结的基本概念和性质,综述了石墨烯基二维垂直异质... 详细信息

石墨烯和类石墨烯二维半导体材料因其独特的物理化学性质受到研究人员的广泛关注,将二者结合组成的石墨烯基二维垂直异质结近年来备受研究者的青睐.本文简要介绍了石墨烯基二维垂直异质结的基本概念和性质,综述了石墨烯基二维垂直异质结制备技术的最新进展情况,对比分析了不同制备方法各自的优缺点,总结了石墨烯基二维垂直异质结在光电子学器件应用的最新进展.最后对石墨烯基二维垂直异质结的研究和发展方向做了展望.

关键词：石墨烯二维材料异质结光电子

磷纳米材料的光学、光电子和光催化应用（英文）

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影像科学与光化学 2017年第5期35卷 587-602页

作者： Samuel Lascio 籍海峰 Department of Chemistry Drexel UniversityPhiladelphiaPA 19104USA

碳纳米结构的研究和发现鼓励科学家们寻找下一代多功能材料。过去几年中磷纳米材料吸引了人们的广泛注意。尽管对磷纳米材料的结构和性质的研究仍处于起步阶段,但预期磷纳米材料有许多独特的性质。在这篇综述中,我们总结了黑磷和红磷纳... 详细信息

碳纳米结构的研究和发现鼓励科学家们寻找下一代多功能材料。过去几年中磷纳米材料吸引了人们的广泛注意。尽管对磷纳米材料的结构和性质的研究仍处于起步阶段,但预期磷纳米材料有许多独特的性质。在这篇综述中,我们总结了黑磷和红磷纳米材料的一些光学和光电子应用,以及磷在光催化剂材料方面的作用。

关键词：光学光电子光催化剂黑磷赤磷纳米材料纳米结构纳米线 2D薄膜