光环境生物效应及其模拟实验装备研究进展

光是人、动物和植物赖以生存的基本条件。光环境作为一种物理环境因素,其生物效应具有十分重要的理论和应用价值。光环境对人的生理、心理及行为产生重要影响,对动物昼夜节律、定位系统和生长繁育的影响也已受到诸多关注;同时,光是植物赖以生存的基础,是植物一切生化反应的能量来源。综述了光环境生物效应的研究进展,指出已有的文献仅限于以复色光为研究对象,对特定波长的光效应、光暴露时间及光质效应的研究甚少。进一步阐明目前光环境模拟实验装备的研制所遇到的关键\"瓶颈\"是缺乏能够在一定波长范围内输出较高功率的单色光光源,且无配备生物学培养装置,不可能在实验室实现对单色光环境的模拟。因此,其发展当务之急是先构建光环境暴露的科学实验平台。同时对光环境生物效应的研究方向及光模拟实验装备的应用前景进行了展望。中国科学院科研装备研制项目(YZ201104,YZ201303);中国科学院STS计划(Y6I0921A20)资

In situ probing electrified interfacial water structures at atomically flat surfaces using Raman spectroscopy

自然界中水无处不在，人们对水分子的研究已经长达一个多世纪。特别是在材料表面，从原子结构层面理解界面水所发生的各种物理和化学过程，将有利于指导能源和环境领域中开发更好的技术和器件。文献中采用振动光谱已经推知了水在金属界面的不同构型，如四配位水、三配位水、表面特性吸附水、自由水等。然而，仍然缺乏这些界面水在不同电位下清晰的构型图像。李剑锋教授课题组采用不受体相水干扰的表面增强拉曼光谱，首次在金（111）和（100）单晶电极表面上获得了界面水的拉曼信号，并且在析氢反应过程中原位观测到了界面水的两种构型转变。发现界面水随着电位的负移，由“平行”结构向“单端氢朝下”，再向“双端氢朝下”变化。程俊教授课题组采用从头算分子动力学理论方法，模拟出不同电位下，在双电层中界面水的三种构型以及相应的氢键数目，与实验数据很好地吻合，进一步揭示了双电层的原子级结构。该研究首次在实验和理论层面，将界面水的构型转变以及氢键断裂与精确的电极电势标尺进行关联，对探知双电层的三维结构具有指导性意义。 该研究工作通过厦门大学校内合作完成，化学化工学院李剑锋教授和程俊教授为通讯作者，田中群教授提供了重要指导。李超禹博士（现美国麻省理工学院博士后）和乐家波博士（现能源材料化学协同创新中心博士后）为共同第一作者，王耀辉博士生在实验上提供了帮助，物理系的陈舒博士和杨志林教授为本工作开展了电磁场增强计算【Abstract】Molecular structures of solid/liquid interfaces are of fundamental interest, and play significantly in the efficiencies of energy storage and conversion. To elucidate the structures of electric double layers at electrochemical interfaces under bias potentials, we have collaborated in situ Raman spectroscopy and ab initio molecular dynamics, and for the first time distinguished two structural transitions of interfacial water at electrified Au(111) and Au(100) single crystal electrode surfaces. Towards negative potentials, the interfacial water molecules evolve from structurally “parallel” to “one-H-down”, and further to “two-H-down”.Concurrently, the number of hydrogen bonds among the interfacial water shows an overall decrease along with the negative shift of the potential, and undergoes two transitions as well. Our findings shed light on fundamental understanding of electric double layers and electrochemical processes at the interfaces.National Natural Science Foundation of China (Grants No. 21373166, 21522508, 21775127, 21521004, 21321062 and 21621091). 该工作得到国家自然科学基金委的大力资助，也得到了固体表面物理化学国家重点实验室、谱学分析与仪器教育部重点实验室、能源材料化学协同创新中心的支持

受限空间分子自扩散性质的耗散粒子动力学模拟

基于耗散粒子动力学模拟研究了强排斥壁面作用下圆管状受限空间内单粒子及柔性链分子自扩散系数的变化规律,并对空间受限作用下分子扩散性质的各向异性进行了深入分析.结果表明,随着圆管管径的增大,单粒子及柔性链分子的自扩散系数均呈现先减小后增大的变化规律,且出现自扩散系数最小值对应的管径随链长的增加逐渐减小;柔性链分子因其在圆管中异于体相的伸展状况,自扩散系数的变化幅度随链长的增加而变大;圆管中分子径向自扩散系数随管径的增大逐渐增大,并与管径近似为指数关系,分子轴向自扩散系数则随管径的增大先减小后逐渐收敛于体相自扩散系数

受限空间分子自扩散性质的耗散粒子动力学模拟

基于耗散粒子动力学模拟研究了强排斥壁面作用下圆管状受限空间内单粒子及柔性链分子自扩散系数的变化规律,并对空间受限作用下分子扩散性质的各向异性进行了深入分析.结果表明,随着圆管管径的增大,单粒子及柔性链分子的自扩散系数均呈现先减小后增大的变化规律,且出现自扩散系数最小值对应的管径随链长的增加逐渐减小;柔性链分子因其在圆管中异于体相的伸展状况,自扩散系数的变化幅度随链长的增加而变大;圆管中分子径向自扩散系数随管径的增大逐渐增大,并与管径近似为指数关系,分子轴向自扩散系数则随管径的增大先减小后逐渐收敛于体相自扩散系数.</p

受限空间分子自扩散性质的耗散粒子动力学模拟

基于耗散粒子动力学模拟研究了强排斥壁面作用下圆管状受限空间内单粒子及柔性链分子自扩散系数的变化规律,并对空间受限作用下分子扩散性质的各向异性进行了深入分析.结果表明,随着圆管管径的增大,单粒子及柔性链分子的自扩散系数均呈现先减小后增大的变化规律,且出现自扩散系数最小值对应的管径随链长的增加逐渐减小;柔性链分子因其在圆管中异于体相的伸展状况,自扩散系数的变化幅度随链长的增加而变大;圆管中分子径向自扩散系数随管径的增大逐渐增大,并与管径近似为指数关系,分子轴向自扩散系数则随管径的增大先减小后逐渐收敛于体相自扩散系数

纳米受限流体的结构及流体动力学特性

纳米受限流体因其异于宏观流体的特殊性,在膜分离、介孔催化等领域均具有广阔的应用前景。壁面附近流体的分层有序结构及其对流体动力学特性的影响,是纳米受限流体区别于宏观流体的关键所在。从纳米受限流体的分子堆积结构及双电层结构出发,总结了模拟计算及实验研究中发现的规律,对纳米受限流体自扩散性质、壁面滑移现象等方面的进展进行了综述,探讨了宏观连续介质模型在纳米受限流体中的适用性,并就纳米受限流体动力学的发展进行了展望。</p

纳米通道内流体流动的耗散粒子动力学模拟

采用耗散粒子动力学方法,结合理论推导,研究了壁面/流体相互作用、纳米通道尺寸等因素对速度分布、界面滑移、通量等流动特性的影响。</p

表面活性剂与同离子效应对己内酰胺吸附的影响

通过向硫酸铵与己内酰胺混合物中添加阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂和同离子物质,研究己内酰胺在硫酸铵晶体表面的吸附情况。实验结果表明:十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵与氟阳离子表面活性剂能显著降低吸附量;硫酸钠、氯化铵、十二烷基甜菜碱和十六烷基三甲基溴化铵的加入,使己内酰胺在硫酸铵晶体表面的吸附量呈不规律的变化。在硫酸铵-母液-酰胺油体系中添加少量的十二烷基三甲基溴化铵可有效降低己内酰胺在硫酸铵颗粒表面的吸附量

复杂形状的疏水微通道的LBM模拟

随着微机电系统的发展和广泛应用,人们发现由于系统尺度的缩小,使得体系的面体比增大,在宏观系统中可以忽略的表面作用力在微尺度系统中变得不可忽视。宏观流体力学中经典的无滑移边界在微尺度系统中被证实不再适用。因此,液体在微米乃至纳米尺度构件中的独特的流动特性引起了人们的重视。目前,微流动的应用技术发