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纳米限域强化催化降解典型环境污染物的研究进展

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复合材料学报 2024年第4期41卷 1726-1736页

作者：李子涵张武翔郭庆勇史明月包美烁杨福潘建明江苏科技大学环境与化学工程学院镇江212003 江苏大学化学化工学院镇江212013

环境水污染对人类健康和生态环境构成了潜在的威胁,水资源的保护和污染治理是当前全球面临的重要环境问题。然而,传统水处理技术在处理水体中有机污染物时存在一定的限制,如去除机制、去除效率、选择性和稳定性等。近年来,纳米限域催化... 详细信息

环境水污染对人类健康和生态环境构成了潜在的威胁,水资源的保护和污染治理是当前全球面临的重要环境问题。然而,传统水处理技术在处理水体中有机污染物时存在一定的限制,如去除机制、去除效率、选择性和稳定性等。近年来,纳米限域催化作为一种新兴技术在水处理领域引起了广泛关注。该技术通过纳米限域介导的强化催化,能够实现纳米材料内部的催化调控,在降解环境污染物方面展现了独特的优势。本文综述了纳米限域在热强化催化、光强化催化、电强化催化和膜强化催化降解典型环境污染物方面的研究进展。其中,对催化原理、催化效率及影响因素等进行总结,并展望了限域催化未的来研究方向和挑战。

关键词：纳米限域催化高级氧化技术降解有机污染物环境水污染

基于破乳诱导萃取和ICP-MS/MS分析渣油中的微量金属元素

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石油学报（石油加工） 2024年第1期40卷 229-238页

作者：朱乾华刘宏伟聂西度长江师范学院化学化工学院重庆涪陵408100 湖南工学院材料科学与工程学院湖南衡阳421002

基于破乳诱导萃取提出利用电感耦合等离子体串联质谱(ICP-MS/MS)测定渣油中多种金属元素的新策略。渣油样品经二甲苯稀释降低黏度后采用质量分数6%的Triton X-114乳化,超声水浴破乳25 min,利用体积分数40%的盐酸萃取渣油中金属元素至水... 详细信息

基于破乳诱导萃取提出利用电感耦合等离子体串联质谱(ICP-MS/MS)测定渣油中多种金属元素的新策略。渣油样品经二甲苯稀释降低黏度后采用质量分数6%的Triton X-114乳化,超声水浴破乳25 min,利用体积分数40%的盐酸萃取渣油中金属元素至水相,采用ICP-MS/MS测定其中10种金属元素Na、Mg、Al、Ca、V、Cr、Fe、Ni、Cu、Zn的含量。详细评估了破乳诱导萃取条件对渣油中金属元素萃取效率的影响,在串联质谱(MS/MS)模式下,利用氦碰撞气或不同反应气消除了金属元素的质谱干扰,采用标准参考物质NIST SRM 1634c(燃油中的微量元素)验证了方法的准确性,以微波消解技术处理渣油样品并采用扇形磁场电感耦合等离子体质谱(SF-ICP-MS)进行对比分析验证了方法的可靠性。结果显示,金属元素在各自的含量范围内呈现良好的线性关系(线性相关系数≥0.9997),检出限(LOD)为2.05~31.4 ng/L,NIST SRM 1634c的测定结果与标准参考物质提供的认证值及文献报道的参考值基本一致,置信度水平达到95%,ICP-MS/MS方法与SF-ICP-MS的对比分析结果无显著性差异。所建立的ICP-MS/MS方法操作简单,分析速率快,准确可靠性好,已用于渣油中多种金属元素的质量评价。

关键词：渣油电感耦合等离子体串联质谱(ICP-MS/MS) 金属元素破乳诱导萃取质谱干扰

化工设计课程全过程“链条式”思政育人模式探索

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广东化工 2024年第10期51卷 193-194+200页

作者：郝丽陈循军徐华王蔚琳周红军周新华仲恺农业工程学院化学化工学院

针对近年来学生谈“化”色变、化工企业安全事故、能耗过剩等问题，在生态文明理念及双碳战略背景下，培养具有家国情怀、社会责任感的时代青年，是新时代化工设计课程建设的必要环节，本文提出从时间、空间多维度全过程“链条式”深入... 详细信息

针对近年来学生谈“化”色变、化工企业安全事故、能耗过剩等问题，在生态文明理念及双碳战略背景下，培养具有家国情怀、社会责任感的时代青年，是新时代化工设计课程建设的必要环节，本文提出从时间、空间多维度全过程“链条式”深入挖掘课程思政元素，以历史观、世界观、大工程观的视角深入挖掘课程思政元素，将其潜移默化融入化工设计课程的线上线下混合式教学，建设由点至线覆盖到面的空间维度环环相扣的链条式课程思政新方法，润物无声引导学生提升专业能力的同时强化思想政治素养，在课程考核中鼓励学生积极反馈思政心得。

关键词：化工设计全过程链条式课程思政教学改革

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数字化无人生猪养殖系统建设及应用

华中农业大学学报 2024年

作者：郭建军孔壹右刘双印刘同来曹亮刘岳仲恺农业工程学院信息科学与技术学院仲恺农业工程学院自动化学院

为改善我国绝大多数养殖场面临的生产效率低下、人工清粪、设备体积大、功耗高、感知数据精度低等问题，基于融合机器视觉、大数据、物联网、智能建模、数据库等技术研发数字化无人生猪养殖系统，并建立生猪养殖数字化无人系统的应用示... 详细信息

为改善我国绝大多数养殖场面临的生产效率低下、人工清粪、设备体积大、功耗高、感知数据精度低等问题，基于融合机器视觉、大数据、物联网、智能建模、数据库等技术研发数字化无人生猪养殖系统，并建立生猪养殖数字化无人系统的应用示范基地，包括完成生猪养殖智能视觉监控、远程操作系统终端、数字化远程环境监控物联感知及智能科学决策、自动操作提醒、物联智能设备的应用等数字无人化技术。通过建立应用场景，采用人工养殖与数字化无人养殖进行对照试验。结果显示，本系统通过RKNet结合HAM机制可实现无接触式猪脸识别，猪脸识别模型准确性为99.26%，精确度为99.20%，模型大小仅为1.52 MB，并进行了嵌入式部署。应用数字化无人系统生猪养殖后，养殖员的日均工作时长由4 h降为2.5 h，生猪日均增长质量由1.21 kg提高至1.72kg，生猪日均异常行为减少36.4%。结果表明，建立数字化无人系统的生猪养殖场能提高生猪养殖效率，降低人工成本，提升生猪养殖业的经济效益。

关键词：生猪机器视觉大数据物联网数字孪生

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近红外驱动光催化全分解水:进展与展望

Chinese Journal of Catalysis 2024年第3期58卷 105-122页

作者：黄元勇杨洪陆欣宇陈敏施伟东江苏大学化学化工学院江苏镇江212013 江苏科技大学环境与化学工程学院江苏镇江212003

实现高效、低成本的太阳能光催化全分解水制氢是解决当前环境污染和化石能源过度使用等问题的理想方案.然而,目前光催化分解水的转化效率(低于10%)普遍较低,这成为其实际应用的主要障碍.从太阳光谱的响应范围来看,现有的光催化剂大多局... 详细信息

实现高效、低成本的太阳能光催化全分解水制氢是解决当前环境污染和化石能源过度使用等问题的理想方案.然而,目前光催化分解水的转化效率(低于10%)普遍较低,这成为其实际应用的主要障碍.从太阳光谱的响应范围来看,现有的光催化剂大多局限于紫外光或可见光区域,而近红外光区的光催化剂开发仍然非常有限.尽管近红外光在太阳光谱中占比超过一半,蕴含着巨大的能源潜力,但遗憾的是,目前大部分光催化剂无法在该波段实现高效的光催化反应.根据理论预测,光分解水的转化效率有望随着催化剂响应太阳光波长范围的扩大而显著提高.因此,如何最大限度地利用太阳能,特别是近红外光区域的光能,开发高效的近红外光响应光催化全解水制氢催化剂,已成为当前能源、环境、化学工程领域研究的热点.本文综述了近红外光驱动全分解水光催化剂在材料设计和调控方面的最新进展,涉及窄带隙半导体、带隙工程、上转换效应、局域表面等离子体效应和光敏化作用等策略.首先,从热力学和动力学的角度分析了近红外光驱动全分解水的难点:对于大多数半导体而言,要实现近红外驱动全分解水不仅要求理论带隙窄于1.77 eV,而且必须超过水氧化还原分解电位(1.23 eV),同时由于存在电位损失和动力学过电位,实际的带隙结构应在1.6–2.4 eV,这对半导体的能带结构提出了较为苛刻的要求.此外,全分解水反应的可逆性、溶解氧的影响以及材料的光稳定性问题也是实现近红外光驱动全分解水的挑战.其次,总结了各方法制备的催化剂全分解水制氢的性能,分析了其近红外光子捕获方法的优缺点,特别指出了如何在每种方法的基础上进一步促进光生载流子的分离以及近红外光子的捕获能力(比如:负载贵金属单原子助催化剂、多种方法结合构筑多元复合体系以及光催化剂表面优化等).同时,强调了在近红外驱动全分解水过程中材料特征、催化性质与功能机理三者之间的关系.尤其是利用等离子体效应和光敏化作用来实现近红外光驱动全分解水的机理,目前尚不明确,需要结合理论计算以及先进的时空分辨仪器进一步研究电荷转移机制.另外,总结了全光谱响应的全分解水制氢光催化剂在材料设计和调控方面的最新进展,包括:光敏化作用的应用、带隙调控的策略、局域表面等离子体效应的研究,以及乌尔巴赫带尾吸收捕获技术的探索.最后,归纳并展望了未来近红外驱动全分解水光催化剂所面临的挑战与机遇.尽管近年来国内外学者们围绕着近红外驱动全分解水制氢光催化剂开展了系列研究工作,取得了一些突破性进展,但近红外驱动全分解水制氢效率仍然较低以及对于近红外响应光催化剂的设计和调控方面仍然面临着许多挑战.如何设计和开发廉价、稳定且高效的近红外驱动全分解水制氢光催化剂仍需进一步探索.因此,未来需要结合不同构筑方法的优势来加强近红外区的光捕获能力、实现多元复合材料界面间的精准调控、通过高端原位时空分辨仪器以及理论计算剖析近红外驱动全分解水的过程等方面对近红外响应光催化材料进行深入研究.

关键词：光催化近红外区全分解水材料设计机理

金属有机骨架及其衍生材料在电解水和锌-空气电池中的应用

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无机化学学报 2024年第1期40卷 15-32页

作者：刘洋段信德任爽爽葛发源郑和根南京大学化学化工学院配位化学国家重点实验室南京210093 湖南理工学院机械工程学院岳阳414006

电解水和锌-空气电池(ZABs)技术为解决能源危机、实现碳中和目标开辟了一条新的途径。然而,这些技术的实际应用在很大程度上受到析氢反应(HER)、析氧反应(OER)以及氧还原反应(ORR)缓慢动力学的限制。因此,迫切需要开发高效、稳定的电催... 详细信息

电解水和锌-空气电池(ZABs)技术为解决能源危机、实现碳中和目标开辟了一条新的途径。然而,这些技术的实际应用在很大程度上受到析氢反应(HER)、析氧反应(OER)以及氧还原反应(ORR)缓慢动力学的限制。因此,迫切需要开发高效、稳定的电催化剂有效降低反应过电位,加快电催化反应进程。金属有机骨架(MOFs)由于其灵活可调的组成和精确可控的结构,已成为催化领域研究最广泛的材料之一。本文聚焦于MOFs基电催化剂的制备策略和结构特性,主要介绍它们在电解水和ZABs方面近期的研究进展,并对该领域存在的问题和发展趋势进行了总结和展望。

关键词：金属有机骨架电催化剂电解水锌-空气电池

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巢式-碳硼烷硼氢键官能化反应研究进展

有机化学 2024年第2期44卷 438-447页

作者：付雅彤孙超凡张丹金成国陆居有宜宾学院材料与化学工程学部四川宜宾644000 海南大学化学化工学院海口570228

巢式-碳硼烷是医学、材料科学和有机金属/配位化学等领域中多功能的重要砌块.近年来,巢式-碳硼烷的硼氢键直接活化及官能化反应受到了广泛关注.由于碳硼烷通常含有十个化学环境相似的硼氢键,因此区域选择控制一直是碳硼烷硼氢键活化的... 详细信息

巢式-碳硼烷是医学、材料科学和有机金属/配位化学等领域中多功能的重要砌块.近年来,巢式-碳硼烷的硼氢键直接活化及官能化反应受到了广泛关注.由于碳硼烷通常含有十个化学环境相似的硼氢键,因此区域选择控制一直是碳硼烷硼氢键活化的一个长期挑战.近年来,巢式-碳硼烷开口平面上的硼氢键官能化取得了重大进展,而非开口球面上的硼氢键选择性活化依然具有挑战性.总结了巢式-碳硼烷的区域选择性硼氢键官能化反应的研究进展,从开口面和非开口面硼氢键活化两个角度进行梳理.

关键词：碳硼烷硼氢键活化区域选择性官能化导向基团

掺杂型Co基钙钛矿的合成及光催化降解有机废水

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工业水处理 2024年

作者：解鹤唐彬陈兵兵李佳利詹海鹃宁夏大学化学化工学院宁夏理工学院理学与化学工程学院

以金属硝酸盐为原料，采用溶胶凝胶法控制合成了Ce，Mn掺杂的钴基钙钛矿系列催化剂，通过XRD，SEM，TEM，XPS，EPR等手段探究了催化材料的结构特性，并以茜素红和酸性品红作为探针有机污染物，探究在氙灯条件下的光催化降解性能，其茜... 详细信息

以金属硝酸盐为原料，采用溶胶凝胶法控制合成了Ce，Mn掺杂的钴基钙钛矿系列催化剂，通过XRD，SEM，TEM，XPS，EPR等手段探究了催化材料的结构特性，并以茜素红和酸性品红作为探针有机污染物，探究在氙灯条件下的光催化降解性能，其茜素红及酸性品红降解率分别可达95%和90%以上，催化剂在循环使用6次后仍保持良好的降解稳定性。结果表明Mn、Ce元素的引入促进了LaCoO3基钙钛矿比表面积的增大，且在晶体结构中形成了更多结构缺陷，XPS、ERP及反应前后的红外测试结果综合表明材料结构中的氧空位缺陷，可促使茜素红结构中的醌式结构瓦解，进而促进光催化降解性能提升。同时，表面氧物种及氧空位是主要的光催化降解有机污染物活性物种，LaCo0.7Ce0.3O3因其适宜的结构性能而表现出最优的光催化降解性能。

关键词：钙钛矿金属掺杂光催化降解有机污染物

不同荷载作用下二维硼烯的力学性能及变形破坏机理

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物理学报 2024年第11期73卷 251-262页

作者：韩同伟李选政赵泽若顾叶彤马川张小燕江苏大学土木工程与力学学院镇江212013 江苏大学化学化工学院镇江212013

二维硼烯具有丰富的物理和化学性质,在凝聚态物理和材料科学等领域引起了广泛的研究兴趣,但硼烯在不同荷载作用下的力学性能和变形破坏机理仍需进一步研究.本文采用分子动力学方法模拟了硼烯的拉伸、剪切和纳米压痕破坏过程,获得了硼烯... 详细信息

二维硼烯具有丰富的物理和化学性质,在凝聚态物理和材料科学等领域引起了广泛的研究兴趣,但硼烯在不同荷载作用下的力学性能和变形破坏机理仍需进一步研究.本文采用分子动力学方法模拟了硼烯的拉伸、剪切和纳米压痕破坏过程,获得了硼烯的关键力学性能参数,并从两种不同类型的B—B键长随应变/压入深度的变化规律分析了硼烯在不同载荷作用下的力学性能和变形破坏机理.研究发现,硼烯的拉伸力学性能表现出显著的各向异性特性,沿扶手椅方向的杨氏模量和强度远高于沿锯齿方向,而硼烯的剪切力学性能的各向异性特性不明显,产生以上现象的原因可归因于强σ键B—B键和弱多中心键的不同贡献.研究还发现,硼烯在球形和圆柱形压头载荷作用下表现出不同的力学响应规律.在球形压头载荷作用下,硼烯能承受的最大压入载荷远低于圆柱形压头的情况,而且无法测得与拉伸一致的本征力学性能参数,而采用圆柱形压头沿不同的方向压入硼烯薄膜时,硼烯也表现出与拉伸时类似的各向异性特性,并且可以测得与拉伸时一致的杨氏模量等力学性能参数.本文还研究了压痕模型尺寸与压头半径的比值、压头加载速率和加载温度等因素对硼烯力学性能参数的影响规律.以上研究结果可为基于硼烯的微/纳米机电系统的实际应用提供重要指导.

关键词：硼烯力学性能变形机理分子动力学