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机器学习辅助的纳米催化反应动力学研究进展

硅酸盐学报 2023年第2期51卷 510-519页

作者：林博张双哲李白周川李磊南方科技大学材料科学与工程系深圳市微纳多孔功能材料重点实验室广东深圳518055

动力学模拟是催化反应动力学研究的重要手段之一,有助于理解催化反应的内在机理,对于设计高效稳定的纳米催化剂十分重要。基于经验力场的经典分子动力学计算速度快,但计算精度有限。基于第一性原理的分子动力学方法精度高,但计算速度慢... 详细信息

动力学模拟是催化反应动力学研究的重要手段之一,有助于理解催化反应的内在机理,对于设计高效稳定的纳米催化剂十分重要。基于经验力场的经典分子动力学计算速度快,但计算精度有限。基于第一性原理的分子动力学方法精度高,但计算速度慢,难以大规模实施。近年来,机器学习力场(MLFF)方法被广泛应用于势能面的开发,基于MLFF的分子动力学(MLFF MD)方法兼顾计算速度与准确性,为催化反应动力学研究带来了新契机。本文首先回顾了MLFF势能面构造的主要方法,对基于对称函数的描述符设计原理和以嵌入式网络为基础的描述符构建方法进行了阐述,展示了MLFF MD方法应用于催化剂结构/组分演变和催化反应过程动力学模拟中的最新进展,进一步展望了MLFF在长时动力学模拟中所面临的挑战。

关键词：机器学习力场纳米催化反应动力学分子动力学

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纳米催化耦合超滤深度处理工业废水性能研究

纳米催化耦合超滤深度处理工业废水性能研究

作者：秦国钊南京理工大学

学位级别：硕士

以化工为代表的污染密集型工业园区的废水深度处理已成为我国环境生态领域的迫切需求。高级氧化与膜分离技术及其组合是当前的主流工艺。针对纳米催化和膜分离领域面临的粉末催化剂分离回收难及膜污染严重的技术挑战，本论文提出了构建... 详细信息

以化工为代表的污染密集型工业园区的废水深度处理已成为我国环境生态领域的迫切需求。高级氧化与膜分离技术及其组合是当前的主流工艺。针对纳米催化和膜分离领域面临的粉末催化剂分离回收难及膜污染严重的技术挑战，本论文提出了构建非均相纳米催化耦合超滤体系（NC@UF）并开展其对工业园区污水处理厂二级出水深度处理的研究设想。以模拟酚类工业废水和实际工业园区污水处理厂二级出水为处理对象，选用过一硫酸钾（PMS）为氧化剂，以Co3O4/C@SiO2为活化PMS纳米催化剂，以废水化学需氧量（COD）、总有机碳（TOC）、UV254、特征污染物和三维荧光等为指标，考察纳米催化耦合超滤体系（NC@UF）对废水的处理效能。以纳米催化剂活化PMS、纳米催化串联超滤体系（NC/UF）为对照，研究了NC@UF强化去除污染物及膜污染控制内在机制。主要内容如下：　　在模拟废水实验中，纳米催化剂活化PMS有助于降低COD、TOC、UV254以及荧光组分，且有机物与特征污染物的去除与投加浓度成正相关。通过NC/UF和NC@UF实验对比发现，对模拟废水中COD、TOC、UV254，NC@UF去除效果最大提升分别为9.02%、8.00%和10.83%;在去除酚类特征污染物中NC@UF去除效果优于NC/UF;同时NC@UF呈现出较低的比通量下降比与较优的通量恢复率。NC@UF中膜通量恢复更佳是因为附着在膜表面的纳米催化剂可降解膜表面有机污染层，使得膜通量恢复更具有优势。　　为了深入探究NC@UF对二级出水去除效果和膜污染问题，以单独超滤膜、NC/UF作为对比，对二级出水中COD、TOC、UV254指标进行去除，NC@UF出水浓度分别为32.01 mg/L、20.85 mg/L和0.16 cm-1，较NC/UF分别提升了11.19%、11.41%和17.50%;NC@UF的膜表面会有一层薄的纳米催化剂，出水时有机物的二次氧化降解，显著增强了有机污染物的去除效率。NC@UF长期运行中出水水质稳定，并且出水中特征污染物低于检测限。在超滤膜膜通量变化中，NC@UF的膜通量下降幅度为28%，远远低于NC/UF的39%，是因为部分纳米催化剂附着在膜表面，将膜表面的污染层降解，使得比通量下降幅度小和膜通量恢复率高。NC@UF出水指标均符合《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T 18921）;在进一步提高纳米催化剂浓度下，出水水质指标可符合《城市再生水回用——工业用水水质标准》（GB/T19923）。　　论文以NC@UF为主体，与纳米催化活化PMS和NC/UF做对比，系统的研究了纳米催化耦合超滤体系处理二级出水效能以及膜污染控制，研究结果可以为废水深度处理技术与回用提供思路。

关键词：工业废水纳米催化超滤深度处理水质标准

金属-有机框架纳米催化药物在化学动力学中的应用

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Science China Materials 2020年第12期63卷 2429-2434页

作者：高书涛韩宇樊淼李振华葛昆梁兴杰张金超 College of Science Hebei Agricultural UniversityBaoding 071001China College of Chemistry&Environmental Science Chemical Biology Key Laboratory of Hebei ProvinceKey Laboratory of Medicinal Chemistry and Molecular Diagnosis of the Ministry of EducationInstitute of Life Science and Green DevelopmentHebei UniversityBaoding 071002China CAS Key Laboratory for Biological Effects of Nanomaterials and Nanosafety National Center for Nanoscience and TechnologyBeijing 100190China

化学动力学疗法是一种基于芬顿或类芬顿反应原理的肿瘤纳米催化治疗方式,已成为一种极具发展潜力的肿瘤治疗策略.金属-有机框架材料,因具有比表面积大、孔隙度高、负载能力强、酸响应性能好等优点,已被用于合成各种纳米催化药物.本文总... 详细信息

化学动力学疗法是一种基于芬顿或类芬顿反应原理的肿瘤纳米催化治疗方式,已成为一种极具发展潜力的肿瘤治疗策略.金属-有机框架材料,因具有比表面积大、孔隙度高、负载能力强、酸响应性能好等优点,已被用于合成各种纳米催化药物.本文总结了近年来基于金属-有机框架材料的纳米催化药物的设计、合成策略,分析并展望了其用于肿瘤化学动力学治疗所面临的问题和未来的发展趋势.

关键词：化学动力学纳米催化负载能力响应性能框架材料合成策略发展潜力肿瘤治疗

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纳米催化反应的原位表面增强拉曼光谱研究

纳米催化反应的原位表面增强拉曼光谱研究

纳米催化反应过程与机理的原位表面增强拉曼光谱研究

第二十届全国光散射学术会议（CNCLS20）

作者：张华李剑锋厦门大学化学化工学院厦门大学材料学院

发展原位光谱技术,实现催化反应过程的动态分析,对深入理解反应机理、设计高效催化剂具有重要意义。拉曼光谱可提供待测物质的指纹结构信息,因此是多相催化研究中常用的原位表征技术。然后,受限于其较低的灵敏度,常规拉曼光谱较难用于... 详细信息

发展原位光谱技术,实现催化反应过程的动态分析,对深入理解反应机理、设计高效催化剂具有重要意义。拉曼光谱可提供待测物质的指纹结构信息,因此是多相催化研究中常用的原位表征技术。然后,受限于其较低的灵敏度,常规拉曼光谱较难用于原位检测具有浓度低、寿命短等特点的催化剂表面吸附/中间物种。为了解决这一瓶颈问题,我们发展了一种利用壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱(SHINERS)原位监测纳米催化过程的通用策略,简称为SHINERS卫星结构策略(图1)。在该策略中,通过将纳米催化剂组装于壳层隔绝纳米粒子(SHINs)表面,形成SHIENRS卫星结构,利用SHINs增强催化剂表面的拉曼信号,从而直接获得了纳米催化剂表面物种的拉曼信号。利用这种策略,实现了Pd基、Pt基纳米催化剂表面CO氧化反应的原位监测,观测到了反应条件下催化剂表面吸附物种(例如表面氧化物、氧物种、Pt-C及Pd-C等),确定了分子氧的活化在对反应活性的重要影响,并结合DFT计算,对反应机理与构效关系进行了阐述。在此基础上,进一步将SHINERS拓展至电、光催化反应的原位研究,并可同时实现光催化性能的提升。这些结果不仅加深了对催化反应机理的理解,还表明SHINERS可作为原位跟踪催化反应过程的有效方法,为纳米催化的原位研究提供了一种新的思路。

关键词：表面增强拉曼光谱壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱纳米催化原位研究反应机理

来源： cnki会议评论

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纳米催化反应过程与机理的原位表面增强拉曼光谱研究

中国化学会第十九届全国催化学术会议

作者：张华李剑锋厦门大学材料学院厦门大学化学化工学院

＜正＞分子水平上理解催化反应过程的机理及构效关系是科学设计高效催化剂的核心基础。拉曼光谱可提供丰富的结构信息,因此是多相催化研究中常用的技术。然后,受限于其较低的灵敏度,传统拉曼光谱很难用于原位研究反应过程中催化剂表面... 详细信息

＜正＞分子水平上理解催化反应过程的机理及构效关系是科学设计高效催化剂的核心基础。拉曼光谱可提供丰富的结构信息,因此是多相催化研究中常用的技术。然后,受限于其较低的灵敏度,传统拉曼光谱很难用于原位研究反应过程中催化剂表面上的中间物种。

关键词：表面增强拉曼光谱壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱原位研究纳米催化反应机理

来源： cnki会议评论

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原子层沉积制备纳米催化剂研究进展

燃料化学学报 2021年第9期49卷 1281-1293页

作者：裴永丽郭长江张宁权燕红任军太原理工大学省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室山西太原030024 太原理工大学煤科学与技术教育部重点实验室山西太原030024 陕西东鑫垣化工有限责任公司陕西榆林719400

纳米催化正在面临技术上的革命,对金属纳米颗粒的尺寸分布及形貌结构等的精准控制提出了更高的要求,原子层沉积(ALD)由于可实现原子尺度的精准控制而为这一问题的解决提供了参考。本文综述了ALD技术在纳米催化中的研究进展,回顾了ALD的... 详细信息

纳米催化正在面临技术上的革命,对金属纳米颗粒的尺寸分布及形貌结构等的精准控制提出了更高的要求,原子层沉积(ALD)由于可实现原子尺度的精准控制而为这一问题的解决提供了参考。本文综述了ALD技术在纳米催化中的研究进展,回顾了ALD的发展历史、基本原理和主要设备及工艺,介绍了ALD常见底物及得到的催化剂结构类型。重点阐述了ALD所得催化剂的分类及其在热催化、电催化及光催化领域中的应用。分析了ALD目前面临的挑战,并对未来发展进行了展望。

关键词：纳米催化原子层沉积尺寸效应限域效应多重复杂结构

MoS2纳米催化荧光/SERS检测痕量亚硫酸根

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MoS2纳米催化荧光/SERS检测痕量亚硫酸根

作者：王浩林广西师范大学

学位级别：硕士

本文主要介绍了两种光谱分析技术:表面增强拉曼散射光谱(SERS)和分子荧光分析技术;对SERS增强机理、SERS研究进展、SERS定量分析、分子荧光分析技术概述以及两种光谱分析技术在环境和食品分析中的应用发展进行了介绍。综述了纳米酶的简... 详细信息

本文主要介绍了两种光谱分析技术:表面增强拉曼散射光谱(SERS)和分子荧光分析技术;对SERS增强机理、SERS研究进展、SERS定量分析、分子荧光分析技术概述以及两种光谱分析技术在环境和食品分析中的应用发展进行了介绍。综述了纳米酶的简要发展史、主要纳米酶的分类与影响纳米酶活性的主要因素、非标记纳米酶催化技术在光谱分析中的应用。对3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)的研究进展及其在光谱分析中的应用进行了概述,介绍了亚硫酸根的分析研究进展,简要介绍了本课题主要研究内容及研究意义。在酸性Tris-HCl缓冲溶液以及40℃水浴条件下,HO氧化TMB的反应进行缓慢,MoS纳米片催化HO氧化TMB生成具有荧光效应以及SERS活性的蓝色氧化物(TMBox);当加入SO后,TMBox荧光信号和SERS信号降低,且随着SO浓度的增加,荧光信号和SERS信号线性降低。在0.067-23.33mg/L SO浓度范围内,405 nm处的荧光信号降低值与SO的浓度呈良好的线性关系,检出限为1.3×1033 mg/L。在AgNPs基底中,SO浓度在2.5×10-3.5 mg/L范围内与1606 cm处的SERS信号降低值呈良好线性关系,检出限为9.05×1055 mg/L。对反应体系的氧化剂以及反应试剂进行替换,结果显示TMB体系检测亚硫酸根效果最好。据此建立了荧光/SERS检测亚硫酸根的新方法。

关键词：纳米催化 MoS2 TMB SERS 荧光 SO32-

免疫调控纳米催化—金银纳米溶胶SERS光谱检测尿微量白蛋白和叶酸

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免疫调控纳米催化—金银纳米溶胶SERS光谱检测尿微量白蛋白和叶酸

作者：景琦广西师范大学

学位级别：硕士

1绪论本文对表面增强拉曼散射光谱技术的研究进展、SERS基底、SERS光谱技术免疫分析的应用进展进行了介绍。并介绍了适配体SERS定性分析、酶SERS分析以及碳纳米材料在SERS分析中的应用进展,本文将氧化石墨烯纳米带和碳量子点等催化、抗... 详细信息

1绪论本文对表面增强拉曼散射光谱技术的研究进展、SERS基底、SERS光谱技术免疫分析的应用进展进行了介绍。并介绍了适配体SERS定性分析、酶SERS分析以及碳纳米材料在SERS分析中的应用进展,本文将氧化石墨烯纳米带和碳量子点等催化、抗原抗体特异性等反应与SERS和RRS光谱技术结合,建立了免疫调控SERS光谱检测微量白蛋白和叶酸新方法。2免疫调控氧化石墨烯纳米带催化反应-SERS检测尿微量白蛋白在60℃水浴条件下,HAuCl-HO体系反应进行缓慢,加入氧化石墨烯纳米带(GONR)纳米酶催化剂后,反应加快,体系中生成的金纳米粒子增多,加入维多利亚蓝B(VBB)分子探针,显示出较强的SERS效应。尿微量白蛋白抗体(Ab)可与GONR纳米酶结合,形成Ab-GONR,抑制其催化作用。当尿微量白蛋白(mAlb)存在时,它与Ab发生特异性免疫反应,Ab-mAlb免疫复合物脱离GONR表面,使得GONR纳米催化效应活化。随着mAlb浓度增大,体系SERS信号线性增强。当mAlb浓度在0.065-2.62ng/ml范围内,其ΔI值与mAlb浓度呈良好的线性关系,检出限为0.03ng/ml,相关系数0.9874。据此,建立了一种检测mAlb的免疫调控GONR催化反应-SERS定量分析新方法。3免疫调控碳点催化AgNO-Glu反应-SERS检测叶酸在60℃水浴条件下,GLU-AgNO体系反应进行缓慢,加入由柠檬酸和尿素高温下合成的掺氮碳点(CD)纳米酶催化剂后,加快反应,使体系中生成的银纳米粒子增多,加入维多利亚蓝B(VBB)分子探针,显示出较强的SERS效应。叶酸抗体(Ab)可与CD结合,形成Ab-CD,抑制其催化作用。当叶酸(FA)存在时,它与Ab发生特异性免疫反应,Ab-FA免疫复合物脱离CD表面,使得CD纳米催化效应活化。随着FA浓度增大,体系SERS信号线性增强。当FA浓度在0.1-2ng/ml范围内,其ΔI值与mAlb浓度呈良好的线性关系,检出限为0.048ng/ml,相关系数0.9826。据此,建立了一种检测FA的免疫调控CD催化反应-SERS定量分析新方法。

关键词： SERS GONR CD 纳米催化金银纳米反应免疫调控 mAlb FA

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纳米催化共振散射光谱分析

中国科学：化学 2010年第5期40卷 441-447页

作者：蒋治良李纪顺温桂清刘庆业梁爱惠广西师范大学环境与资源学院桂林541004 桂林理工大学化学与生物工程学院桂林541004

共振散射光谱技术是利用荧光分光光度计的同步扫描技术建立起来的一项光谱分析新技术,具有简便、快速、灵敏度高等优点,在蛋白质、核酸、无机离子等痕量分析中得到应用.结合本课题组近年来的研究工作,本文综述了共振散射光谱技术在免疫... 详细信息

共振散射光谱技术是利用荧光分光光度计的同步扫描技术建立起来的一项光谱分析新技术,具有简便、快速、灵敏度高等优点,在蛋白质、核酸、无机离子等痕量分析中得到应用.结合本课题组近年来的研究工作,本文综述了共振散射光谱技术在免疫纳米催化、核酸适配体纳米催化分析中的应用.

关键词：抗体适配体纳米催化共振散射光谱