关键词： 氧化石墨烯   烟嘧磺隆   甜玉米   抗氧化系统   激素  

摘要： 烟嘧磺隆（Nicosulfuron,NIF）对甜玉米的药害作用屡见报道。尽管氧化石墨烯（Graphene oxide,GO）在肥料、植物病虫害防治和植物生长调节等农业领域已经得到了广泛的应用,但将GO作为除草剂的安全剂仍处于早期开发阶段。本研究利用一对对NIF表现不同耐药性（耐药性甜玉米自交系HK301-抗和敏感性甜玉米自交系HK320-感）的甜玉米自交系为试验材料,以清水（CK）为对照,研究不同药剂处理（GO、GO-NIF、NIF和CK）对甜玉米光合特性、叶绿素荧光参数、活性氧、内源激素、抗氧化系统的影响,分析其解毒作用机理,以期为GO-NIF在甜玉米田间杂草防治在农业生产中的有效利用提供理论依据和实践指导,本研究的实施可为甜玉米田间杂草的防除提供新的策略。研究结果如下: 1.与NIF处理相比,GO-NIF处理显著提高了敏感自交系HK320-感的净光合速率（P_n）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（E）,显著降低了HK320-感气孔限制值（Ls）。说明GO作为NIF的安全剂显著改善了敏感性玉米品种HK320-感的光合能力。 2.与NIF处理相比,GO-NIF处理显著提高了敏感自交系HK320-感叶片的最大光化学效率（Fv/Fm）,光化学猝灭系数（qP）,非循环光合电子传递速率（ETR）,降低了HK320-感的非光化学猝灭系数（NPQ）,表明GO作为NIF的安全剂可以保证植物叶片光合系统II（PSII）的正常运行。 3.与NIF处理相比,GO-NIF处理显著降低了两个自交系的超氧阴离子（O2.-）产生速率,过氧化氢（H2O2）含量,同时,GO-NIF处理显著提高了两自交系的抗氧化能力,相比于NIF处理,GO-NIF处理显著提高了敏感性自交系HK320-感的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）的活性,有效缓解了敏感性甜玉米品种体内的氧化压力。 4.与NIF处理相比,GO-NIF处理显著提高了敏感性自交系HK320-感的生长素（IAA）含量、赤霉素（GA）含量和玉米素核苷（ZR）含量,降低了HK320-感的脱落酸（ABA）含量。 综上所述,单独喷施GO对一对甜玉米自交系幼苗的生长没有影响。然而,与单独使用NIF处理相比,GO作为NIF的安全剂能够显著增强敏感甜玉米自交系HK320-感对NIF的耐药性。与单独喷施NIF相比,GO-NIF能够有效地保持敏感自交系HK320-感强大的光合能力和高PSII活性。与单独NIF处理相比,GO-NIF处理显著降低了HK320-感的ROS水平,这是由于GO-NIF提升了抗氧化系统和激素水平,提高了抗氧化酶和激素清除HK320-感中ROS的能力,并保持了甜玉米幼苗的氧化还原反应平衡。这项研究为了解GO在除草剂中的促解毒作用和GO诱导细胞异源解毒生理机制提供了理论基础,同时也为纳米农药的应用和甜玉米田间杂草控制提供了新策略。

关键词： 石墨烯   振动频率   分子动力学  

摘要： 石墨烯优异的力学和电学等性能,使其成为纳米机电谐振器的理想材料.通过分子动力学模拟方法研究了掺杂元素和掺杂浓度对单层石墨烯纳米梁振动特性的影响.研究结果表明,单层石墨烯纳米梁的振动频率随纳米梁长度的增加而减小,硼(B)掺杂、硼-硼(B-B)掺杂、铍(Be)掺杂和铍-铍(Be-Be)掺杂均会导致单层石墨烯纳米梁的振动频率降低.此外,随着硼(B)/铍(Be)掺杂浓度的增加,单层石墨烯纳米梁的振动频率逐渐降低.且随着掺杂浓度的增加,硼(B)掺杂石墨烯纳米梁的振动频率和铍(Be)掺杂石墨烯纳米梁的振动频率的差异逐渐增大.这对石墨烯纳米机械谐振器、振荡器等纳米器件的设计具有一定的理论指导意义.

关键词： 二氧化硅   石墨烯   锂离子电池   负极材料   催化活化  

摘要： 锂离子电池（Lithium ion battery,LIBs）因其具有高能量密度和长循环寿命等特点,在电动汽车等领域得到了广泛应用。然而,目前商业化LIBs负极材料主要采用石墨,其理论比容量(372 mAh g-1)低,难以满足高能量密度设备的需求。因此,开发新型高比容量负极材料成为研究重点。二氧化硅（SiO2）因其高理论比容量、低放电平台、环境友好以及成本低廉,近年来受到国内外学者的广泛关注。但SiO2作为负极材料时存在Si-O键结合能高、本征导电性差和循环过程中体积膨胀剧烈（～120%）等问题,严重限制了其在实际当中的应用。因此,为了更好地发挥SiO2的储锂性能,通过将SiO2颗粒纳米化,或制备成不同的形貌,以及与导电性良好的金属或碳材料等进行复合来应对上述问题。具体研究内容如下: （1）采用表面改性和溶剂热静电自组装相结合的方法,制备了具有三维石墨烯包覆蛋黄壳结构的SiO2@CoO/GS复合材料。在SiO2@CoO/GS复合材料制备过程中,蛋黄壳结构的SiO2@CoO通过静电相互作用在氧化石墨烯（Graphene oxide,GO）表面均匀分散,经过高温还原形成良好的石墨烯包覆结构。复合材料的三维石墨烯网络结构为电子和离子提供了多种传输通道,同时石墨烯包覆和蛋黄壳结构共同有效缓解了SiO2在嵌锂/脱锂过程中的体积膨胀,进一步提升了复合材料的电化学性能。SiO2@CoO/GS电极在200 mA g-1的电流密度下,经过500次循环后仍能保持738 mAh g-1的可逆比容量。这种良好的性能主要归因于三维石墨烯网络结构和“双重包覆”的共同作用,以及初步推测在循环过程中生成的单质钴（Co）对SiO2起到催化活化作用。 （2）为进一步提升材料的电化学性能,降低制备成本。通过控制反应条件和时间,合成粒径更小的SiO2纳米颗粒（100 nm）,并使用成本更低的Ni（NO3）2·6H2O作为原材料,制备了三维石墨烯包覆蛋黄壳结构的SiO2@NiO/GS复合材料。通过减小SiO2纳米颗粒,不仅可以提高复合材料的比表面积,增加活性位点;同时有利于缓解体积膨胀效应,提升材料稳定性。使用镍基原料不仅降低了制作成本,对于提升材料电化学性能同样起到了重要作用。得益于材料的独特结构,SiO2@NiO/GS在200 mA g-1的电流密度下,经过500次循环后依然保持858 mAh g-1的可逆比容量。经过分析,进一步说明材料中形成的单质镍（Ni）对SiO2的催化活化作用。 （3）为了进一步研究金属单质Ni的催化活化作用以及对电化学性能的影响,将SiO2@NiO/GS复合材料分别在不同的温度下（400℃、500℃和600℃）进行还原。结果表明,当温度在500℃时,SiO2@NiO-Ni/GS-500展现出最佳的电化学性能,其超细单质Ni纳米颗粒（～2 nm）可有效催化SiO2向活性Si的转化,同时三维石墨烯网络提供了高导电性和结构稳定性,使复合材料在首次放电时达到2564 mAh g-1的高可逆比容量,并在200 mA g-1下循环150次后仍保持858 mAh g-1的可逆比容量。

关键词： 氧化石墨烯   被动锁模   光纤激光器   可饱和吸收体  

摘要： 氧化石墨烯（Graphene Oxide, GO）的独特物理和电子结构赋予其出色的光电性能。本文报道一种高性能氧化石墨烯可饱和吸收体（Graphene oxide Saturable absorber, GO-SA），利用其非线性光学吸收特性对超快光纤激光器进行调制，实现了1.5μm的被动锁模光纤激光器。为降低锁模阈值，本研究在化学蚀刻的单模光纤上涂覆了氧化石墨烯。这种设计利用光纤倏逝波增强了光与GO的相互作用面积，并通过提高器件的损伤阈值提高其工作寿命。将GO-SA接入全光纤环形谐振腔内，实现了1557.3 nm锁模脉冲激光输出。当泵浦功率为120 mW时，被动锁模激光器的最大输出功率为5.4 mW。稳定的锁模激光输出的脉冲宽度为108 ps，对应的重复频率为14.2 MHz，并具有较好的稳定性，信噪比可达到48.7 dB。

关键词： 多孔材料储氢   超碱NLi_(4)团簇   DHQ石墨烯   第一性原理计算  

摘要： 基于第一性原理计算,系统研究了超碱NLi_(4)团簇修饰在DHQ石墨烯表面上的几何结构及吸附能等性质,并深入探索了其储氢性能.研究结果表明:超碱NLi_(4)团簇可以稳定均匀地吸附在DHQ石墨烯表面,Li原子与N原子的强结合能有效避免了Li原子发生团聚.每个NLi_(4)团簇周围最多可吸附11个氢气分子,平均吸附能为0.20 eV,最大储氢容量为12.05 wt%,达到美国能源部制定的2025年储氢目标5.5 wt%.最后,基于相对能量计算,发现当压强大于84 bar时,该储氢体系可以在室温下稳定存在.以上结果表明经超碱NLi_(4)团簇修饰的DHQ石墨烯是一种有潜力的储氢材料.

关键词： 有机相变材料   相变焓   导热系数   温度控制  

摘要： 随着高性能电子器件向集成化、微型化方向快速发展,其功率密度也急剧增长,电子设备的散热问题成为影响其性能和寿命的关键因素。传统散热技术因体积限制、能耗高、可靠性不足等问题,难以满足瞬态高热流场景的控温需求。相变材料因其能够吸收和释放大量潜热特性,成为电子设备热管理领域的研究热点。其中有机相变材料具有热稳定性好、过冷度低、相变焓值高等特点。然而,有机相变材料存在热导率低、易泄露等问题,严重制约其实际应用。本文针对上述问题,从复合相变材料设计及制备、导热网络构建以及电子元件相变热管理展开研究。制备了有机复合相变材料,并系统验证其在电子器件热管理中的性能优势,主要研究内容如下: (1)选择有机正链烷烃正二十八烷(OA)、1、10-癸二醇(OD)和1、12-二氨基十二烷(DN)作为基础材料,通过熔融共混法制备二元复合相变材料。差示扫描量热测试结果表明,OA-OD体系(质量比为1:1)熔融焓达281.3 J/g,相变温度可调,范围为59.8～80.0℃。OA-DN体系(质量比为1:5)熔融焓高达295.6 J/g,功率密度为2504 W/kg,同时热循环稳定性得到显著提升,50次循环后焓值降幅小于3.4%。经过X射线衍射、偏光显微镜等测试表明,OD与DN分子中的极性基团可诱导OA分子形成有序层状结构,从而提升储能密度。OA-OD复合相变材料的过冷度小于1℃并且有较小的体积变化率。 (2)针对相变材料热导率低和易泄露问题,首先使用还原氧化石墨烯来修饰泡沫铜,修饰后的泡沫铜表面具有疏水性,且泄露率较纯相变材料降低92.3%。其次采用石墨柱阵列和泡沫铜协同增强热导率,结果表明,复合材料的等效导热系数较未添加石墨柱阵列的体系最高提升208.2%,同时通过有限元仿真分析验证上述结论。最后,在模拟电子器件工作的实验平台上,研究了不同复合相变材料种类、不同加热功率和周期性加热情况下,复合相变材料的热管理效果。结果表明,OA-DN(质量比1:5)复合体系因高相变焓,在瞬态-稳态复合热管理中表现最优,有效控温时间可达40 min。OA-OD复合体系的双相变平台特性适合宽温域热管理,同时在高热流密度测试中表现优异,控温时间可达37 min。采用复合相变材料实现了对电子器件的有效散热控温,增强了电子器件的可靠性。

关键词： 光催化   BiOX   石墨烯量子点   异质结  

摘要： 随着工业化的快速发展,有机污染物（如染料、抗生素和酚类化合物）的大量排放对生态系统造成了严重的威胁。传统的污染物处理方法（如吸附、热催化和化学氧化）往往存在效率低、成本高且易产生二次污染等问题。因此,开发高效、环保、经济的光催化技术显得至关重要。在众多光催化剂中,铋基卤氧化物（BiOX,X=Cl,Br）具有层状结构,由[Bi2O2]2+和卤素离子交替排列而成。层与层之间的电负性差异导致BiOX沿着（001）方向形成内置电场,这为光生电子和空穴的分离提供了有利的条件。BiOX可作为一种比较理想的光催化剂。然而,BiOX存在光吸收范围有限、光生载流子复合率高等问题,因此,有必要针对这些问题,对其进行改性,提高光吸收能力,促进电子-空穴对分离。最广泛使用的策略之一是通过异质结工程将BiOX与导电碳纳米材料结合,促进光生电子-空穴对分离,并拓宽光吸收范围。石墨烯量子点（GQDs）由单层或几层石墨烯组成,其尺寸通常小于10 nm,是一种新型零维碳纳米材料。GQDs具有高比表面积、可调的带隙和强可见光吸收特性。通过掺杂杂原子（如氮、硼等）,可以进一步调控GQDs的光学性质和电子结构。基于其独特的结构和优异的性能,GQDs在光催化领域展现出广阔的应用前景,其本身既可以作为非金属光催化剂,也可以功能化其他光催化材料,以形成纳米杂化材料,拓宽光吸收范围,并减少电子与空穴的复合。 本研究通过异质结工程分别构建了BiOBr/氮掺杂石墨烯量子点（NGQDs）和BiOCl/硼掺杂石墨烯量子点（BGQDs）复合材料。研究结果表明,引入的GQDs调控了BiOX的形貌,增大了其比表面积,同时,还拓宽了BiOX对可见光的吸收;BiOX与GQDs之间形成了Z型异质结,GQDs作为电子给体,其导带中的电子迁移至BiOX的价带,并与空穴结合,促进了电子-空穴对的分离,保留了具有较强还原性的电子和较强氧化性的空穴,有效提高了其在可见光下的催化活性。本文以罗丹明B（Rhodamine,Rh B）为模型污染物,研究了材料的光催化降解性能和具体降解机理。本文的研究内容如下: 第一章简要概述了有机污染物的危害及传统治理方法的局限性,并综述了光催化技术的作用机理及光催化性能的影响因素,然后讲述了常见光催化材料、BiOX和GQDs光催化材料及其光催化应用,并介绍了光催化材料常用的改性方法,最后提出了本文的选题依据和研究内容。 第二章介绍了本文所用的实验试剂、仪器及实验方法。 第三章介绍了通过溶剂热法将BiOBr和0.5NGQDs复合形成Z型异质结。BiOBr/0.5NGQDs的形貌呈现为微花结构,结晶度较高,有较大的比表面积、孔容和孔径,这些结构特征均有利于其高效降解污染物。将其用于可见光下Rh B的降解,在18 min内,BiOBr/0.5NGQDs对Rh B的降解率达到95%,降解速率是纯BiOBr的4.07倍。常见无机阴离子(NO3-、Cl-、SO42-)对BiOBr/0.5NGQDs降解Rh B的效果基本无影响。除此之外,偏酸性环境有利于材料对Rh B的光催化降解,碱性环境则对材料光催化降解Rh B的效果存在负面影响。在循环使用四次后,复合材料还能保留约70%的催化活性。猝灭实验、电子顺磁共振技术（EPR）和指示剂检测的结果表明,1O2、·O2-、e-和H2O2是BiOBr/0.5NGQDs这一光催化降解体系的主要活性物种。通过紫外-可见漫反射光谱（UV-vis-DRS）和X射线光电子能谱-价带谱（XPS-VB）的表征分析,确认了材料的能带结构和电荷分离路径,证实了BiOBr和0.5NGQDs之间Z型异质结的形成。电化学阻抗谱（EIS）和荧光发射光谱（PL）的结果表明,Z型异质结的形成促进了载流子的迁移,并减少了载流子的复合,从而提高了光催化活性。最后提出了BiOBr/0.5NGQDs的光催化降解性能增强的机制。 第四章介绍了通过溶剂热法将BiOCl和BGQDs复合形成Z型异质结。纯BiOCl为纳米板形貌,而复合材料（BiOCl/BGQDs）最佳样BOCB-300则形成了致密的微花结构,比表面积显著提高,氮气吸附-脱附（BET）数据表明,BOCB-300的比表面积约为纯BiOCl的3.17倍。本文研究了复合材料对Rh B的光催化降解性能,在20 min内,BOCB-300降解了约97.55%的Rh B,降解速率是纯BiOCl的4.52倍。猝灭实验和EPR的结果表明,·O2-、e-、h+和1O2是BOCB-300这一光催化降解体系的主要活性物种。结合UV-vis-DRS和XPS-VB表征手段,确认了材料的能带结构和电子转移路径,证明构建了BOCB-300 Z型异质结。瞬态光电流响应（I-t）和PL结果表明,Z型异质结的形成显著提高了载流子的分离效率,并抑制了电子-

关键词： 太赫兹波   石墨烯   多频吸收器   宽带吸收器   可调谐  

摘要： 太赫兹波(Terahertz,1 THz=1012Hz)是电磁频谱中介于微波与远红外光谱之间的特殊频段,其独特的物理特性使其在无线通信、安防检测及天体物理探测等前沿领域展现出重要应用价值。超表面是由亚波长结构单元组成的二维人工电磁材料,通过调控几何参数可操控入射电磁波的相位、振幅及偏振态,为太赫兹技术的发展提供了重要支撑。石墨烯具有高载流子迁移率和光电特性灵活可调等优点,被广泛应用于高性能功能器件的开发。基于石墨烯条带微结构,采用有限积分法,研究了太赫兹超表面吸收器,考虑了结构参数、费米能级、入射角度和极化角等因素的影响,主要结果如下所述。 （1）基于石墨烯条带-聚酰亚胺间隔层-铜衬底,研究了石墨烯在THz波的可调谐吸收特性,包括费米能级、条带旋转角、THz波入射角和偏振角的影响。对于石墨烯单条带吸收器,当费米能级在0.1-1.0 e V范围内变化时,其吸收峰振幅值的调制深度为22.60%;当石墨烯单条带的旋转角度在0-90°范围内变化时,其吸收峰振幅值的调制深度为93.85%。通过采用长度不同的三条带石墨烯微结构,可以同时获得三个完美吸收峰,共振频率分别为0.22 THz、0.345 THz和0.46 THz。 （2）基于石墨烯椭圆条带微结构,提出研制了一种可调谐宽带太赫兹波超表面吸收器。结果表明当费米能级E_f为0.5 e V时,石墨烯椭圆条带可以激发强烈的表面等离子激元共振,从而实现宽带吸收。特别是当E_f为1.0 e V时,吸收大于90%的宽带频率范围为0.82-1.87 THz,带宽为1.05 THz,相对带宽为78%。该宽带吸收器对入射角和极化角不敏感,当入射角为60°时,其最大吸收率仍超过95%;当极化角低于50°时,最低吸收率大于80%。 总之,基于优化的石墨烯微结构,可以实现近完美吸收和宽带谐振曲线的多频太赫兹吸收器。这些结果有助我们更好地理解石墨烯超材料的可调节机制,并设计出新的高性能器件,如探测器、接收器和调制器。

关键词： 石墨烯   导热性能   电磁屏蔽性能   传感器   摩擦电效应  

摘要： 传感器能够实时、精准地监测个人健康数据,对于疾病的预防、诊断和治疗起到积极作用。与传统基于金属或半导体的刚性传感器相比,聚合物柔性可穿戴传感器受到越来越多的关注。近期,基于摩擦纳米发电机(TENG)的传感器可在没有外部电源的情况下,持续监测个人健康信息,已被广泛用作电子皮肤、人体运动监测及智能机器人中。然而,随着可穿戴传感器的高度集成和多功能发展,其内部的电子元件将产生大量的热量积累,严重降低其可靠性和使用寿命。此外,电子设备不可避免地产生电磁辐射,人体长期暴露后将造成不可逆转的损害。本论文中,我们设计、制备了兼具高导热和优异电磁屏蔽性能的聚合物复合材料,进一步将其构筑成自驱动柔性传感器,拓展其在人体健康监测上的应用。主要结果如下: 1. 改性石墨烯/纤维素复合材料的设计与制备:首先,采用单宁酸对石墨烯纳米片(GNPs)进行非共价改性,然后通过共价键与3-氨基丙基三乙氧基硅烷进行接枝,制备了导电填料m GNPs。将m GNPs分散在纤维素(CNFs)水溶液中,并通过简单的静电自组装和热压方法成功制备了兼具高导热和优异电磁屏蔽性能的改性石墨烯/纤维素复合材料(CNF/G)。由于m GNPs沿表面带负电荷的CNFs取向分布,并在CNF/G复合材料形成有序层状排列,形成类似于人类神经系统的结构,导致CNF/G复合材料的导热率达到136.2 W/(m·K),电磁屏蔽效率达到105 d B。进一步,将具有高导电率(2×104 S m-1)的CNF/G复合材料用作单电极模式TENG的电极,构筑出柔性可穿戴传感器,实时监测人体关节运动,并可通过摩尔斯电码表达情感需求,有望广泛应用于未来智慧医疗保健和智能机器人中。 2. 自修复改性石墨烯/水性聚氨酯复合材料的设计与制备:首先,采用聚乙烯亚胺/聚多巴胺共交联物质对GNPs进行非共价键改性,制备了表面带正电荷的P@GNPs。在此基础上,通过静电相互作用,将带负电荷的羧基丁腈乳胶颗粒成功吸附在P@GNPs表面上,制备出层层自组装改性的导电填料XP/G。由于XP/G和水性聚氨酯(WPU)具有相似的电负性,XP/G可以均匀稳定地分散在WPU中。经真空过滤和热压处理,制备出具有仿珍珠层状结构的改性石墨烯/WPU复合材料(WXPG),其导热率达到113.6 W/(m·K),电磁屏蔽效率达到67 d B,自修复效率超过90%。进一步,将高导电率(3.3×103 S m-1)的WXPG复合材料用作双电极模式TENG的电极,并构筑出智能可穿戴鞋垫,可用于实时步态识别和跌倒检测,展示了其在人机交互和智慧医疗方面的应用潜力。