AB(O,N)₃型钙钛矿氮氧化物是一类新型功能陶瓷材料, 具有独特的介电/磁/光催化等性能, 在能源存储与转化领域应用前景广阔, 但传统制备工艺耗时长且产物纯度较低。本研究以尿素为氮源、金属氧化物为前驱体, 采用无压放电等离子烧结设备一步合成了钙钛矿氮氧化物SrTa(O,N)₃陶瓷粉体, 并实现了快速致密化。深入研究了升温速率和合成温度对粉体组成与微观形貌的影响, 并对优化后制备的陶瓷块体进行了介电性能表征。结果表明, 较高的升温速率和适中的合成温度有利于氮化反应的充分进行, 在100 ℃/min和1000 ℃下制得的SrTa(O,N)₃粉体纯度最高, 氧氮化物相含量约97%, 粒径分布区间为100~300 nm, Sr、Ta、O、N 四种元素分布均匀。较优的致密化工艺为烧结温度1300 ℃、升温速率300 ℃/min、保温时间1 min, 经烧结制得的SrTa(O,N)₃陶瓷试片致密度可达94%以上, 且纯度很高, 该材料在300 Hz时的介电常数高达8349, 介电损耗为10^-4量级, 优于文献报道值。本研究制备的SrTa(O,N)₃陶瓷的高介电常数与致密度和纯度的调控密不可分, 这是因为气孔和杂质会降低材料介电常数, 高致密度和高纯度是SrTa(O,N)₃氧氮化物陶瓷获得优异介电性能的关键。

尿素是我国主要的氮肥品种, 但其活性高, 在土壤中水解后极易通过挥发和淋洗损失, 利用率低, 造成养分资源浪费并污染环境。 使用有机酸对尿素进行改性可以延缓尿素分解, 提高尿素利用率, 但有机酸与尿素的结合方式及其增效机理尚不明确。 研究中选取柠檬酸和水杨酸两种小分子有机酸作为添加剂, 分别加入到熔融尿素中, 获得柠檬酸尿素与水杨酸尿素。 利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)分析材料的化学结构, 利用液相色谱-质谱联用(LC-MS)研究材料的物质组成及相对分子质量, 尝试通过以上多谱学的分析方法, 明晰两种有机酸与尿素的结合方式。 结果表明, 柠檬酸和水杨酸与尿素结合后, FTIR在3 348 cm^-1处产生了加强的伯胺振动峰, 推测小分子有机酸与尿素在伯胺处发生了反应。 XPS C(1s)和N(1s)图谱分别出现新的碳结构(—CX)和新的氮结构(—NX), 降低了柠檬酸/水杨酸中原有羧基碳结构和尿素中酰胺基氮结构的相对含量, O(1s)图谱出现C—OH化学键断裂, 表明, 柠檬酸/水杨酸的羧基与尿素的酰胺基相互作用生成了新的物质。 LC-MS分析发现柠檬酸尿素/水杨酸尿素中的新物质可能是柠檬酸/水杨酸的羧基与尿素的酰胺基发生脱水反应, 生成含有O=C—NH—C(O)—NH₂结构的物质。 因此, 利用光谱分析等手段明晰了有机酸与尿素的结合方式与结合产物特征, 为有机高分子与尿素反应机理的研究提供了理论依据, 为后续高效肥料增效剂的筛选提供了方向。

以牛血清白蛋白(BSA)和葡萄糖为原料, 采用光谱技术从分子水平上研究不同浓度尿素(0~7 mol·L^-1)对BSA糖基化反应的影响。 结果表明: BSA经过尿素处理后, 其糖基化产物的自由氨基含量和内源荧光强度均显著下降; 同步荧光光谱表明BSA与尿素的结合点更接近于色氨酸(Trp)残基; 紫外光谱分析表明经尿素处理后BSA的糖基化产物的紫外吸收值均有不同程度的增加; 三维荧光光谱表明随着尿素浓度的增加, BSA的最大发射波长产生先红移再蓝移的变化趋势, 说明其结构展开, 促进了BSA的糖基化反应。 结果表明, 尿素处理会使BSA的空间结构发生不同程度的伸展, 且当尿素浓度为3 mol·L^-1时BSA的糖基化反应程度最大。

尿素是氨基酸代谢的最终产物, 其作为氮肥在农业中用途广泛。 但当尿素的浓度在人体中积累到一定值时, 它将对人体的器官将产生一定的损害。 因此, 建立一种简便、 灵敏的尿素检测方法具有重要的意义。 共振瑞利散射(RRS)是一种操作简便, 灵敏度好及耗能低的分子光谱技术, 其在化学及生命科学等领域都得到了广泛的应用。 目前, 共振瑞利散射技术应用于尿素的定量分析亦有报道, 但还是存在操作复杂和灵敏度低等问题。 该工作开发了一种简单、 快速及灵敏的共振瑞利散射-能量转移(RRS-ET)新方法应用于人体尿液中痕量尿素(UR)的检测。 在盐酸及稳定剂氨基硫脲(TSC)存在条件下, 丁二酮肟(DMG)与UR反应生成稳定的红色二嗪衍生物4,5-二甲基-2-咪唑酮(DIK), DIK作为能量受体能与能量供体聚苯乙烯纳米探针(PS)发生RRS-ET现象, 使得体系的RRS信号发生变化。 在一定范围内, 随着UR浓度的增大, 体系在500 nm处的RRS强度呈线性降低。 为了达到最佳检测效果, 对影响体系信号的因素进行了优化, 结果表明, 当选择HCl溶液浓度为0.75 mol·L^-1, TSC溶液浓度为0.22 mmol·L^-1, DMG溶液浓度为19.35 mmol·L^-1, PS的浓度为17.5 μg·mL^-1, 水浴温度为80 ℃, 水浴反应时间为20 min时, 体系获得最佳检测效果。 在最佳条件下, 聚苯乙烯纳米微粒体系的共振瑞利散射信号降低值与UR浓度在2.0~3200 ng·mL^-1范围内呈线性关系, 检出限为2.0 ng·mL^-1。 同时, 考察了共存物质对2 000 ng·mL^-1 UR测定情况的影响。 结果表明, 100 μg·mL^-1的Na⁺, Zn²⁺, 20 μg·mL^-1的Mn²⁺, Cr³⁺, 10 μg·mL^-1的SO^2-₄, NO₃^-, Co²⁺, Fe³⁺, 2 μg·mL^-1 Cr⁶⁺, Ca²⁺不干扰UR的测定, 说明该方法有较好的选择性。 最后, 将该RRS-ET方法应用于尿液中UR的测定, 样品加标回收率在94.19%~96.94%之间, 相对标准偏差(RSD)在4.20%~6.35%之间, 检测结果令人满意。 据此, 建立了一个共振瑞利散射-能量转移分析尿素的新方法, 方法操作简单、 灵敏度高。

采用尿素还原剂SNCR(选择性非催化还原)工艺脱硝制备的陶瓷板坯料经成型和烧成, 陶瓷板表面常常出现凹坑状表面缺陷, 其成因难以通过坯料的常规化学成分分析判定。 通过XRD, FTIR和TGA-FTIR等多光谱结合的方法分析揭示其形成机理。 研究结果表明: 尿素脱硝坯料和氨水脱硝坯料受热过程中所释放的主要气体是CO₂和H₂O, 但前者不仅释放气体量明显大于后者, 而且还释放HNCO和NH₃气体, 残余尿素会促使气体释放量进一步增大; 尿素脱硝坯料中存在HOCN, HNCO及其盐类等反应产物, 它们会在500 ℃以上逐渐分解产生额外的CO₂气体; 陶瓷板在高温烧成阶段, 坯体中形成大量液相使表面气孔封闭, 坯料中氰酸盐和异氰酸盐持续分解所产生的大量气体难以排出, 在液相中聚集成气泡, 在烧成后的降温过程中气泡破裂或塌陷, 最终造成了陶瓷板表面的凹坑状缺陷。 采用多种光谱结合的方法, 以坯料在XRD谱中17.80°的氰酸钠衍射峰、 FTIR谱中2 226 cm^-1的氰酸根吸收峰以及TGA-FTIR谱中2 241 cm^-1的氰酸气体吸收峰等特征参数为判据, 可以预判坯料质量进而提高陶瓷板成品率。