基于扩散强化的Pickering界面生物催化系统构建及CO2矿化过程研究

CO₂的有效利用有助于解决环境和生态问题.碳酸酐酶(CA)等酶分子可精准活化CO₂分子以降低反应能垒,为CO₂的高效和高选择性转化提供了一种有前景的途径.然而,酶离开生物体后易失活,且难以重复利用.目前,包埋型固定化酶是常用且有效的提高酶稳定性与回用率的方法之一,但载体的存在会造成反应物CO₂内扩散阻力增加,降低反应活性.此外,CO₂酶促转化是一个气-液-固三相反应过程,反应体系中CO₂的外扩散性能也需要加强.金属有机骨架(MOFs),特别是咪唑酯骨架(ZIFs),常被用作酶固定化的载体.ZIFs的拓扑结构可被设计成不同形貌,进而通过ZIFs的结构工程来加强分子向其中的内扩散.Pickering乳液是指以固体颗粒代替常规表面活性剂而稳定的乳液.当固体颗粒具有催化活性时,催化剂颗粒会扩大液-液-固或气-液-固三相接触面积,从而有效协调反应物在不同相中的扩散时间.如果酶被用作这些颗粒的活性中心,所制备的Pickering乳液也可能具备类似的特性,可加强底物分子向酶的外扩散.本文选择两种具有不同结构的ZIFs(ZIF-L和ZIF-8),原位包埋CA后形成CA@ZIFs颗粒以稳定Pickeirng乳液.ZIF-L和CA@ZIF-L颗粒显示出独特的二维层状堆叠结构.ZIF-8和CA@ZIF-8颗粒呈棱角清晰的十二面体结构.与CA@ZIF-8颗粒相比,CA@ZIF-L颗粒显示出更大的孔径和更宽的孔径分布,这有助于CO₂从CA@ZIF-L颗粒表面扩散至酶活性中心.利用酶活测试来研究内扩散是否通过结构工程得到了加强,发现CA@ZIF-L颗粒的活性比CA@ZIF-8颗粒高22.3%,推测这是由于CA@ZIF-L颗粒特殊的十字花状结构会缩短CO₂从颗粒表面扩散至酶活性中心的距离.同时,十字花状结构可暴露更多的酶活性位点(CA@ZIF-L颗粒的暴露面积是CA@ZIF-8颗粒的~8倍),从而提升了反应物浓度并显示出更高的催化活性.本文还设计了吸附实验来进一步验证上述假设,发现BSA@ZIF-L颗粒对香豆素的吸附率远高于BSA@ZIF-8颗粒,说明与ZIF-8相比,酶包埋于ZIF-L具有更强的捕获小分子的能力,表明CO₂分子向CA@ZIF-L的扩散速度更快,即CA@ZIF-L的十字花状结构可强化系统的内扩散过程.进一步比较了PIBS和游离多酶体系的催化活性,将CO₂通入每个系统,在反应前20 min,PIBS的pH值下降速度比游离体系快得多,说明PIBS通过在气相和液相间构建更大的界面,缩短了CO₂向CA的扩散距离,从而提高了催化效率,促进了CO₂转化.上述假设也通过扩散动力学的计算得到了验证.为进一步研究PIBS的CO₂矿化能力,本文开展了CaCO₃矿化反应,发现PIBS的CaCO₃产量远高于游离多酶体系,表明构建的PIBS在强化内外扩散方面具有显著优势.最后,评估了PIBS在工业应用中的性能,由CA@ZIF-L和CA@ZIF-8颗粒构建的PIBS显示出较好的可回收性,在第8个循环后,PIBS仍可保持8.9 mg/5 min的CaCO₃产量.综上,PIBS可为CO₂的酶促转化和框架提供一个新方法和新平台.     

氢原子钟双选态束光学系统仿真分析

氢原子钟利用氢原子基态超精细能级跃迁信号进行精确计时,具有中短期频率稳定度优异、频率漂移率低的特点.氢原子钟需要通过磁选态将高能态原子选出,目前广泛应用的磁选态方案中,既有原子钟跃迁所需要的|F=1,mF=0>态,还有钟跃迁所不需要的|F=1,mF=1>态氢原子,这使得氢原子钟的中长期频率稳定性难以进一步提高.为了进一步提高氢原子钟原子跃迁谱线质量和整机性能,通过计算和仿真,构建了基于Majorana跃迁的氢原子钟双选态束光学系统,优化了一级选态区、态反转区、二级选态区等关键部件的参数,进一步排除了|F=1,mF=1>态原子.选态后的|F=1,mF=0>态原子纯度达到99%,利用率为58%,工程应用较为理想.有效地提升了进入原子储存泡内|F=1,mF=0>态氢原子的占比,同时原子的利用率处于可控范围.通过实验对该方案的有效性进行了验证,通过开启双选态系统,可以观察到氢原子钟信号的增强;通过调整双选态系统的线圈电流,可以观察到信号随线圈电流的变化,这验证了双选态系统的有效性.     

人工引发雷电先导-回击过程的电场变化特征

 2005年夏季在山东滨州进行了以人工引发雷电为主的综合观测实验，在负电场环境下，成功引发雷电5次，其中传统引发方式3次，空中引发方式2次。详细分析了双向先导-小回击过程和箭式先导-回击过程的垂直电场变化特征。结果表明：2次空中引发雷电的双向先导发展过程在地面60 m处产生的电场变化为4.70~14.60 kV/m，呈负向变化；在550 m处为0.11~0.16 kV/m，呈正向变化。利用60 m处的先导电场变化，估算双向先导电荷线密度分布的斜率为(1.2~3.8)×10^-7 C·m^-2。箭式先导-回击电场变化波形呈不对称V形，V形的底部对应先导的结束和回击的开始。60和550 m处的箭式先导电场几何平均值分别为17.80和1.20 kV·m^-1。随水平距离的增加，箭式先导电场以水平距离的-1.18次方衰减。     

电子标签销码器的设计

电子标签在现代超市、图书馆、仓储等公共流通部门的防盗系统中应用越来越广泛.电子标签及其销码本质为一种射频识别系统,其工作为非接触方式,有快捷、方便等优点.本设计应用89S2051单片机、NE564模拟琐相环等芯片以及智能控制、频率合成、高频小信号检测等技术研制的电子标签系统,有较高的可靠性和实际应用价值.     

邻苯二钾酸氢铊晶体积分衍射效率的标定

 以北京同步辐射实验室4B7中能束线为光源，在2.1~6.0 keV的范围内对邻苯二钾酸氢铊(TlAP)平面晶体一、二 、三级衍射的积分衍射效率进行了精确的实验标定。标定结果表明：TlAP晶体有较高的峰值衍射率； 其一级衍射的积分衍射效率向低能端有增加的趋势，而在2.6~5.4 keV的范围内大约为1.53×10^-4 rad；随着衍射级次的提高，衍射效率逐渐减小，二级衍射的积分衍射效率约为一级衍射效率的1/4，三级衍射结果比一级衍射下降一个量级。实验所标定的TlAP晶体可用于平晶谱仪对激光等离子体X射线光谱的定量分析。     

薄膜断裂和穿透的向量式有限元分析及应用

向量式有限元基于牛顿运动定律,通过质点描述和向量分析来求解整体结构的动力响应。首先,给出了向量式有限元三角形薄膜单元的基本理论,进而针对薄膜结构的断裂和穿透破坏过程,提出相应解决方案。对于薄膜断裂问题,采用Mises应力状态变量达到失效应力限值作为断裂判据,通过质点分裂方式将相连单元的对应节点断开,并对分裂后的新质点进行状态更新来模拟其断裂过程;对于薄膜穿透问题,则同时结合碰撞和断裂过程模拟来实现。在此基础上,编制了薄膜结构的断裂和穿透求解计算程序,算例分析表明,程序可很好地完成薄膜结构的大变形大转动、断裂和穿透等不连续行为的模拟,验证了理论及程序的可靠性和有效性,体现了本文方法进行薄膜结构复杂不连续行为分析的优势。     

利用飞秒激光加工碳纤维(英文)

为验证光学加工碳纤维材料的可行性,利用飞秒激光和连续激光对碳纤维块体材料进行了加工。获得了利用飞秒和连续激光加工的表面形貌。与连续激光加工相比,利用脉宽40fs的激光加工效率较高,加工区边缘形貌较好,加工质量较高。通过不同激光功率下加工孔径尺寸的研究获得了飞秒激光加工阈值在1012W/cm2量级。研究结果证明了光学加工碳纤维体材料的可行性。     

公理A自同态的统计性结果（英文）

本文对公理A自同态建立了中心极限定理和大偏差估计，并且复习了已知的有关统计性结果。