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单原子最新娱乐体验_单原子纳米酶(2024年11月深度解析)

内容来源：卡姆驱动平台所属栏目：话题更新日期：2024-11-26

单原子

气体动理论与热学基础笔记整理 ### 气体动理论 𐟌쯸 理想气体状态方程：理想气体状态方程是描述理想气体在平衡态下各状态参量关系的方程。表达式为：其中，p是压强，V是体积，n是物质的量，R是摩尔气体常量，T是热力学温度。这个方程反映了理想气体在平衡态下的基本关系。另一种表达方式是：其中，˜淚•位体积内的分子数，k是玻尔兹曼常数。压强公式：气体压强公式描述了气体分子对容器壁的碰撞强度。表达式为：其中，v_rms是气体分子的方均根速率，m是分子质量。温度的微观本质：温度的微观本质是气体分子的平均平动动能。表达式为：这表明温度越高，分子的平均平动动能越大。自由度：自由度是指确定一个物体在空间位置所需要的独立坐标数目。单原子分子有3个自由度（如氦、氖分子）。刚性双原子分子有5个自由度。刚性多原子分子有6个自由度。能量均分定理：在温度为T的平衡状态下，气体分子每一自由度上具有的平均动能都相等。表达式为：单原子分子的平均总动能为：3kT/2。刚性双原子分子的平均总动能为：5kT/2。刚性多原子分子的平均总动能为：6kT/2。麦克斯韦速率分布函数：麦克斯韦速率分布函数描述了无外场时处于平衡态的理想气体分子的速率分布规律。平均碰撞频率和平均自由程：平均碰撞频率公式为：其中，d是分子的有效直径，v是平均速率，˜淚•位体积内的分子数。平均自由程公式为：热学基础 𐟔劧ƒ�›学第一定律：热力学第一定律描述了系统从外界吸收的热量、系统内能的变化以及对外界做功之间的关系。表达式为：Q =  + W。热力学过程：等体过程：气体体积不变的过程，该过程中气体不做功，吸收的热量全部用以增加气体的内能。表达式为： = Q = nC_V。其中，C_V是摩尔定容热容。等压过程：气体压强不变的过程。表达式为： = Q = nC_P。其中，C_P是摩尔定压热容。等温过程：气体温度不变的过程。表达式为：Q = W。气体膨胀时从恒温热源吸收的热量全部用于对外做功，反之类似。绝热过程：系统与外界无热量交换的过程。绝热过程方程为：Q = 0， = W = nC_V/€‚其中，˜羚”热容比。热机效率：热机是将热能转化为机械能的装置，其效率定义为对外做功与整个循环过程中吸收的热量之比。表达式为：= W/Q_H。制冷系数：制冷机是将热量从低温物体转移到高温物体的装置，其制冷系数定义为从低温物体吸收的热量与外界对制冷机做的功之比。表达式为：= Q_L/W。

化学小知识大揭秘：原子、分子与元素 𐟌Ÿ【相对原子质量】揭秘！原子有多重？原来，国际上有个秘密武器——一种特殊碳原子质量的1/12作为标尺。其他原子与它一比，就知道自己的相对重量啦！记住，电子超轻，原子质量几乎全集中在原子核上。更神奇的是，质子数加中子数，就是原子的“体重”哦！ 𐟌ˆ【微观世界三巨头】分子、原子、离子，谁是化学界的超级明星？分子，化学变化中的守护神，保持物质化学性质的最小单元；原子，电性中立的小高手，构成万物的基础；离子，带电的原子或原子团，化学反应中的活跃分子。它们虽小，却拥有粒子的共性：微小、运动不息、间隔奥秘。 𐟔【元素家族】元素，是质子数相同的原子大家族。金属、非金属、稀有气体，三大家族各具特色。地壳中氧硅铝铁排排坐，生物体内氧碳氢氮不可缺，空气中氮气最多见。元素符号，宏观表种类，微观指单原子，化学世界的小小密语。快来探索这奇妙的化学世界，让知识之光照亮你的思维之旅！

中科院青岛能源所朱佳伟博士生招生指南中科院青岛生物能源与过程研究所，这个由中科院、山东省和青岛市人民政府共同筹建的机构，成立于2006年。它致力于将创新驱动与需求牵引相结合，聚焦新能源与先进储能领域，同时兼顾新生物和新材料领域。这里的研究涵盖了战略性、基础性、前瞻性和系统集成重大创新研究，突破领域前沿科学难题和核心关键技术，提供重大创新成果和系统解决方案，满足国家和区域重大需求。今天，我要特别介绍一下这里的电催化方向，特别是朱佳伟研究员。朱佳伟是功能膜与氢能技术研究中心膜催化材料研究组的组长，同时也是博导。他入选了中国科学院高层次人才计划、山东省泰山学者青年专家、山东省优青等项目。近年来，他在Nature Communications、Angewandte Chemie International Edition、Advanced Materials、Mater. Today、Advanced Energy Materials、ACS Nano、AIChE Journal等期刊上发表了30多篇论文。他的研究项目获得了多项国家级和省部级科研项目支持，总经费超过1000万元。朱佳伟的研究成果获得了多项荣誉，包括2021年中国石油和化学工业联合会可持续发展青年创新奖-卓越奖（全国5人）、2020年中国化学会-化学化工与材料京博优秀博士论文奖（全国19人）以及2021年Angewandte Chemie International Edition官方推荐介绍等。他还担任了Green Carbon、eScience、Chinese Chemical Letters、Science for Energy and Environment等期刊的主编助理/青年编委。朱佳伟的主要研究方向包括：电合成与电催化关键材料（如无机钙钛矿材料、贵金属纳米材料、单原子等）的设计开发；电合成与电催化机理；先进电催化表征技术（如原位技术等）；电合成与电催化关键部件的设计开发；理论计算化学以及生物电催化。如果你对电催化方向感兴趣，特别是C2还原等与电合成、膜电极等领域有相关经验，那么朱佳伟的研究团队绝对是一个不错的选择。欢迎有志之士加入我们的行列，共同探索电催化的奥秘！

石墨烯有很多同素异形体。理想状态下的石墨烯结构简单规整，仅具有单原子层厚度。然而在合成与应用的过程中会几乎不可避免地由于缺陷的存在而使得其结构、厚度、性质发生一定的变化。石墨烯缺陷可以按照是否仅含有碳原子而划分为本征缺陷和外引入缺陷，后者也可以称为不纯缺陷。其中，本征缺陷主要包含晶界、碳碳共价键的旋转和缺失。使用气相沉积法制备石墨烯时，往往会在基底上生长大量结构相同而取向不同的石墨烯晶粒，并且当这些晶粒相遇时就会在接触界面处产生非周期性的含有多元碳环的线性缺陷，即为晶界，如图 1.8 所示。同时，晶界的存在会一定程度上地影响石墨烯的力学、电学和热学等性质，甚至可能改变其厚度，从而呈现褶皱形貌。在合成与应用石墨烯的过程中，往往还会发生碳碳共价键的旋转和缺失，从而产生局部的 Stone-Wales (SW) 缺陷和空位，进而获得周期性的缺陷结构和含有多元碳环的石墨烯同素异形体，如图 1.9 所示。虽然由于缺陷结构具有随机性和不可控性，导致周期性缺陷和同素异形体的合成异常困难，但是五元、七元等曲率元环的引入会影响石墨烯的厚度、形貌，以及力学、光学、电学、化学等性质，具有极为重要的研究价值，如图 1.10 所示。智皱石墨烯，石墨烯是一类特殊的同时满足所有相连的碳原子均为 sp2杂化方式和完全由正六边形的碳环密排形成的 2D 碳纳米材料。而当存在 sp 和 sp3杂化方式的碳原子或非六元环时，就可以获得一系列的石墨烯同素异形体，如图 1.11 所示。值得注意的是，尽管图1.11 中的部分结构含有非六元环，但是曲率元环的存在并不能直接断定该结构是否具有褶皱形貌。由于存在 sp3杂化方式或正、负曲率的影响恰好相互抵消，图 1.11 中的所有结构均具有单原子层厚度。显然，也并非所有石墨烯同素异形体都绝对平整。通过对已报道的 100 余种常见 2D 碳纳米材料进行总结与分析，可以找出 35 种具有明显面外原子厚度的石墨烯同素异形体，其中大部分具有褶皱形貌，如表 1.1 所示。由表 1.1 可知，当非六元碳环被六元碳环所环绕时，往往会由于空间位阻的影响从而产生褶皱形貌，而基于 sp3杂化和类双层结构也同样可以构建具有明显面外原子厚度的单层褶皱石墨烯同素异形体，并且其结构与厚度还均具有显著的差异。蛋托型石墨烯，由于厚度、结构等因素能够很大程度上地影响石墨烯及其同素异形体的性质，并目还由于在合成石墨烯的过程中存在很强的随机性和不可控性。因此利用模拟计算软件进行分析、预测褶皱石墨烯的厚度和结构等因素对其力学、电学、光学等性质的影响非常重要，而蛋托型石墨烯恰好就是一种非常典型、理想的褶皱石墨烯模型。蛋托型石墨烯中的所有碳原子均为 sp2 杂化，且仅利用曲率元环产生褶皱形貌，以分别被六元碳环所环绕的五元和七元碳环为基础，将外围的六元碳环进行堆叠、嵌入和重叠等操作。并且使用单独的六元碳环填充间隙，从而实现调整五元和七元碳环的相对位置，并密铺成一系列的 2D 褶皱状结构，如图 1.12 所示。由图 1.12 可知，蛋托型石墨烯中的五元和七元碳环均被一层六元碳环所环绕，避免了曲率碳环间的直接接触。同时,五元碳环分别位于蛋托型石墨烯厚度方向上的顶端(标记为绿色) 和底端(标记为黄色)，并且其间距决定该蛋托型石墨烯的厚度。而当七元碳环被 7个六元碳环所环绕时，则会形成一个在某个方向下凹而在另一个垂直方向上凸的特殊结构，从而可以充当两个同为顶端或者底端的相邻五元碳环的连接鞍点，且在数量上等于五元碳环，从而可以在保留局部曲率的同时保证整体曲率为零，形成褶皱形貌。其中具有四方晶系晶格和高对称性的t1和t2基本构型的原胞内原子数较小、结构相似且稳定、易于通过添加石墨烯纳米带的方式构建结构相似、厚度不同的衍生构型和进行弯管操作，可以以此探究厚度和结构等因素对褶皱石墨烯力学、电学、光学等性质的影响。

新型单原子催化剂配位结构促进高性能析氧反应（OER）推文链接：网页链接图1：Ir1/(Co,Fe)-OH/MI样品的形貌表征。图2：Ir1/(Co,Fe)-OH/MI和Ir1/(Co,Fe)-OH样品的结构表征。图3：OER的电化学性能。图4：DFT计算。图5：整体水分解性能。图6：制备方法的普适性推广。

#几米视界# 昆明理工大学化学工程学院与香港科技大学的合作团队开发了一种非贵金属的单原子催化剂，显著提高了燃料电池中氧还原反应的效率，这标志着在燃料电池催化剂领域获得了重要进展。该成果已发表在国际期刊《德国应用化学》上。

基于石墨烯的光学传感器在多个领域得到了广泛的应用。二维材料是伴随着 2004 年曼切斯特大学 Geim 小组成功分离出单原子层的石墨材料一-单层石墨烯(graphene)而提出的。在成功得到单层石墨烯(二维)之后,它和金刚石(三维)、石墨(三维)、碳纳米管 (一维) 和富勒烯(零维)就组成了一个完整的碳材料“家族”，与这些成员相比，单层石墨烯的一些性能指标如光学、电学等均与之相当甚至更好。从理论上说，单层石墨烯是除金刚石外所有碳晶体的基本结构单元，不同形状的单层石墨烯薄片可以构成不同的碳材料21。如图所示。单层石墨烯从理论上的预言到实验上的成功制备,经历了近 60 年的时间。传统理论认为,单层石墨烯不会在现实中存在。从结果来看，理论方面显然是错误的，之所以出现这种与理论相悖的结果是因为单层石墨烯层片并非一个完美平面，故其通过在表面形成褶皱或吸附其他分子来维持自身的稳定性。但从在实验室成功用胶带剥离出单层石墨烯之后，不仅理论方面得到了完善，其制备方法也取得了很大的进步。在下面我们简单介绍了制备单层石墨烯常用的几种方法以及其优缺点。完美石墨烯由于具有优异的性质而被誉为 21 世纪最具颠覆性的“新材料之王”，并在高频晶体管、机械谐振器、透明导体、自旋电子学、传感器和药物输送方面显示出巨大的应用潜力。单层石墨烯具有特殊的能带结构，即锥形的价带与导带完全对称分布在费米能级的上下，致使导带和价带仅有一个交叉点(此交叉点也被称为狄拉克点)，如图 1.2 所示。从分子结构来看，每个 C-C 键都有一个成键轨道与反键轨道，并且以 C-C 键为平面完全对称，而且整个单层石墨烯分子结构中的每个a键互相共钜形成了一个大r键，电子或空穴将会有一个很高的电子费米速率(106m/s)。正是由于这些，在电学特性方面，单层石墨烯的载流子的传输能力很强。在室温下，单层石墨烯薄膜电子迁移率高达 200000 cm2/(Vⷳ)，其相对应的电阻率为 10-6𗣭，比一些导电性很强的金属如铜、银还要低。除了超高的迁移率和超低的电阻率之外，单层石墨烯还有其他的一些突出的电子性质，如量子霍尔效应、自选传输性质等。在热学特性方面，其主要取决于单层石墨烯的声子传输。室温下导热率高达 5300 W/mk，是纯铜导热率(400 W/mⷫ)的 10 多倍。除了上述所提到的这些特性，单层石墨烯的光学性能也格外突出。同电子特性类似，单层石墨烯的光学特性也与二维、单原子厚的蜂窝状碳晶格密切相关。正因如此独特的电子能带结构，原则上单层石墨烯对白光的吸收值为𑨲.3%)，即透过率高达 97.7%，几乎完全透明，反射率可以忽略不计 (<0.1%，10 层石墨烯约为 2%)，而且石墨烯的光吸收率随着石墨烯层数的增加而线性增加。由于石墨烯强大的宽带吸收，在全内反射下对横向电模式(Transverse Electric,TE)和横向磁模式(Transverse Magnetic,TM)表现出不同的反射率，理论研究表明，在全内反射情况下，单层、双层和少层石墨烯对光的 TE 模式的吸收多于 TM 模式。在磁场的作用下，单层石墨烯的电子和空穴会分离。随着磁场强度的增加光吸收的振幅会增加，并出现蓝移。根据单层石墨烯的精细结构常数，再结合保利阻塞原理，可知单层石墨烯的光吸收可以通过调整费米面的位置来调节。从能带转换来看，光和单层石墨烯之间的相互作用主要有两种类型，带间跃迁和带内跃迁。在紫外区，带间跃迁接近鞍点，此时的光吸收超过了普遍的吸收值，具有激子效应。在远红外和太赫兹光谱区，电子响应主要是带内跃迁，在这个波段的电子响应类似于金属中的自由电子响应，可以激发表面等离子体激元。在近红外和可见光波段，光反应主要是带间跃迁。单层石墨烯的另一个有趣的光学方面是胶体石墨烯量子点。这种量子点可以发蓝光或绿光，并在体外异质结光伏电池中充当良好的电荷载体分离器。石墨烯可以结合光纤反射原理或光纤于涉原理作为荧光材料。除了这些光学特性,还有许多其他光学现象如磁光效应、电磁感应透明和光束偏移等。石墨烯的光学特性为构建基于石墨烯的光学器件奠定了基础，基于石墨烯的光学传感器也陆续被开发出来。目前，基于石墨烯的光学传感器主要包括 SPR 传感器、石墨烯光纤 SPR 传感器和石墨烯空间光传感器。其中，应用最广泛的光学传感器是基于 SPR 的传感器，其灵敏度高，无标记，能够实时响应。对于光学传感器来说，单层石墨烯还可以应用于生物传感器中。基于石墨烯的光学生物传感器可用于单细胞检测、细胞系和抗癌药物检测、蛋白质和抗原-抗体检测等。同样地，SPR 型的生物传感器的功能特点也非常突出，具有实时监测、检测方便快捷、灵敏度高、分析数据质量高、跟踪监测配体稳定性、保证反应平衡和应用广泛等特点。

【斩获国际金奖，彰显中国力量！亿孚摘得德国纽伦堡发明展金奖】2024年第76届德国纽伦堡发明展顺利落下帷幕，浙江亿孚氢能装备有限公司凭借“负载过渡金属单原子的碳泡沫自支撑电极的喷墨打印制备方法”，从全球500多个发明项目中脱颖而出，斩获金奖。网页链接

《单层石墨烯透光率极高，有效替代氧化铟锡，解决对透明导体的需求》石墨烯是近年新发现的一种材料，它有着独特的单原子厚的平面二维结构，物理化学性能很优异。介孔材料的孔道结构均匀且有序，比表面积大，孔径还能调整。网页链接

推进人类发展的催化剂技术获得突破！李亚栋教授团队研究的单原子催化技术，如果实现跨学科融合，将随心所欲制造物质，突破“卡脖子”问题！出品：科普中国-创作培育计划网页链接

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