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Nanodiamond/Ti3c2 MXene-coated quartz crystal microbalance humidity sensor with high sensitivity and high quality factor

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Rare Metals 2024年第6期43卷 2719-2729页

作者： Yao Yao Qiao chen Yan-Qi Li Xian-He Huang Wei-Wei Ling Zhe-Miao Xie Jia-Qi Wang chang-Ming chen college of communication Engineering Chengdu University of Information Technology School of Automation Chongqing University of Posts and Telecommunications School of Automation Engineering University of Electronic Science and Technology of China Advanced Micro-/Nano-Devices Lab Department of Systems Design EngineeringUniversity of Waterloo

To address the challenge of achieving both high sensitivity and a high quality factor in quartz crystal microbalance（QcM） humidity sensors,a nanodiamond（ND）/Ti3c2MXene composite-coated QcM humidity sensor was fabricated.The material characteristics of ND,Ti3c2MXene,and ND/Ti3c2MXene composite were analyzed by transmission electron microscopy（TEM） and Fourier transform infrared（FTIR） spectroscopy.The experimental results demonstrated that the hydrophilic ND nanoparticles coated on Ti3c2MXene nanosheet prevented the self-stacking of Ti3c2MXene and enhanced the sensitivity of Ti3c2MXene-based QcM humidity sensor.Moreover,the high mechanical modulus of Ti3c2MXene material helped ND/Ti3c2MXene composite-coated QcM humidity sensor to achieve a high quality factor（> 20,000）.ND/Ti3c2MXene compositecoated QcM humidity sensor exhibited a sensitivity of 82.45 Hz/%RH,a humidity hysteresis of 1.1 %RH,fast response/recovery times,acceptable repeatability,and good stability from 11.3%RH to 97.3%RH.The response mechanism of ND/Ti3c2MXene composite-coated QcM humidity sensor was analyzed in combination with a bi-exponential kinetic adsorption model.Finally,the potential application of ND/Ti3c2MXene composite-coated QcM humidity sensor was demonstrated through its frequency response to wooden blocks with different moisture contents.

关键词： Humidity sensor Quartz crystal microbalance Nanodiamond Ti 3 c 2 MXene High quality factor

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c超原子近自由电子能带

科学通报 2024年

作者：崔兴霞苑青娄灿灿李亚菲丰敏武汉大学高等研究院武汉大学物理科学与技术学院人工微纳结构教育部重点实验室

从传统观念理解,有机分子及其固体的光电特性主要由前线轨道及其相互作用决定.本文以c60为例,展示新的分子轨道和相互作用及其在有机半导体中产生的类金属近自由电子能带.一类是c60超原子分子轨道:超原子分子轨道广泛存在于具有中空结... 详细信息

从传统观念理解,有机分子及其固体的光电特性主要由前线轨道及其相互作用决定.本文以c60为例,展示新的分子轨道和相互作用及其在有机半导体中产生的类金属近自由电子能带.一类是c60超原子分子轨道:超原子分子轨道广泛存在于具有中空结构的体系,如层状、管状、笼状结构甚至芳香性分子中.其波函数模的平方在空间上非常弥散,因此在范德华固体中也能杂化生成近自由电子能带.另一类是c60类共价准键相互作用:在黑磷表面被压缩的c60单层中, c60像超原子一样通过被基底模板化的π-π堆叠类共价准键相互作用,生成近自由电子能带.同传统观点相比,前者是利用能量更高、空间更扩展的镜像态在较远距离下生成近自由电子能带;而后者则是通过能量更低、更束缚的前线分子轨道在更短的距离中获得.两者均体现了以整个分子为超原子来相互作用的超原子材料制造思想.基于这一思想,有望构筑具有超高载流子迁移率的新型范德华有机半导体.

关键词： c 范德华间距超原子分子轨道类共价准键近自由电子能带载流子迁移率

低温催化甲烷直接转化为c增值化学品研究进展

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中国科学:化学 2024年

作者：张同欣张航王书航赵思思赵震沈阳师范大学化学化工学院能源与环境催化研究所

甲烷不仅是高质量的化石燃料,也是合成高附加值化学品的新材料.由于甲烷的惰性,其直接转化需要高活化能,并且通常需要苛刻的反应条件或强氧化剂.在温和条件下直接将甲烷转化为有价值的能源是一种有前途的技术,可减少直接甲烷转化中的热... 详细信息

甲烷不仅是高质量的化石燃料,也是合成高附加值化学品的新材料.由于甲烷的惰性,其直接转化需要高活化能,并且通常需要苛刻的反应条件或强氧化剂.在温和条件下直接将甲烷转化为有价值的能源是一种有前途的技术,可减少直接甲烷转化中的热力学屏障,并避免过氧化和催化剂失活的常见问题,但目前仍然是一个巨大的挑战.本文综述了无氧反应体系和有氧反应体系在甲烷催化转化为c2增值化学品的研究进展.从活性中心和反应机理方面对催化剂的构建进行了详细的阐述和讨论.最后,我们对这一领域面临的挑战的看法,并提出了潜在的解决方案.

关键词：甲烷转化低温 c 增值化学品 c–H键的活化

生物质基催化转化制备己醇和己二醇及其衍生品

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化工进展 2024年

作者：洪泽龙周本邱佳容张良清陈剑锋汪炳叔曾宪海林鹿厦门大学能源学院福州大学先进制造学院

在如今能源危机以及环境污染的大背景下，生物质作为一种代替化石燃料的可再生能源之一，如何将生物质催化转化为有价值的己醇和己二醇在生物质转化领域受到了广泛的研究关注。己醇和己二醇被认为是一种具有高度工业价值的c6醇，其中己... 详细信息

在如今能源危机以及环境污染的大背景下，生物质作为一种代替化石燃料的可再生能源之一，如何将生物质催化转化为有价值的己醇和己二醇在生物质转化领域受到了广泛的研究关注。己醇和己二醇被认为是一种具有高度工业价值的c6醇，其中己二醇在聚酯工业发展的领域有重要的作用，己醇则被认为是一种合适的替代燃料。本文根据原料和不同催化剂对生物质基制备己醇和己二醇的研究工作进行了归纳总结，系统阐述了近年来通过纤维素基、5-羟甲基糠醛及其衍生物、己二酸及其酯类等生物质基催化转化制备己醇和己二醇的研究进展，分析了1，6-己二醇在催化制备c6化合物(ε-己内酯、己二酸、6-羟基己酸和己二胺)方面的应用，并在此基础上对催化加氢制备己醇和己二醇的发展趋势进行了展望，为未来进一步绿色地生产可持续的c6化合物提供理论指导和有益参考。

关键词：生物质基己醇己二醇催化剂 c 化合物

基于c-HSDT的FG-GRc板大挠度弯曲分析

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工程力学 2024年

作者：陈卫彭林欣广西大学土木建筑工程学院南华大学土木工程学院

基于含7变量的c0-高阶剪切变形理论(c0-HSDT)框架下，选取了经典的三阶剪切变形理论(TSDT)、正弦剪切变形理论(SSDT)和指数剪切变形理论(ESDT)，结合冯卡门大挠度理论，建立了求解功能梯度石墨烯增强复合材料(FG-GRc)板大挠度弯曲分析... 详细信息

基于含7变量的c0-高阶剪切变形理论(c0-HSDT)框架下，选取了经典的三阶剪切变形理论(TSDT)、正弦剪切变形理论(SSDT)和指数剪切变形理论(ESDT)，结合冯卡门大挠度理论，建立了求解功能梯度石墨烯增强复合材料(FG-GRc)板大挠度弯曲分析有限元模型。FG-GRc板等效杨氏模量和等效泊松比分别由修正Halpin-Tsai微观力学物理模型和混合律确定。该模型满足了板顶面和底面零牵引力条件，可规避有限元法中难以构造c1连续性单元的特性。为避免传统c0-HSDT中人工转动变量引入而产生的误差，采用罚函数法施加人工限制条件。通过超收敛小片修正(SPR)技术和应力-应变关系分别计算面内应力及横向剪切应力。文中首先将FG-GRc物性关系退化为各向异性板和层合板，并与现有文献结果进行对比，验证了本文方法的收敛性和准确性，同时研究了c0-TSDT、c0-SSDT和c0-ESDT及罚因子对数值结果的影响。在此基础上进一步讨论了石墨烯纳米片(GPLs)分布模式、重量分数gGPL、几何参数等对FG-GRc板大挠度弯曲的影响。

关键词：功能梯度石墨烯增强复合材料板 c -高阶剪切变形理论超收敛小片修正技术罚函数法大挠度弯曲

cH气体流量对Wc-DLc涂层结构与性能的影响

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真空科学与技术学报 2024年

作者：谢焕钧徐长云唐令韩明月罗阳李刘合中国航发中传机械有限公司北京航空航天大学机械工程及自动化学院

本工作采用直流磁控溅射技术制备Wc-DLc耐磨涂层，为了探究c2H2流量对Wc-DLc涂层表截面形貌、微观结构、力学和摩擦学性能的影响，在10-50 sccm c2H2流量下制备了Wc-DLc涂层并进行表征分析。结果表明，随着c2H2流量的增加，涂层中碳含... 详细信息

本工作采用直流磁控溅射技术制备Wc-DLc耐磨涂层，为了探究c2H2流量对Wc-DLc涂层表截面形貌、微观结构、力学和摩擦学性能的影响，在10-50 sccm c2H2流量下制备了Wc-DLc涂层并进行表征分析。结果表明，随着c2H2流量的增加，涂层中碳含量增加，晶粒逐渐细化，由柱状晶逐渐转变为细晶粒，涂层变得更加致密；涂层纳米硬度与sp3杂化的c原子含量密切相关，随着涂层中sp3-c含量的增加，硬度先升高然后降低，磨损率也先升高降低；随着碳原子含量升高，涂层中出现大量的非晶碳，表面晶粒非晶化，涂层的摩擦系数逐渐减小且更加稳定。

关键词： Wc-DLc涂层 c H 流量纳米硬度结合力摩擦学性能

cN光催化剂制备及其可见光下还原cr(VI)性能和毒性研究

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环境科学学报 2024年

作者：冯立勋杜海英成都理工大学生态环境学院国家环境保护水土污染协同控制与联合修复重点实验室

光催化技术能够通过光的激发使光催化剂中光生电子(e-)发生迁移，光催化剂产生e-速度越快，还原污水中重金属的效率越高.本文采用热聚合法，以3-氨基-1,2,4-三唑和特定的六元氮杂环为原料创新制备了c3N5光催化剂，与传统工艺相比，创新... 详细信息

光催化技术能够通过光的激发使光催化剂中光生电子(e-)发生迁移，光催化剂产生e-速度越快，还原污水中重金属的效率越高.本文采用热聚合法，以3-氨基-1,2,4-三唑和特定的六元氮杂环为原料创新制备了c3N5光催化剂，与传统工艺相比，创新制备的c3N5带隙值降低了0.06～0.17 eV.其中，以3-氨基-1,2,4-三唑、三聚氰酸、巴比妥酸和KBr为原料制备的c3N5光催化剂(cN-7)带隙值降低了0.17 eV，在366 nm的激发波长下，cN-7在450 nm发射峰极低，极大地抑制了光生电子-空穴对的复合效率，拥有比其他c3N5更快的e-迁移速度.cN-7在50 W LED灯照射下50 min内还原水中cr(VI)的效率可达99.3%，经过5次循环实验后，对cr(Ⅵ)的去除率仍然可达96%，且受干扰离子的影响较小，具有良好的稳定性.通过自由基捕获实验证明了反应体系中的主要活性物种为e-.同时，将小白菜种植在含cN-7的水溶液中考察光催化剂本身的毒性，发现植物的生长指标不受其影响，而生理指标显示其对植物的生长有一定的促进作用.本研究为制备c3N5光催化剂提供了一种新的方法，同时，为印染、电镀等污水处理工艺中高效还原cr(VI)且不产生二次污染物提供了新的方向.

关键词： c N 光催化 cr(Ⅵ) 光催化剂毒性

cu-Ag纳米团簇cO电催化还原性能和机理

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化工进展 2024年

作者：谢鑫瑶万芬伏炫羽范雨婷陈令修李鹏核工业二七0研究所中国矿业大学环境与测绘学院中国矿业大学材料与物理学院

电催化二氧化碳还原是有效减少二氧化碳排放和促进能源绿色发展的技术，要实现将cO2转化为高价值化合物和燃料(c2+)，且走向工业化规模仍面临诸多难题。本文利用磁控共溅射技术在碳纸(cP)上成功负载cu-Ag合金纳米团簇，并通过调控Ag靶... 详细信息

电催化二氧化碳还原是有效减少二氧化碳排放和促进能源绿色发展的技术，要实现将cO2转化为高价值化合物和燃料(c2+)，且走向工业化规模仍面临诸多难题。本文利用磁控共溅射技术在碳纸(cP)上成功负载cu-Ag合金纳米团簇，并通过调控Ag靶材的溅射频率，制备了5种不同cu/Ag配比的碳基cu-Ag电极(cu-Ag/cP)，其中cu-Ag20W/cP颗粒尺寸在228nm～285nm之间，并评估其电化学性能。结果表明，cu-Ag/cP有效抑制析氢反应和提高c2+产物的产量，其c2+法拉第效率(FEc2+)是碳基cu电极的2.21倍。cu-Ag20W/cP在恒电位为-1.07V(vs.RHE)和cO2气体流速为5sccm下，FEc2+达78.74%，电流密度达67.92mA/cm2，且在连续运行8h后，其催化性能和表面结构较为稳定。cu-Ag/cP具有较大的电化学活性面积和导电性，且明显具有串联催化剂的特征，Ag引入使得*cO生成位点的增加，脱附*cO转移至cu表面进行*cO二聚反应。cu-Ag/cP是一种具有前景的电催化材料，同时该材料合成方法适合大批量连续生产模式，且产物是高价值的c2+产品，有望为未来电催化cO2工业化提供技术参考。

关键词： cu-Ag催化剂电化学二氧化碳还原磁控共溅射 c 产物

碱水热法制备Tic-AgPO光催化剂及其光催化性能研究

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现代化工 2024年

作者：徐竞帆周绿山沈琪熊信洁刘丹李颖张玉唐佳文四川文理学院化学化工学院

通过碱水热反应合成了Ti3c2，并以其为载体制备了不同负载量的Ti3c2-Ag3PO4光催化剂。利用FT-IR、XRD、SEM、XPS等对光催化剂进行表征。结果表明，在240℃水热条件下，碱刻蚀法制备的Ti3c2为刻蚀程度较低的片层结构，同时材料中有微量的... 详细信息

通过碱水热反应合成了Ti3c2，并以其为载体制备了不同负载量的Ti3c2-Ag3PO4光催化剂。利用FT-IR、XRD、SEM、XPS等对光催化剂进行表征。结果表明，在240℃水热条件下，碱刻蚀法制备的Ti3c2为刻蚀程度较低的片层结构，同时材料中有微量的TiO2存在，同时Ag3PO4以立方相的形式负载到Ti3c2载体表面。随着Ag3PO4负载量的增加，Ti3c2-Ag3PO4的光催化活性逐渐增大，在催化剂质量为0.01g、反应时间为60min时，Ti3c2-Ag3PO4-85%对亚甲基蓝的降解率达到95%。Ti3c2与Ag3PO4异质结的存在使其具有较强的电荷分离能力和优异的光催化性能。

关键词：碱水热法 Ti c -Ag PO 光催化