1 1.西南石油大学 油气藏地质及开发工程全国重点实验室, 成都 610500
2 2.西南石油大学 新能源与材料学院, 成都 610500
室内甲醛污染已成为影响人类生命健康的重要问题之一。以氧气为氧化剂的催化氧化甲醛技术以其条件温和、无毒副产物等优势而受到广泛关注, 但是开发经济高效的催化材料仍然面临巨大的挑战。本工作通过一步水热法制备了α-Ni(OH)2, 并研究了其催化氧化甲醛机理。测试结果表明, 以水为溶剂、硝酸镍为镍源制备的α-Ni(OH)2在室温下催化氧化甲醛效率最高, 达到71.2%。原位红外和理论计算分析发现, 由于α-Ni(OH)2表面丰富的羟基官能团, 吸附的甲醛与α-Ni(OH)2表面羟基之间存在强烈的相互作用, 增强了对甲醛的活化, 在无氧气条件下实现了甲醛氧化。另一方面, 不同条件处理的α-Ni(OH)2的XPS分析证实了催化氧化甲醛的活性位点为Ni3+, 且氧气可加速Ni3+活性位点的回复。α-Ni(OH)2表面羟基协同活性位点Ni3+促进了甲醛的催化氧化, 这与传统氧气解离为速控步的甲醛氧化反应路径明显不同。本研究提出了表面羟基协同活性位点促进甲醛氧化的反应机理, 为催化氧化甲醛技术的实际应用提供了理论基础。
催化氧化甲醛 表面羟基 反应机理 反应路径 catalytic formaldehyde oxidation surface hydroxyl reaction mechanism reaction path
臭氧污染已成为我国继PM2.5之后的主要污染物, 传统的臭氧分解催化材料在湿润环境中性能不稳定。本工作采用水热法制备了一种铁掺杂改性的碱式碳酸镍催化剂(NiCH-Fe), 该催化剂可在60%相对湿度下稳定分解2.14 μg/L臭氧12 h, 去除率达99%。水分子吸附质量检测结果表明, NiCH-Fe表面的水分子吸附量比纯NiCH明显减少, 表面水分子吸脱附可逆; 密度泛函理论结果证明, Fe原子是新的代替Ni原子的臭氧吸附位点, 并且Fe原子对臭氧分子的吸附能力更强。此外, XPS表明作为活性位点的Fe元素在反应前后保持稳定。掺杂Fe后的催化材料具有优异的抗湿性与长效稳定性。本研究表明通过金属离子掺杂, 改变催化材料的表面性质, 可获得具有良好抗湿性能的臭氧催化分解材料, 这为进一步开发兼具高抗湿性和高活性的臭氧催化分解材料, 提供了有效的技术方法。
碱式碳酸镍 掺杂 臭氧催化分解 抗湿性 basic nickel carbonate doping ozone decomposition moisture resistance 
Author Affiliations
Abstract
1 School of Instrumentation and Optoelectronic Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China
2 Hangzhou Innovation Institute of Beihang University, Hangzhou 310051, China
3 Beihang Hangzhou Innovation Institute Yuhang, Hangzhou 310023, China
4 Research Institute for Frontier Science, Beihang University, Beijing 100191, China
We propose a dual-mode optically pumped magnetometer (OPM) that can flexibly switch between single-beam modulation mode and double-beam DC mode. Based on a miniaturized vapor cell, the double-beam DC mode achieves a sensitivity of with probe noise below and working bandwidth over 65 Hz. This mode is designed to precisely measure the noise floor of a mu-metal magnetic shield. The single-beam modulation mode (sensitivity ) exhibits bandwidth characteristics suitable for biomagnetic measurements. Thus, our design is suitable for a miniaturized OPM with multiple functions, including magnetic-shield background noise measurement and medical imaging.
optically pumped magnetometer atomic optics dual-mode magnetometer magnetoencephalography medical imaging Chinese Optics Letters
2022, 20(8): 081202
火焰诊断技术是指运用光谱、 图像、 噪声等传感手段, 获得火焰状态的信息, 通过所获取的信息分析火焰的燃烧和气化状态。 发展燃烧过程诊断和优化火焰诊断方法是燃烧工业面临的挑战之一, 燃烧诊断技术的提升可以更好地监测不同燃料的效率、 可靠性和灵活性。 火焰光谱诊断可以确定火焰的位置、 当量比等宏观性质, 也可以探究火焰自身的特征, 如瞬间产生的物质等。 通过光谱诊断的方法可以更加全面地了解燃烧的过程。 由于激光诊断方法具有系统复杂、 环境要求严格等缺点, 基于火焰自发化学发光的检测方法越来越受到人们的重视。 阐述火焰光谱诊断技术的研究进展和发展趋势, 主要介绍了化学发光信号的产生机理, 光谱诊断燃烧中间产物(OH*, CH*和C2*)的化学发光反应机理模型和主要产生路径。 总结了火焰光谱诊断技术在对燃烧中间产物研究中的应用进展, 包括采用化学发光表征热释放速率、 化学发光峰值强度与当量比的关系、 化学发光强度峰值位置对火焰温度峰值位置的表征、 用化学发光图像确定射流火焰的推举高度和基于光谱图像处理的火焰结构表征。 探讨了实际应用中化学发光作为诊断工具在包含额外背景辐射的火焰中受到影响, CH*化学发光的测量被环境中碳烟的黑体辐射遮蔽的问题。 进一步展望了火焰光谱诊断技术在未来的应用前景。 未来光谱诊断的发展将会呈现使用更详细的燃烧机理来提升火焰光谱诊断的准确性、 减小湍流对局部燃烧的影响、 减小不均匀的碳烟对火焰图像准确性造成的影响、 提升摄像机和光谱仪的精度等发展趋势。 化学发光光谱和图像在线测量方法及技术对于推动与燃烧和流动相关领域研究具有重要的科学发展意义和广阔的工程指导意义。
光谱诊断 自由基辐射 化学发光 燃烧中间产物 Spectral diagnostics Radical emission Chemiluminescence Combustion intermediates 光谱学与光谱分析
2020, 40(11): 3358
1 西南石油大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室, 成都 610500
2 西南石油大学 材料科学与工程学院, 新能源材料及技术研究中心, 成都 610500
光催化去除一氧化氮(NO)是一种新兴的空气净化技术, 但极易生成毒副产物二氧化氮(NO2), 限制了其实际应用。为解决这一问题, 本研究以氮化硼(BN)纳米片为模板, 用原位生长法在其表面形成溴氧铋(BiOBr)纳米片, 成功构建二维-二维(2D-2D)可见光催化剂BiOBr-BN。根据X射线光电子能谱及第一性原理计算结果, BiOBr通过界面作用将电子转移至BN, 形成内建电场, 有效促进光生载流子的分离。BiOBr作为NO氧化的活性面, 增强氧气(O2)的吸附和活化, 抑制NO2的生成。可见光催化氧化NO性能测试结果表明, 5%BiOBr复合BN后, NO去除率从24.6%提高到39.5%, NO3-的氧化选择性从36.6%提高到82.7%。
溴氧铋 氮化硼 光催化 一氧化氮 毒副产物 bismuth oxybromide boron nitride photocatalysis nitric oxide toxic byproduct
1 西南石油大学 材料科学与工程学院, 新能源材料及技术研究中心, 成都 610500
2 重庆工商大学 环境与资源学院, 催化与环境新材料重庆市重点实验室, 重庆 400067
半导体光催化技术具有低能耗和环境友好等优点, 在众多氮氧化物去除技术中具有较大的发展潜力。本研究在室温下成功制备了碳酸氧铋(Bi2O2CO3, BOC)/聚吡咯(PPy)光催化剂, 并在可见光下对一氧化氮(NO)进行光催化氧化去除。可见光催化NO氧化性能测试结果表明, BOC复合PPy之后, 其NO去除率从9.4%提高到20.4%, 毒副产物NO2的生成率从2%降到接近零。这是因为在BOC和PPy界面氢键作用下, 在BOC和PPy界面形成了氧空位。光电流和交流阻抗测试表明氧空位的形成改善了BOC光生载流子分离和迁移过程, 从而提高其光催化活性。此外, BOC/PPy光催化氧化NO机理分析表明, 氧空位促进O2生成更多的·O2-, 进而与·OH共同作用, 提高BOC的NO氧化反应活性和安全性。
碳酸氧铋 聚吡咯 光催化 一氧化氮 氧空位 bismuth carbonate polypyrrole photocatalysis nitric oxide oxygen vacancies
1 西南石油大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室, 成都 610500
2 西南石油大学 材料科学与工程学院, 新能源材料及技术研究中心, 成都 610500
含油污水的治理已经成为世界性的难题, 如何有效分离油水混合物成为亟待解决的问题。本研究通过绿色环保、简单浸蘸的表面修饰法, 以三聚氰胺海绵(MS)作为基底材料, 选择氧化石墨烯溶液(GO)与聚四氟乙烯浓缩分散液(PTFE)的混合液对MS改性, 成功制备出性能优异的超疏水材料(GPMS)。采用X射线衍射仪(XRD), 热重分析仪(TG)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对制备的GPMS进行结构、形貌和组分分析, 并对其表面浸润性、压缩循环性、选择吸附性能以及连续油水乳浊液分离性能进行了系统研究。结果表明, 制备的GPMS具有超疏水性(疏水角可达168°); 机械性能优越, 可以完成50次压缩循环实验; 能够选择性地吸附水上浮油与水下重油, 还可对油水乳浊液实现高效分离, 是一种具有实际应用价值的含油污水治理材料。
三聚氰胺海绵 超疏水 油水乳浊液分离 含油污水 melamine sponge superhydrophobic oil-water emulsion separation oily wastewater
1 西南石油大学 材料科学与工程学院, 新能源材料及技术研究中心, 成都 610500
2 重庆工商大学 环境与资源学院, 催化与环境新材料重庆市重点实验室, 重庆 400067
本实验成功制备了氮掺杂碳酸氧铋(N-Bi2O2CO3, N-BOC)/硒化镉量子点(CdSe QDs)复合光催化剂, 并将其运用于光催化降解室内空气污染物一氧化氮(NO)。X射线衍射、透射电子显微镜和光电子能谱测试结果表明N-BOC光催化剂在保持原有纳米片结构和形貌的基础上成功负载了CdSe QDs。光催化氧化NO实验结果显示CdSe QDs的引入可显著提高N-BOC的NO去除率, 并且二次毒副产物NO2生成率大幅度降低至1%, 表明复合光催化剂具有极强的毒副产物抑制特性。固体紫外漫反射吸收光谱和发光光谱测试表明CdSe QDs拓宽并提升了N-BOC的光响应范围和能力, 并有效抑制了光生电子-空穴的复合效率。通过原位漫反射傅里叶变换红外光谱技术(DRIFTS)分析, 发现在N-BOC/CdSe QDs光催化氧化NO反应过程中没有NO2信号产生, 仅观测到NO3-相关信号。机理分析表明超氧自由基(O2-)和光生空穴(h +)是体系中可能存在的活性物种, 实现了对NO到NO3-的彻底氧化。
碳酸氧铋 硒化镉量子点 光催化 一氧化氮 原位漫反射傅里叶变换红外光谱 bismuth subcarbonate cadmium selenide quantum dots photocatalysis nitric oxide in situ DRIFTS
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, Jinan 250100, China
2 Key Laboratory of Functional Crystal Materials and Device (Shandong University), Ministry of Education, Jinan 250100, China
With tin diselenide (SnSe2) film as a saturable absorber (SA), the passively Q-switched self-frequency doubling (SFD) lasers were realized in Nd3+:ReCa4O(BO3)3 (Re = Y, Gd) crystals. For Nd:YCa4O(BO3)3 crystal, the maximum average output power at 532 nm was 19.6 mW, and the corresponding pulse repetition frequency, pulse duration, single pulse energy, and peak power were 17.6 kHz, 91.9 ns, 1.1 μJ, and 12.1 W, respectively. For Nd:GdCa4O(BO3)3 crystal, these values were 14.5 mW, 22.1 kHz, 48.7 ns, 0.66 μJ, and 13.5 W.
140.3580 Lasers, solid-state 140.3540 Lasers, Q-switched 160.4236 Nanomaterials 160.4330 Nonlinear optical materials Chinese Optics Letters
2019, 17(6): 061402
1 江西农业大学生物光电技术及应用重点实验室, 江西 南昌 330045
2 浙江省检验检疫科学技术研究院, 浙江 杭州 311215
采用可见/近红外光谱技术结合化学计量学方法对油茶籽油三元体系掺假进行定量检测研究。 将菜籽油和花生油按不同比例掺入纯油茶籽油中, 获得掺假样本。 采集纯油茶籽油及掺假样本在350~1 800 nm范围内的可见/近红外光谱数据, 随机分为校正集和预测集, 并从不同建模波段、 预处理方法及建模方法角度对掺假预测模型进行优化。 研究结果表明, 菜籽油、 花生油和总掺伪量的最优建模波段及预处理方法分别为750~1 770, 900~1 770 , 870~1 770 nm和多元散射校正(MSC)、 标准归一化处理(SNV)和二阶微分, 而最优的建模方法均为最小二乘支持向量机(LSSVM)。 对于最优掺假模型, 菜籽油、 花生油和总掺伪量的预测集相关系数(Rp)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.963, 0.982, 0.993和2.1%, 1.5%, 1.8%。 由此可见, 可见/近红外光谱技术结合化学计量学方法可以用于油茶籽油的三元体系掺假定量检测。
可见/近红外光谱 掺假检测 油茶籽油 三元体系 模型优化 Visible/near infrared spectroscopy Adulteration detection Camellia oil Ternary system Model optimization 光谱学与光谱分析
2016, 36(12): 3881
