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本征电场动态转换抗菌材料研究

本征电场动态转换抗菌材料研究

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ASTF2023（第五届）抗菌科学与技术论坛

作者：于鹏张哲琨宁成云华南理工大学材料科学与工程学院广东省金属材料表面功能化工程技术研究中心

细菌感染是组织修复材料发挥临床功效的一大威胁。目前组织修复材料研发重点仍集中于提高抗菌性能和组织修复性能两者之一,难以实现抗菌性能和组织修复性能的按需动态调控[1]。研发具有成骨和抗菌功能可转换特性的组织修复材料,有望解... 详细信息

细菌感染是组织修复材料发挥临床功效的一大威胁。目前组织修复材料研发重点仍集中于提高抗菌性能和组织修复性能两者之一,难以实现抗菌性能和组织修复性能的按需动态调控[1]。研发具有成骨和抗菌功能可转换特性的组织修复材料,有望解决感染性组织缺损难以治愈的临床难题。本研究通过将光电半导体氯氧化铋(BiOCl)和光响应聚吡咯(PPy)组装而成的BOC/PPy复合纳米片负载于海藻酸钠水凝胶,构建了具有近红外光热响应和可见光光电响应动态转换特性的纳米复合水凝胶用于感染组织修复。图1a显示BOC/PPy复合纳米片均匀负载于水凝胶中,图1b显示在白光照射下纳米复合水凝胶具有良好且稳定的光电流响应;在近红外光照射下,该纳米复合水凝胶表现出良好且稳定的光热效应[2]。体内细菌实验和细胞实验结果表明该纳米复合水凝胶可以响应近红外光产生光热效应快速消除细菌感染,并可以响应白光产生电信号促进血管生成以加速伤口愈合[2]。本研究为感染组织缺损修复提供了新思路。

关键词：本征电场抗菌成血管光响应

来源： cnki会议评论

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TeX/Y(X=C,Si,Ge;Y=P,As,Sb,Bi)二维异质结光催化水解析氢的第一性原理研究

TeX/Y(X=C,Si,Ge;Y=P,As,Sb,Bi)二维异质结光催化水解析氢的第一...

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作者：乔宁晗鲁东大学

学位级别：硕士

寻找环境友好、低成本和清洁可再生的能源是助力实现“碳达峰”、“碳中和”目标的基础。氢能作为优质的清洁能源,在我国能源转型中具有极高战略价值。太阳能光催化分解水作为制取氢气的理想方案有望成为未来氢能供应体系的主要制氢方... 详细信息

寻找环境友好、低成本和清洁可再生的能源是助力实现“碳达峰”、“碳中和”目标的基础。氢能作为优质的清洁能源,在我国能源转型中具有极高战略价值。太阳能光催化分解水作为制取氢气的理想方案有望成为未来氢能供应体系的主要制氢方法。半导体光催化剂能否高效利用太阳光是提高光催化水解析氢效率的决定性因素,因此探索新型半导体光催化剂成为近年来物理、化学和能源等学科的前沿热点。在光催化领域二维半导体材料具有优势,特别是存在真空能级差异的新型二维材料,能够突破带隙限制的同时满足光催化水解析氢条件从而提高太阳能转氢率,为高效光催化剂的进一步发展提供了可能性。因此在本文中,设计了Te X(X=C,Si,Ge)单层以及Te X/Y(X=C,Si,Ge;Y=P,As,Sb,Bi)异质结的几何结构,基于第一性原理研究它们的光催化机理以及利用太阳光驱动水分解析氢的性能,为高效光催化剂的实验制备提供理论指导。主要包括以下研究内容:1.构建了仅含两原子层且z方向具有不对称构型的Te X(X=C,Si,Ge)单层的几何结构,分别通过声子色散曲线和从头算分子动力学模拟确认了其动力学和热力学稳定性。采用HSE06杂化泛函的方法计算了能带结构、态密度、带边位置、真空能级以及光吸收。利用差分电荷密度和Bader电荷分析证实了结构的本征电场,根据两表面的真空能级以及带边位置,得到光催化水解析氢方案。同时结合电荷密度分布进一步确定最优方案,通过计算太阳能转氢率评价这些单层的光催化性能。结果显示具有2.01 e V间接带隙的Te C单层,在最优光催化水解析氢方案下符合全光解水的带边位置要求。由于单层两表面不同的真空能级改变了各表面的氧化还原电位,以较小的带隙获得了较大的过电位实现了较高的太阳能转氢率。而TeSi和Te Ge单层价带顶未能满足析氧反应所需要的条件,进一步考虑了应变工程对于三种结构性质的影响。超过2%和1%的拉伸应变分别可以使TeSi、Te Ge单层满足全光解水的要求。应变工程还可以减小带隙提高太阳能转氢率,Te C和TeSi单层在拉伸应变分别为8%和20%时太阳能转氢率达到32.74%和22.09%,均超过了传统单一真空能级单层的理论极限17.51%。计算得到的Te C、TeSi和Te Ge单层的吉布斯自由能为0.7619—1.4802 e V,属于已被实验所证实可实现的析氢反应的范围之内,因此由这三种单层驱动的太阳能光催化分解水析氢在热力学上是可行的。这些计算结果表明新发现的三种单层,特别是Te C单层,是开发高效太阳能光催化析氢光催化剂的良好候选材料。2.采用HSE06杂化密度泛函计算研究了Te X(X=C,Si,Ge)单层与第五主族元素P、As、Sb、Bi单层构建的Te X/Y(X=C,Si,Ge;Y=P,As,Sb,Bi)范德华异质结的光催化全光解水析氢机理和性能。设计Te X/Y异质结的几何构型时,考虑了Te X/Y异质结的总共36种堆叠构型。根据晶格优化和能量稳定性,II型能带排列,合适的带边位置等标准对异质结进行筛选和研究。其中通过计算结合能确定异质结的能量稳定性,计算电子结构性质判断异质结的能带排列类型,通过Bader电荷分析以及差分电荷密度确定异质结的内建电场,根据异质结直接Z方案光催化水解析氢条件和电子结构共同确定发生析氢析氧反应的带边位置,并计算了符合全光解水带边要求的8种异质结太阳能转氢率。选择太阳能转氢率最高的TeSi/P-Ι和TeSi/As-Ⅱ构型异质结进行详细全面的分析和进一步研究。利用从头算分子动力学模拟确认了两种异质结的热力学稳定性。从TeSi/P-Ι和TeSi/As-Ⅱ异质结中分离出的各单层的光吸收较孤立单层在可见光区具有增强的光吸收。同时TeSi/P-Ι和TeSi/As-Ⅱ异质结的析氢反应吉布斯自由能分别为0.18和1.48 e V,有利于在实验中实现析氢反应。结合TeSi/P-Ι和TeSi/As-Ⅱ异质结分别为16.84%和27.76%的较高太阳能转氢率,高于前一研究内容中的Te C单层(TeSi单层不满足光催化水解析氢条件)的13.38%,说明构建异质结的方式的确可以提升光催化性能。表明TeSi/P-Ι和TeSi/As-Ⅱ异质结均为有潜力的光催化剂候选者。

关键词：第一性原理太阳能转氢率吉布斯自由能本征电场直接Z方案异质结

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电场对介质阻挡放电内单位体积离子电子对产生率的影响

电场对介质阻挡放电内单位体积离子电子对产生率的影响

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中国物理学会第十九届全国静电学术会议

作者：周建刚大连大学物理科学与技术学院

介质阻挡放电内的总场强Eg是由外加场强Eext和空间电荷产生的本征电场Eloc两部分组成的。正常运行时,本征电场Eloc已接近或超过了外加场强Eext。本文从宏观角度、平均的角度对介质阻挡放电单位体积内离子电子对产生率进行了分析。在做... 详细信息

介质阻挡放电内的总场强Eg是由外加场强Eext和空间电荷产生的本征电场Eloc两部分组成的。正常运行时,本征电场Eloc已接近或超过了外加场强Eext。本文从宏观角度、平均的角度对介质阻挡放电单位体积内离子电子对产生率进行了分析。在做了适当的假设后,从理论上得到了它与总场强Eg关系的具体表达式。Eg的影响对主要表现在使放电通道的增多和使每个放电通道内电子数密度的增大;但精确定量的关系还未做出。

关键词：介质阻挡放电外加场强本征电场放电通道离子电子对产生率

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