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激光诱导荧光技术与地下水重金属原位检测应用进展

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岩矿测试 2025年第1期44卷 19-34页

作者：毛康薛家奇陈卓张华中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室贵州贵阳550081

对地下水重金属污染进行现场检测,是快速识别重金属种类和评价污染程度的重要手段。激光诱导荧光技术(LIF)利用特定荧光探针,在目标重金属存在下,通过激光诱导荧光探针产生/猝灭荧光,从而完成对重金属的识别和检测,具有快速甄别地下水... 详细信息

对地下水重金属污染进行现场检测,是快速识别重金属种类和评价污染程度的重要手段。激光诱导荧光技术(LIF)利用特定荧光探针,在目标重金属存在下,通过激光诱导荧光探针产生/猝灭荧光,从而完成对重金属的识别和检测,具有快速甄别地下水重金属污染特性和无损获取其价态的优势。本文在简述LIF检测重金属原理和LIF原位检测地下水重金属装备基础上,重点从荧光探针合成及其在重金属传感检测方法的构建上总结了基于不同荧光探针的LIF现场检测重金属的研究进展。目前可用于重金属检测的荧光探针包括以小分子探针、有机大分子和聚集诱导发光为主的有机荧光探针和以金纳米簇、量子点和金属有机框架材料为代表的纳米荧光探针。这些探针的合成及其对应的传感检测方法的构建表明LIF技术在地下水重金属检测中具有巨大优势。而针对地下水重金属检测的LIF设备研发方面的成果虽不如荧光传感检测方法丰富,但已研制出部分重金属的传感器和检测装备,表现出良好的应用前景。未来研究将会聚焦在地下水重金属主控因子识别和抗干扰技术研发、荧光探针合成与LIF检测方法构建、重金属传感部件和检测装备集成研制,以及检测技术标准化,为后续场地地下水典型重金属LIF检测技术的研究提供参考。

关键词：地下水重金属激光诱导荧光荧光探针现场检测

手性钙钛矿家族新成员:稀土基手性金属卤化物

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中国科学:化学 2025年

作者：张洪杰中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室清华大学化学系

手性有机-无机杂化金属卤化物将有机-无机杂化金属卤化物优异的光学、电学和自旋电子性能与手性相耦合,从而表现出独特且优异的手性光电和自旋特性,如圆二色性、圆偏振发光、手性诱导的自旋选择性效应、手性声子激活的自旋塞贝克效应和...

手性有机-无机杂化金属卤化物将有机-无机杂化金属卤化物优异的光学、电学和自旋电子性能与手性相耦合,从而表现出独特且优异的手性光电和自旋特性,如圆二色性、圆偏振发光、手性诱导的自旋选择性效应、手性声子激活的自旋塞贝克效应和非线性手性光学效应等[1].由于在生物传感、三维显示和加密防伪等领域具有潜在的应用前景,手性金属卤化物的圆偏振发光特性被广泛研究.然而,受固有带隙的限制,大多数报道的手性金属卤化物圆偏振发光材料几乎仅限于可见光区域.与可见光相比,紫外光的能量相对较高,可以扩展其在医学诊断、不对称光聚合反应和生物制剂检测等领域的应用.

关键词：

干喷湿法中温度对再生纤维素纤维结构和性能的影响

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化工新型材料 2025年

作者：周普查安锋滕娜刘耀东中国科学院山西煤炭化学研究所碳纤维制备技术国家工程实验室中国科学院山西煤炭化学研究所中国科学院炭材料重点实验室

采用干喷湿法制备再生纤维素纤维，研究了凝固浴温度和牵伸倍数对纤维性能和结构的影响，探究了纤维晶态结构的变化。结果表明：对于氯化锂/二甲基乙酰胺溶剂体系，最大牵伸倍数和再生纤维的力学性能受凝固浴温度影响较大，凝固浴温度... 详细信息

采用干喷湿法制备再生纤维素纤维，研究了凝固浴温度和牵伸倍数对纤维性能和结构的影响，探究了纤维晶态结构的变化。结果表明：对于氯化锂/二甲基乙酰胺溶剂体系，最大牵伸倍数和再生纤维的力学性能受凝固浴温度影响较大，凝固浴温度显著影响纤维的力学性能和微观结构。在凝固浴温度为0℃时，纤维的拉伸强度最高可达198MPa，而在-20℃时拉伸模量达到最高值17.3GPa。随着牵伸倍数的增加，纤维强度和模量显著提高，纤维截面更为规则，孔洞和裂纹数量减少。低温条件有利于纤维形成致密的微观结构和较高的结晶度。凝固浴温度和牵伸倍数可显著调控再生纤维素纤维的性能和微观结构。

关键词：纤维素再生纤维氯化锂/二甲基乙酰胺干喷湿纺力学性能

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镧改性碳纤维对水体中磷吸附性能的研究

中国环境科学 2025年

作者：陈安童张鹏夏江楠杨瑾晟赵浩赵贤广南京工业大学环境科学与工程学院中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室中国科学院大学

利用镧浸渍法处理活性碳纤维制备出了新型高效磷酸根吸附剂(CF-La).并进行了吸附等温线、吸附动力学、单因素实验、实际水样试验.吸附等温线实验表明其吸附过程更符合Langmuir模型，吸附属于单层吸附;动力学实验表明CF-La吸附过程符合... 详细信息

利用镧浸渍法处理活性碳纤维制备出了新型高效磷酸根吸附剂(CF-La).并进行了吸附等温线、吸附动力学、单因素实验、实际水样试验.吸附等温线实验表明其吸附过程更符合Langmuir模型，吸附属于单层吸附;动力学实验表明CF-La吸附过程符合二级动力学模型，包含物理、化学吸附;pH和竞争离子实验表明，CF-La在中性环境下吸附效果最佳且不受干扰离子影响;通过5次吸附-解吸循环实验进行可回收性评价，结果表明CF-La对磷酸根的吸附率和脱附率均保持在80%以上;通过SEM、BET对改性前后材料进行表征，表明镧已成功负载在材料表面;XPS、FTIR对吸附前后材料进行吸附机理分析，表明合成材料具有介孔结构且表面存在两种不同价态的镧有利于提高吸附效果.通过实际水样试验，验证了CF-La对安徽巢湖水体中无机磷、有机磷均体现出优异的吸附性能.

关键词：富营养化碳纤维镧改性磷离子

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二氧化碳加氢制甲酸的研究进展

科学通报 2025年第1期 17-26页

作者：李梦威王森董梅王建国樊卫斌中国科学院山西煤炭化学研究所煤炭高效低碳利用全国重点实验室中国科学院大学

化石能源的大量使用促进了经济社会的快速发展,但也导致二氧化碳（CO2）大量释放.截至2023年,全球CO2排放超过374亿吨.大气中CO2含量的急剧增加造成了严重的温室效应和海水酸化等问题,但CO2反过来是一种含量多且清洁无毒的碳资源.通过... 详细信息

化石能源的大量使用促进了经济社会的快速发展,但也导致二氧化碳（CO2）大量释放.截至2023年,全球CO2排放超过374亿吨.大气中CO2含量的急剧增加造成了严重的温室效应和海水酸化等问题,但CO2反过来是一种含量多且清洁无毒的碳资源.通过催化加氢,可有效将CO2转化生成多种高附加值烃类及含氧化合物.其中,甲酸是良好的储氢载体,可直接用于甲酸燃料电池,也有利于解决氢的储运问题.因此, CO2加氢制甲酸不仅可以有效减轻CO2大量排放造成的全球温室效应,而且也开辟了制备甲酸的新途径.本文综述了当前CO2加氢制甲酸的研究进展,着重探讨了CO2加氢制甲酸不同催化体系的优缺点及反应性能,深入认识了金属-载体间的相互作用及载体限域效应对金属物种结构、分散度及催化性能的影响机制.

关键词： CO2加氢甲酸非均相催化剂金属-载体相互作用限域效应

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地壳岩浆氧化性和斑岩型铜矿床成矿潜力

中国科学:地球科学 2025年第1期 227-238页

作者：艾宇民 Massimo CHIARADIA 吴超陈华勇中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室中国科学院大学 Department of Earth Sciences University of Geneva 广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室

斑岩型铜矿床是全球铜(Cu)、钼(Mo)和金(Au)资源的主要供应源,其形成过程受到多种地质因素的控制,尤其是岩浆的氧化性是当前研究的焦点.本文综合分析了全球范围内已发表的弧岩浆中钒(V)和钪(Sc)的比值(V/Sc)数据,并收集了V和Sc在矿物和... 详细信息

斑岩型铜矿床是全球铜(Cu)、钼(Mo)和金(Au)资源的主要供应源,其形成过程受到多种地质因素的控制,尤其是岩浆的氧化性是当前研究的焦点.本文综合分析了全球范围内已发表的弧岩浆中钒(V)和钪(Sc)的比值(V/Sc)数据,并收集了V和Sc在矿物和硅酸盐熔体中的分配系数.通过探讨V/Sc比值与岩浆氧逸度(f O2)之间的相关性,评估了不同厚度弧地壳中岩浆的氧化性特征.研究结果表明,磁铁矿的分离结晶是降低残余岩浆的V/Sc比值的关键因素.此外,磁铁矿结晶开始时的镁值(Mg#)与岩浆氧化性呈现显著的正相关性.利用这一规律,进一步评估第四纪弧岩浆的氧化性,发现在地壳厚度超过20km的成熟岛弧和大陆弧中,岩浆随着地壳厚度的增加趋向于更高的氧逸度.这表明在这些环境中,石榴石和角闪石的地壳内分异作用增强了岩浆的氧化性;相比之下,地壳厚度小于20km的薄弧中的岩浆则可能由于更多的俯冲板片氧化性物质输入,展现出比厚弧岩浆更高的氧化性.这些发现表明,俯冲动力学和地壳厚度在决定弧岩浆氧化性及其形成斑岩型铜矿的能力方面起着至关重要的作用.高度氧化的原始弧岩浆由于在岩浆演化的早期阶段经历磁铁矿结晶,从而导致硫化物饱和,这一过程导致铜的早期亏损,因此不利于斑岩型铜矿的形成.相反,在厚弧中磁铁矿结晶被广泛抑制,使硫化物大量饱和出现在岩浆晚期阶段,因此更有利于保留演化岩浆中铜的成矿潜力.本研究深入探讨了地壳内分异作用和俯冲带物质输入对弧岩浆氧化性的双重影响,并基于V/Sc比值变化规律的系统研究,为斑岩型铜矿床的成矿潜力提供了新的地球化学指示.

关键词：岩浆演化 V/Sc变化规律磁铁矿氧逸度斑岩铜矿

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软材料大变形断裂的相场建模与应用

高分子学报 2025年

作者：田富成冀家乐陈树昱李良彬中国科学技术大学国家同步辐射实验室安徽省先进功能高分子薄膜工程实验室中国科学院软物质化学重点实验室

软材料具有承受大应变和高可恢复性的独特特性，使其在生命科学和软机器人等前沿领域具有不可替代的作用.了解此类材料的复杂断裂行为不仅具有迫切的应用需求，也是材料科学、物理学和连续介质力学等基础学科的研究重点.本文介绍了作者... 详细信息

软材料具有承受大应变和高可恢复性的独特特性，使其在生命科学和软机器人等前沿领域具有不可替代的作用.了解此类材料的复杂断裂行为不仅具有迫切的应用需求，也是材料科学、物理学和连续介质力学等基础学科的研究重点.本文介绍了作者在断裂相场模型方面所做的一些工作，主要关注软材料的大变形断裂相场建模、算法实施以及应用.在有限变形理论框架下，作者发展一种新的混合多场断裂相场模型，用于模拟近不可压缩软材料的大变形断裂.从物理裂纹拓扑的角度清楚阐述了不可压缩性与扩散裂纹张开之间的内在矛盾.为了解决这个问题，该模型利用相场退化函数放松了损伤材料的不可压缩性约束，而不影响完好材料的不可压缩性.通过修改经典的摄动拉格朗日乘子方法，导出了用于近不可压缩大变形断裂问题的新型多场混合变分格式.虽然该混合格式切实有效，但通常需要采用满足inf-sup条件的混合有限元(FE)配置，这进一步加剧了本已昂贵的相场断裂建模的计算负担.为了能够使用具有数值优势的低阶线性单元，作者采用压力投影技术开发了一种稳定的混合公式.该公式的优点在于其简单性和多功能性，允许对所有场变量采用低阶单元离散.考虑到这一特性，作者进一步设计了一种高效的自适应网格划分策略，从而大幅提高了计算效率.为了更好地应对涉及裂纹成核的自适应场景，提出了一种新的基于能量的网格细化判据.此外，本文也完整阐述了稳定混合有限元公式的数值处理，以及自适应网格细化，删除技术的核心操作.所提出的格式的准确性、效率和稳健性已经通过一系列具有代表性的数值案例得到了充分的验证.

关键词：相场模型软材料大变形断裂复杂裂纹不可压缩约束

基于纳秒LIBS的氢气/空气火焰混合分数测量研究

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光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 24-29页

作者：刘子晗刘艳韩磊单沅鲁政高强李帅瑶李博天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072 中国科学院工程热物理研究所北京100190

在双碳政策和化石能源短缺的背景下,氢能作为高效环保的清洁能源,受到广大研究人员的关注。氢气/空气混合燃烧作为推动氢能规模化应用的重要途径,其燃烧机理和关键参数的测量技术成为目前研究的热点。燃空当量比是表征燃烧过程中燃料与... 详细信息

在双碳政策和化石能源短缺的背景下,氢能作为高效环保的清洁能源,受到广大研究人员的关注。氢气/空气混合燃烧作为推动氢能规模化应用的重要途径,其燃烧机理和关键参数的测量技术成为目前研究的热点。燃空当量比是表征燃烧过程中燃料与氧化剂混合程度的重要参数,直接影响燃烧的开始、自持以及燃烧化学反应的活跃程度。因此,对燃烧过程中的局部当量比实时在线监测,对于改善燃烧效率、控制燃烧过程具有重要意义。目前,可以实时测量氢气/空气火焰当量比的方法相对较少,激光光谱技术作为一种非侵入式的测量方法,不仅具有实时在线测量的能力,还具有快速、原位、远程分析、多元素同时在线监测等特点,在燃烧测量领域具有重要的应用潜力。采用纳秒激光诱导击穿光谱技术对氢气和空气燃烧场的燃空当量比进行测量研究。氢气和空气在管内混合后,由射流口喷出形成射流燃烧火焰场。激光通过透镜聚焦到射流燃烧场中击穿并产生等离子体,其等离子体的发射光谱由光谱仪采集,实验发现光谱中H 656 nm和O 777 nm具有很强的发射强度,且光谱强度随着当量比的变化,呈现规律性变化趋势。因此,采用H 656 nm和O 777 nm的光谱分别标示氢气和空气,并将其比值作为燃空当量比的测量参量。实验在氢气空气混合均匀的低速流场中测量了不同当量比下H 656 nm与O 777 nm的光谱强度比值,并与当量比建立标定曲线,实验发现该标定曲线对燃烧场和非燃烧场同样适用。基于标定曲线,我们研究了存在外界掺混情况下,射流燃烧场的局部燃空当量比情况。在当量比1.0,流场速度为20 m·s^(-1)的射流燃烧场中,测量了射流中心位置不同高度的燃空当量比变化情况,并在相同工况下进行了数值模拟。模拟结果与实验测量吻合较好,验证了纳秒激光诱导击穿光谱技术测量氢气/空气混合气的燃空当量比的可行性。该方法可为氢气燃烧基础研究及数值模拟提供技术支持。

关键词：激光诱导击穿光谱氢能当量比模拟

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溶解有机质N/C比值的分布格局及其对湖泊增温和营养富集的响应

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湖泊科学 2025年第1期37卷 97-111页

作者：陈铭胡盎韩磊王建军湖南农业大学资源学院长沙410128 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与流域水安全重点实验室南京211135

溶解有机质(DOM)是水生生态系统的重要能量和营养源,其N/C等元素化学计量学能够反映湖泊沉积物营养物质来源,相关研究有助于揭示全球变暖和水体富营养化的影响机制。本研究聚焦高分辨率质谱技术所获DOM的N/C比值,通过Meta分析从宏观角... 详细信息

溶解有机质(DOM)是水生生态系统的重要能量和营养源,其N/C等元素化学计量学能够反映湖泊沉积物营养物质来源,相关研究有助于揭示全球变暖和水体富营养化的影响机制。本研究聚焦高分辨率质谱技术所获DOM的N/C比值,通过Meta分析从宏观角度考察全球湖泊、河流、海洋和泥炭地等多生境N/C比值的全球分布情况。结果表明,河流水体、沉积物和污水等生境的N/C均值(分别为0.050±0.062、0.050±0.014和0.083±0.084)均显著高于泥炭地(0.026±0.037);水体N/C比值主要受海拔(即温度)、pH、氨氮和溶解有机碳等显著影响,而泥炭地等陆地N/C比值主要受pH、总溶解有机氮和溶解有机碳的影响。进一步,依托云南老君山海拔梯度开展模拟温度变化和营养富集的微宇宙实验定量解析其影响机制,并根据沉积物DOM分子转换数将总分子划分为高活性和低活性两类,探究总分子及其两类组分的N/C比值对温度和营养富集的响应规律。溶解有机质N/C均值为0.112±0.020,其中高活性分子(0.119±0.017)显著高于低活性分子(0.109±0.034)。总分子N/C比值主要受亚硝酸盐和硝酸盐等营养盐的影响,相对总贡献率为63.43%;高活性分子N/C比值主要受营养盐和能量供应(比如溶解有机碳、总有机碳和叶绿素a等)的影响,而低活性分子N/C比值主要受营养盐的影响。结构方程模型分析表明,营养富集对总分子N/C比值的影响高于温度,主要通过能量供应和营养盐的间接作用而产生影响;对于高活性分子,营养盐主要通过能量供应的间接作用影响N/C比值;而对于低活性分子,主要通过营养盐发挥直接作用。本研究结果首次探讨了全球不同生境N/C比值的分布格局,揭示了沉积物溶解有机质N/C比值对全球变暖和营养富集的响应规律和机制,为更好理解和预测未来全球变化背景下溶解有机碳稳定性提供科学参考。

关键词：溶解有机质氮碳比湖泊沉积物全球变暖富营养化

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