金刚石是集最高硬度、超宽禁带、最高热导率等优异性能于一体的典型超硬多功能材料, 天然金刚石储量低且价格昂贵, 其中彩色天然金刚石在自然界中产储量极其稀少且致色机制较为复杂。高温高压法是制备金刚石的有效手段, 然而调控金刚石颜色获得可控的彩色金刚石, 仍面临极大挑战。本文通过对粉色、绿色天然和高温高压温度梯度法制备的金刚石进行一系列拉曼、荧光、红外和可见光吸收测试, 详细地研究其品质、缺陷随温度变化及致色原因, 发现彩色金刚石致色与电中性的N2V缺陷(H3)、剪切应力、塑性形变和NV0/NV-色心等因素相关。通过各种手段获得不同颜色的金刚石不仅是为了其欣赏及收藏价值, 其颜色的调控也有助于人们对金刚石形成机制的进一步了解, 为培育彩色金刚石提供新的参考。

非晶碳材料随着其内部sp3杂化键成分的不断增加, 展现出更加优异的力学、光学和热学性质。高压作为一种极端物理条件, 可以有效促进材料中碳原子由sp2向sp3发生成键转变。本文介绍了近年来高压下新型超硬非晶碳材料合成与研究中取得的一些成果和进展, 主要利用富勒烯、玻璃碳等碳前驱体, 研究其在高压、高温高压以及剪切应变下制备超硬非晶碳, 及其结构转变机理。这些结果深化了对共价非晶材料微观结构转变以及其结构与性能之间关联的认识, 基于此, 对未来极端条件下超硬sp3非晶碳材料的合成做出了展望。

光子晶体确定性界面态因其在光波导等领域的广泛应用引起了研究人员广泛的研究热情。尝试利用光子晶体的有效电磁参数来对确定性界面态的产生进行预测，这是对现有能带的Zak相位理论的推广。有效电磁参数的优势在于不需要计算复杂的能带结构与Zak相位，用于更简便地设计光子晶体中的确定性界面态。与表面等离子体激元类似，确定性界面态的存在需要构成界面的两种光子晶体的阻抗之和为零，因此各向异性光子晶体中确定性界面态的存在只取决于特定方向的有效介电常数与有效磁导率。通过设计有效电磁参数满足条件的各向异性光子晶体，可以保证确定性界面态存在且只沿特定的界面方向传播。仿真结果证实了光子晶体有效介质理论的准确性以及界面态的存在。

材料在压力作用下可出现不同的响应行为，如硬化、压缩性、光学性质改变等，依此设计出具有优异力学、机械以及发光性能的材料，是设计新型功能材料的重要途径。本文将介绍课题组近年来在新型压致响应功能晶体材料研究中取得的进展，基于碳及碳骨架分子，设计不同的碳基分子共晶，利用高压技术，设计构筑出系列具有潜在超硬特性、负体积压缩性的材料以及反常压力响应的发光材料。

重金属污染是一个相当严重的环境问题。 镉具有很强的生物毒性和不可降解性, 对生态环境和人体健康有极大威胁, 被列为优先控制污染物。 环境中镉的主要污染源是电镀、 采矿和化学工业等部门的废水, 如何简单高效去除水中的镉, 有重要的社会意义和经济意义。 目前, 水中重金属的去除方法有化学沉淀、 膜分离、 离子交换、 吸附、 电解等, 其中吸附法因简单高效而广泛应用。 活性炭纤维是一种新型活性炭, 孔径小且均匀, 表面官能团发达, 吸附性能好, 逐步应用于水处理领域。 以电感耦合等离子体光谱为检测手段, 佐以比表面积分析, X射线衍射, 元素分析和傅里叶变换红外光谱, 研究比较了三种活性炭纤维（纤维炭网、 活性炭无纺布、 活性炭纤维毡）的结构特点及其对水中镉的吸附性能。 三种活性炭纤维结构基本类似, 具有较发达的孔隙结构。 活性炭无纺布极性较强, 表面有丰富的羟基、 羧基、 醛基等含氧官能团, 对水中镉的吸附作用最大。 因此, 选择活性炭无纺布为吸附剂进行后续实验。 研究了活性炭无纺布吸附镉的影响因素, 如溶液pH, 吸附时间等。 溶液pH影响吸附剂表面电荷及水中镉的存在状态。 水中镉的去除效率随溶液初始pH的增大而增大, 在较低pH时, 吸附剂与Cd2+间存在静电斥力, 同时H+和Cd2+存在竞争吸附, pH>9时, 镉的去除是吸附与沉淀协同作用的结果, 选择pH为6～7。 在吸附的初始阶段, 活性炭无纺布对Cd2+的吸附量迅速增加, 10 min时, 吸附率达到72%。 随着吸附位点逐渐被Cd2+所填充, 吸附速率逐渐变慢, 300 min时, 吸附容量基本无变化, 吸附趋于平衡。 优化了镉的吸附条件后, 进行等温吸附实验和动力学实验。 结果表明, 25 ℃时, 吸附时间为300 min, pH 6.0条件下, 当镉的平衡浓度在20.00 mg·L-1时, 活性炭无纺布对镉的单位质量吸附量和单位比表面积吸附量分别是3.04 mg·g-1和0.035 mg·m-2。 用Langmuir方程（R2=0.997, KL =1.796 L·mg-1）和Freundich方程（R2=0.895, KF=0.918 L·mg-1, n=2.12）拟合活性炭无纺布对镉的等温吸附数据, Langmuir方程计算的理论吸附量为3.07 mg·g-1, 与实验值相当, 并且线性系数更高, 说明该体系的吸附符合Langmuir方程, 主要为单分子层吸附。 Langmuir分离因子介于0和1之间, 表明活性炭无纺布对镉的吸附容易进行。 用准一级动力学方程、 准二级动力学方程、 颗粒内扩散方程和Elovich方程四种动力学模型拟合吸附过程。 在吸附的前5 min, 镉在活性炭无纺布上的吸附符合颗粒内扩散方程（R2=0.985）, 吸附主要受颗粒内扩散控制。 在吸附的5～300 min, 颗粒内扩散方程拟合较差。 整个吸附过程符合准二级动力学方程（R2=0.999, k2=0.367 g·mg-1·min-1）, Elovich方程（R2=0.981, a=0.271 mg·g-1, b=0.083 mg·g-1·(lg min)-1）和准一级动力学方程（R2=0.927, k1=0.008 8 min-1）次之, 颗粒内扩散方程（R2=0.785）最差。 活性炭无纺布对镉的吸附过程是一种化学作用为主的吸附过程。 对5.00 mg·L-1含镉水样, 活性炭无纺布投放量为10 g·L-1时, 吸附后水中镉的浓度小于0.10 mg·L-1, 符合《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）。 活性炭无纺布可同时吸附镉, 铜, 铅, 铬等重金属离子, 选择性较差。 但在电镀、 采矿等实际废水中重金属种类复杂, 适当提高吸附剂投放量, 可同时去除多种重金属。 利用活性炭无纺布吸附处理含镉水样, 处理效果好、 操作简单, 可以作为去除水中镉的吸附剂, 为含镉废水的处理提供了技术支持和理论基础。

建立了离子交换树脂-固相萃取富集-电感耦合等离子体光谱(ICP-AES)联用测定水中的重金属元素Zn, Mn, Cu, Co, Ni, Cd, Pb的方法。 实验采用Dowex50WX8强酸型阳离子交换树脂, 通过优化富集分离条件和排除共存离子的干扰, 最终确定最佳的样品pH, 样品流速, 洗脱液种类和浓度, 样品体积分别为3.0~4.0, 3.0 mL·min-1, 3.0 mol·L-1 HNO3, 200 mL。 方法中各元素的检出限和定量限范围分别为0.09~0.45和0.31~1.50 μg·L-1, 加标回收率和相对标准偏差RSD(n=6)分别为95.3%～104.2%和1.25%～4.12%。 采用该方法测定不同地区的样品, 并与直接采用ICP-MS法进行对比, 其测定结果基本吻合。 实验表明该方法的检出限, 定量限可以满足水中重金属元素Zn, Mn, Cu, Co, Ni, Cd, Pb的检测要求, 准确性和精密度好, 结果可靠, 适用于测定水中Zn, Mn, Cu, Co, Ni, Cd, Pb。Plasma Atomic Emission Spectrometry

目前, 越来越多的磷进入水中, 严重影响着生态环境和人类身体健康, 但磷的传统分析方法操作复杂, 需外加多种试剂。 采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定水中总磷, 对仪器工作条件进行了探讨。 结果表明仪器最佳工作条件如下: 分析谱线为213.617 nm, 射频功率为1 300 W, 雾化器流速为0.5 L·min-1, 观测高度为15 mm, 蠕动泵泵速为1.2 mL·min-1, 观测方式为径向。 在仪器的最佳工作条件下, 对本方法测定磷的检出限, 精密度, 回收率进行了研究。 结果表明仪器检出限为0.028 mg·L-1, 方法检出限为0.084 mg·L-1, 精密度在0.6%~3.9%之间, 回收率为102.3%~103.0%。 此外, 本方法与磷钼蓝分光光度法进行了对比, 分析结果基本一致。 该方法快捷简便, 具有较好的精密度和回收率, 适于实际样品的分析。

地下水及矿泉水中二氧化硅的传统分析方法过程皆比较繁冗,采用电感耦合等离子体-原子发射光谱法(ICP-AES)测定地下水及矿泉水中的二氧化硅.在选定了较灵敏的硅分析线后,探讨了ICP光谱仪工作条件对分析结果的影响,同时研究并消除共存离子对SiO2测定结果的影响.通过条件实验,选择仪器的发射功率为1 350 W,观测高度为12 mm,雾化器压力为0.20 MPa,泵速为75 r·min-1.在光谱仪最佳分析条件下,利用该方法测定地下水及矿泉水中二氧化硅的含量,其检出限为0.017 mg·L-1,加标回收率在94.10%～103.8%之间,相对标准偏差(RSD)≤3.06%,同时与硅钼黄分光光度法进行对比实验,结果基本吻合,相对偏差≤3.00%,本方法简便快捷,精密度和准确度较高,可以用于科研及日常生产中。

C60高度的分子对称性使其能带间的电子跃迁被禁止,导致其发光很弱.为了提高C60纳米晶的发光强度,采用挥发C60的芳香烃饱和溶液的方法,一步合成了芳香烃溶剂化的C60纳米晶.实验结果表明,有机溶剂的掺杂在不同程度上增强了C60纳米晶的发光,其原因可能是溶剂的掺杂破坏了C60 的高度的分子对称性.