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光化学反应论文

发布时间:2024-07-03 00:43:47

光化学反应论文

!!!!!!!!空气的成分一般说来是比较固定的,这对于人类和其他动植物的生存是非常重要的。然而,特殊情况下,空气的成分也会发生变化。这些变化有人为的,也有天然的。人为的变化。自近代以来,随着现代化工业的发展和燃料用量的激增,从世界范围看,排放到空气中的有害气体和烟尘改变了空气的成分,并使空气受到污染。排放到空气中的气体污染物较多的是二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮等,这些气体主要来自矿物燃料(煤和石油)的燃烧和工厂排放的废气。我国是世界上燃煤最多的国家,空气污染以烟尘和燃煤污染为主。在煤燃烧过程中会产生大量烟尘和二氧化硫,造成空气污染。另外,工厂废气及汽车尾气也是污染空气的一个重要原因。这种空气成分的改变对人类造成很大的危害。由于大气中存在二氧化硫和氮氧化合物,这些物质在对流层中经过一连串的大气光化学反应,可生成硫酸和硝酸蒸气,而气态的硫酸和硝酸极易溶于云雨滴中,再经降水过程形成雨滴落下,造成酸性降雨,这就是危害极大的酸雨。被污染的空气进入人体,可导致呼吸、循环、神经等系统疾病,严重地损害人体健康。空气的污染及酸雨对农、林、渔、牧业生产所造成的损失更为严重。还有一种变化是天然的。它是地下矿藏中挥发性物质在天然条件下逸散到大气中造成的。例如,汞是许多有色金属和贵金属矿(如铜、铅、锌、金、银、钼等)的重要伴生元素,因此汞矿床或与它有关的矿床的上空都可能有汞蒸气存在。由于它在空气中扩散的范围广,比直接找矿更容易发现,根据空气中汞成分含量的分布情况能迅速找到矿床所在地。在美国内华达州北部就曾用这种方法发现一处埋藏在地下"#米的金矿带。事实上,在天然条件下,不仅汞会挥发逸散到大气中去,另外一些元素,如氟、氯、溴、碘、硫、氦、氢等也会在大气中造成强弱不等的分布变化。曾经查明,在许多金属矿床,如斑岩铜矿、黄铁矿,甚至某些煤矿的上空,二氧化硫的含量要比正常情况下高出二至六倍。我国目前在防止空气污染方面所采取的主要措施有:$)减少或防止大气污染物的排放;(%)大力开展植树造林活动,通常$公顷阔叶林可以吸收$吨二氧化碳,并放出#&’"吨氧气;(")对空气污染源进行治理,废气经过处理才能排放到空气中。另外,对于天然原因引起的空气成分变化,可通过研究空气成分变化的情况,探察地下矿藏。总之,空气成分的变化不容忽视。

环境保护论文 大家的生活都是离不开生活的,你我的生活都与环境有着息息相关的,谁都离不开谁的。 我校地处工业比较发达的东北塘镇农坝村,这里是镇里的工业园区。前几年,工厂像雨后春笋在农坝村安营扎寨,铸件厂、橡塑厂、印染厂等好多企业虽然是本村的一些老牌企业,也是村里的骨干企业,起步早,根底深,但都是污染比较严重的企业,是废气、废水、废物等污染源的诞生地。在这里,以前我们常常可以看到一些工厂上空,出现一条条“黄龙”,据同学们后来查资料了解到这些“黄龙”里可能隐藏着剧毒的红棕色气体——二氧化氮。它的毒性约为众所周知的一氧化硫毒性的10倍。它能吸收空气中的水分生成硝酸酸雾,刺激人的呼吸器官,轻则引起慢性气管炎,重则经过一系列的光化学反应,是产生癌症的发病因素。因此,人们称它为“污染大气的毒龙”。在农坝村的北面,是一条横贯东西的锡北运河,自从沿河造起了印染厂后,河水就一直没清澈过,河里的水经常脏得不能洗东西,也养不了鱼虾河蚌,老百姓为此没少埋怨过。 为了教育和帮助青少年学生充分认识当前人类所处的环境,从小养成保护环境,美化环境的意识。我校近几年不仅加强了对学生这方面的宣传教育,还多次邀请校外辅导员来校宣讲,举办环保知识图片展,开展大中队主题活动,带领学生走出校门,到社会上走访群众,实地调查和考察等活动,使更多的学生亲眼目睹了我村的环境变化和整治状况。同学们也为此写出了多篇调查小报告、小论文,建议书,印发给家长和群众。表明了当今小学生对本地环保工作的关心和保护自身身心健康的强烈愿望。 很多来我校就读的学生,主要是一些来自我国边缘山区的孩子,不仅通过上网了解,还在平时生活中切身感受到了无锡这个改革开放城市的现代发展气息,体验到了在经济发展的背后,人类居住环境被污染后所带来的事故隐患和后遗症。我校的一些外来学生以前因长期居住在西北、西南农村,有的来自偏远山区,那里虽然经济条件落后,但周围自然生态环境良好,空气清新,水质纯净,所以一到我们号称“鱼米之乡”的江南,似乎不敢相信自己心目中的江南,除了人多车多钱多,就是工厂、高楼多,由于遍地都是工厂,各地都有“三废”的存在,有一阵子,市场上很难买到没有被污染过的大米、蔬菜水果,甚至连有的水产品也因水质关系,沾染了异味。就拿我村来说,当初大片大片绿油油的田野再也见不到了,水稻田面积从原来的一千多亩缩减到如今的二、三百亩。走在村道上,眼前见到的除了厂房还是厂房。就连我们的校园也已被周围的工厂几乎包围了起来,学生视野被阻不说,还要常年受噪音、废气的侵袭,人人苦不堪言。有的小学生也会说:“如果靠这样占用农田造厂,污染环境来发展经济,那我们宁愿贫穷一些”。多么诚挚的感言啊!不知我们的一些企业领导听了有何感想?确实,这种状况不光是我们这里有,恐怕其它地方都有,是我国目前普遍的社会现实问题,当前已到了非化大力气整治的时候。 可喜的是近年来农坝村村领导也已经注意到了这个问题,并且开展了一系列的环境整治工作。在组织学生到村委和工厂调查走访的过程中,同学们了解到:村里每年都要召开有关环保的座谈会,听取汇报,研究部署整治工作。还经常组织相关负责同志到工厂、家庭了解情况,听取意见。现在村里不仅给多家企业签订了环境整治协议书,还和村里的几十家商店、摊贩签定了清洁卫生责任书。一方面减少了大气污染和污水的排放量,另一方面促使部分企业、店铺化本钱投资改造原有的旧设备,尽力降低污染源的毒性,将“三废”排放降到最低程度。村里还高度重视了本村公共环境设施建设,先后投资数百万元,率先实现了家家通自来水,喝上清洁的太湖水;户户通有线电视和电话,方便老百姓了解新闻动态,及时反映问题。今年,又将条条道路浇上了柏油或水泥,两旁还安装了路灯,使得原本既窄又脏的村道变得既宽敞又整洁。现在村里有农贸市场、老年活动室、多家中型超市,人们出门购物娱乐既方便,又快速。难怪第一次来到这里的外乡人,将它误认为是市镇呢。村领导还根据群众意见,在各自然村统一建起了数十只大花坛,里面种植了月季、海棠、紫荆、杜鹃、樱花、香樟、广玉兰等花木,一年四季,各个村落,鲜花不断,香味扑鼻,仿佛置身于公园一样。村里还每年出资对几条主干河道进行淤泥清理,使河道常年保持水流畅通,水质干净。村里还对家庭生活垃圾和生活污水排放作了统一规划,在全村布置投放了数百只垃圾箱和塑料粪桶进行集中处理。在村委门口,我们可醒目看到一排用不锈钢建的宣传橱窗,里面不仅经常张贴环保知识资料和图片,还定期公布各单位、各村民小组对于环境整治所做的一些工作和取得的成果。通过一系列的工作,现在农坝村的自然和人文环境有了很大改观,老百姓对自己所居住环境的满意度也越来越高。 作为在农坝村工作多年的一份子,而且是肩负培养下一代重任的小学教育工作者。我经历了农坝村这十多年来的变化发展,感慨万分。我想:一个国家,一个地区,既要发展经济,又要保护环境。对一些主管领导来说,是不是太为难了?但通过农坝村近年来的发展变化,我从内心明白了:任何地方、任何时候,人类不能以牺牲自然环境为代价来发展经济,否则是以小失大,必将受到自然界的惩罚而自食其果。综观历史上全球发生的多次特大灾难事故,那些热衷于靠毁田毁林来开发景观,靠以污染环境为代价来发展经济的“能人”,还不应该清醒吗?其实许多有识之士早在多年前就坦言:从眼前看,重视环境保护,可能会影响当地财政收入等经济指标,但这是暂时的。从长远看,治理污染、保护生态,实现经济社会的可持续发展,最终可以增加财政收入,使群众增收。实现环境治理和经济发展的“双赢”,途径就是加大结构调整力度,用高新技术改造和提升传统产业。联想到近几年中,我国各地因破坏生态环境而造成的自然灾难和人身伤亡事故,难道这不是血的教训吗?听说前阶段,国家有关部门已采取相关政策关闭小煤矿、停止小炼焦,健全和发展国有煤矿,扶持开发大机焦,这是煤炭和焦化产业的升级换代,不仅扩大了生产规模,增加了国家和地方税收,还减少了环境污染,可谓一箭双雕,地方和财政皆大欢喜。由此,我们的某些企业不值得借鉴吗? 现在的孩子虽然对环保的意识还比较朦胧,对周围一些涉及环保不力而引发的事故,也可能熟视无睹或者漠不关心,但并不能说明环保与孩子们无关。相反。我们的孩子是环境污染的最大受害者,青少年是祖国的未来,民族的希望。保护下一代的身心健康,要从我们每个人身上做起。保护环境,清洁空气、水源,还大自然本来面目,这是所有孩子们的心愿,也是我们共同的心愿。童心是最宝贵的,童言是最真心的。我们不能让幼小的心灵因此蒙上阴影。从儿童身上,我们要看到环保工作的重要性和艰巨性,全民动员,人人出力。,~~~~~~~~~~~~~

植物光合作用及其对光的需求无论是采用太阳光还是人工光进行植物生产,最终都是通过光合作用来完成产物的积累。光合作用是通过植物叶绿素等光合器官,在光能作用下将CO2和水转化为糖和淀粉等碳水化合物并释放出氧气的生理过程;与光合作用相对应的是呼吸作用,呼吸作用是通^植物线粒体等呼吸器官,吸收氧气和分解有机物而释放CO2与能量的生理过程,是植物把光合作用形成的碳水化合物作为能量用来形成根、茎、叶等形态建成的重要生理活动。呼吸作用包括与光合作用毫无关系的暗呼吸以及与光合作用同时进行的光呼吸2个部分。作物的光合作用与呼吸作用之间有一个相互平衡的过程,随着生长阶段的不同,其平衡点也不同。实际生产中经常利用控制作物的光合速度和呼吸速度来调节营养生长和生殖生长的相对平衡,达到提高目标产量或改善产品品质的目的。植物的光合作用与CO2的吸收、释放关系密切,光合时吸收CO2,呼吸时排放CO2,这2种生理活动是同时进行的,所以光合器官的叶片内外的CO2交换速度也就等于光合速度减去呼吸速度。通常把该CO2交换速度也叫做净光合速度,其中的呼吸速度则是暗呼吸速度与光呼吸速度的总和。一般而言,C3植物光呼吸速度高,C4植物光呼吸速度低。因此,净光合速度为0时,光合速度等于光呼吸速度。光合速度的单位为kg/cm2・s)或mol/cm2・s)(以CO2计),表示单位叶面积单位时间内CO2的吸收、排放或交换量。光强对作物光合的影响光合产物的形成与光照的强度及其累积的时间密切相关。光照的强弱一方面影响着光合强度,同时还能改变作物形态,如开花、节间长短、茎的粗细及叶片的大与厚薄等。在某一CO2浓度和一定的光照强度范围内,光合强度随光照强度的增加而增加。当光照强度超过光饱和点时,净光合速度不但不会增加,反而还会形成抑制作用,使叶绿素分解而导致作物的生理障碍。不同类型植物的光饱和点的差异较大,光饱和点一般会随着环境中CO2浓度的增加而提高。因此,植物生产中给予光饱和点以上的光照强度毫无意义;而另一方面,当光照强度长时间处于光补偿点之下,植物的呼吸作用超过了光合作用,有机物消耗多于积累,作物生长缓慢,严重时还会导致植株枯死,因此对植物生长也极为不利。通常情况下,耐荫植物的光补偿点为200~1000 lx,喜阳植物的光补偿点为1000~2000 lx。植物对光照强度的要求可分为喜光型、喜中光型、耐弱光型植物。蔬菜多数属于喜光型植物,其光补偿点和光饱和点均比较高,在人工光植物工厂中作物对光照强度的相关要求是选择人工光源的最重要依据,了解不同植物的光照需求对设计人工光源、提高系统的生产性能都是极为必要的。光质对作物光合的影响光质或光谱分布对植物光合作用和形态建成同样具有重要影响,地球上的植物都是在经过亿万年的自然选择来不断适应太阳辐射,并依据种类不同而具有光选择性吸收特征的。到达地面的太阳辐射的波长范围为300~2000 nm,而以500 nm处能量最高。太阳辐射中,波长380nm以下的成为紫外线,380~760 nm的叫可见光,760 nm以上的是红外线也称为长波辐射或热辐射。太阳辐射总能量中,可见光或光合有效辐射占45%~50%,紫外线占1%~2%,其余为红外线。波长400~700 nm的部分是植物光合作用主要吸收利用的能量区间,称为光合有效辐射;波长700~760 nm的部分称为远红光,它对植物的光形态建成起到一定的作用。在植物光合过程中,植物吸收最多的是红、橙光(600~680 nm),其次是蓝紫光和紫外线(300~500nm),绿光(500~600 nm)吸收的很少。紫外线波长较短的部分,能抑制作物的生长,杀死病菌孢子、波长较长的部分,可促进种子芽、果实成熟,提高蛋白质、维生素和糖的含量;红外线还对植物的萌芽和生长有刺激作用,并产生热效应。不同的光谱成分对植物的影响效果也不尽相同(表1),强光条件下蓝色光可促进叶绿素的合成,而红色光则阻碍其合成。虽然红色光是植物光合作用重要的能量源,但如果没有蓝色光配合则会造成植物形态的异常。大量的光谱实验表明,适当的红色光(600~700 nm)/蓝色光(400~500 nm)比(R/B比)才能保证培育出形态健全的植物,红色光过多会引起植物徒长,蓝色光过多会抑制植物生长。适当的红色光(600~700 nm)/远红色光(700~800 nm)比(R/FR比)能够调节植物的形态形成,大的R/FR比能够缩短茎节间距而起到矮化植物的效果,相反小的R/FR比可以促进植物的生长。所有这些特征都是植物工厂选择人工光源时必须考虑的重要因素,尤其是对于近年来发展起来的新型节能光源,如LED、LD以及冷阴极管等来说显得更为重要,因为这些光源需要通过不同光谱的单色光组合构成作物最适直的光质配比,以保障高效生产和节能的需求。光周期对植物的影响植物的光合作用和光形态建成与日长(或光期时间)之间的相互关系称其为植物的光周性。光周性与光照时数密切相关,光照时数是指作物被光照射的时间。不同的作物,完成光周期需要一定的光照时数才能开花结实。长日照作物,如白菜、芜青、芭英菜等,在其生育的某一阶段需要12~14 h以上的光照时数;短日照作物,如洋葱、大豆等,需要12~14h一下的光照时数;中日照作物,如黄瓜、番茄、辣椒等,在较长或较短的光照时数下,都能开花结实。

2014光催化反应器毕业论文

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纳米光催化技术在大气污染治理中的应用论文

在学习和工作中,大家都跟论文打过交道吧,论文是学术界进行成果交流的工具。如何写一篇有思想、有文采的论文呢?下面是我整理的纳米光催化技术在大气污染治理中的应用论文,欢迎大家分享。

摘要: 现如今,环境污染问题已成为全球性的问题,加大环境保护力度,促进环境与经济的协调发展是世界经济发展的主要手段。大气污染作为环境污染中的一种,加大大气污染的治理力度,缓解温室效应给社会发展带来的难题,有利于实现和谐社会的建设。基于此,文章主要对纳米光催化技术进行了分析,并对其在大气污染治理中的应用进行了研究,以供相关人士参考。

关键词: 纳米光催化技术;大气污染;治理应用

纳米光催化技术在大气污染中的应用,可以提高大气污染的治理水平。由于纳米光催化技术的光敏效果较好,容易达到其反应条件,效率高,对环境及人体具有无害的特点,所以,纳米光催化技术已成为当前社会最先进的空气净化技术。对纳米光催化技术进行分析与研究,充分了解其在大气污染治理中的应用,有利于解决我国严重的.雾霾问题,优化人们的生活环境,促进经济的快速发展。

一、纳米光催化技术理论

太阳能作为“取之不尽,用之不竭”的清洁能源之一,在能源短缺和环境污染日趋严重的今天,其有效利用显得尤为重要。而光催化污染物降解技术既能充分利用太阳能,又能解决大气污染物的处理难题。纳米光催化技术作为一种新型的大气污染物治理方法,在大气污染控制方面具有巨大的应用潜力。与传统的物理吸附法(活性炭)相比,利用纳米光催化技术净化空气具有以下优势:催化降解反应可以在常温常压下进行;操作简便;在太阳光的激发下,能有效去除大气中的污染物如NOx和VOCs,不会造成二次污染。

光催化技术理论主要基于“Fu-jishima-Honda”效应,20世纪70年代后期,Frank和Bard关于水中氰化物在TiO2表面的光分解研究及Carey等关于多氯联苯在TiO2紫外光下的降解研究,极大推动了光催化技术在环境污染治理方面的研究。半导体材料的催化氧化机理如下:当能量大于禁带宽度的光照射半导体催化剂时,价带(va-lenceband,VB)上的电子被激发,跃过禁带进入导带(conductionband,CB),而在价带上产生与电子()对应的空穴(),即产生自由电子-空穴对,活泼的电子、空穴在电场作用下可以分别从半导体的导带、价带迁移至半导体/吸附物界面,而且跃过界面,使被吸附物还原和氧化;同时也存在着电子、空穴的复合。价带空穴()将吸附的H2O氧化为羟基自由基(),导带电子()将空气中的O2还原为超氧自由基()。这两个自由基(),是降解污染物的关键活性基团。其反应原理如下:

二、纳米光催化技术的实际应用

纳米光催化技术在大气污染治理中的应用比较广泛,TiO2作为应用效果较好的光催化剂,具有较好的抗酸碱性、耐光腐蚀性,其化学性质稳定性较好,来源丰富,能源较大,具有产生的光生电子和空穴的电势电位较高等优势。但是,在实际的纳米光催化技术应用过程中,容易受到催化剂、有机物浓度的影响。因此,在大气污染治理过程中,相关人员应重视这些因素对光催化技术的影响。

(一)催化剂对纳米光催化技术的影响。纳米光催化技术的原理,是利用催化剂净化大气的。在反应过程中,催化剂的表面积、粒径等等,都会影响纳米光催化反应。如:当催化剂的粒径不断缩小时,溶液中的单位质量粒子就会增多,虽然光的吸附效率有所增加,但是,光吸收不易饱和;当催化剂系统的表面积增加时,就意味着催化剂参加反应的面积增大,有利于催化反应的进行,反之,则不利于催化反应的进行。另外,催化剂的表面羟基及混晶效应,也是影响纳米光催化反应的另一因素。

(二)光源与光强对大气污染的影响。纳米光催化技术常用的光源有黑光灯、高低压汞灯、紫外灯、杀菌灯等,波长在200-400nm的范围内。一般情况下,在纳米光催化反应过程中,其光的强度越强,催化反应速度就会逐渐趋于常数,但是,光量子效率则会随着光强度的变化而变化。此外,PH值不同,外加助催化剂及无机盐等等,在一定程度上也会影响纳米光催化技术的反应。

三、纳米光催化大气污染控制技术与其他技术的联用

(一)室内污染控制与通风技术。目前常用室内环境净化与通风技术有主动式和被动式2种。前者是将室内环境净化装置与机械通风系统有机结合起来成为一个整体,而后者采用空气净化过滤器结合自然通风系统。这两种技术均涉及高效通风技术,前者主要针对外源性污染,可采用高效低阻过滤的方式;而后者主要针对内源式污染,比较有效的方式为各种室内净化技术。目前主要通风方式包括混合通风、置换通风和个性化送风。混合通风和置换通风均以营造室内可感风环境为目的,若将空调设定温度调高必然会引起室内人员热舒适性的降低;个性化送风由于其实际使用中制约较多,在实际工程中较少。

(二)过滤技术。过滤技术主要包括纳米纤维过滤技术、光催化纤维过滤技术、膜过滤技术。纳米纤维过滤技术具有一定梯度结构的复合过滤材料可大大提高过滤性能,已用于室内空气净化、水体有机物净化等领域,有望实现大规模工程化应用;纳米光催化技术是一种新型的处理大气污染物的方法,在大气污染控制方面具有巨大的应用潜力。

四、结语

在大气污染治理过程中,单独利用纳米光催化技术的效果并不是特别明显,因此,在治理大气污染过程中,相关人员应将纳米光催化技术与其他先进的大气净化技术进行有效结合,提高大气污染治理效果,保证人们生活健康。

参考文献:

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[2]王韶昱.光催化技术在室内空气净化器中的应用研究[D].浙江大学,2013.

光催化反应原位检测论文

负载在g‑C3N4纳米片的PtCo合金和周围Co单原子的协同作用促进整体水分解

研究背景

太阳能驱动的全分解水可大规模生产氢气和氧气,是满足清洁能源需求和解决化石燃料危机的理想策略。然而,在不消除牺牲试剂或不需要施加外部偏压的情况下,水分解需要协同活性位点,以连接空间分离的析氢和析氧反应。具有最高原子利用效率的原子分散催化剂已成为催化领域的前沿。然而,单组分单原子催化剂在整个光催化水分解反应(OWS)中的应用却鲜有报道。

内容简介

基于此,近日华东师范大学姚叶锋和王雪璐团队设计了一种双组分协同光催化剂,其包含单原子Co(CoSAs)中心和PtCo合金纳米颗粒(Nps)的分散体负载在C3N4纳米片上。CoSAs中心是析氢反应(HER)的高活性位点,PtCo合金是析氧反应(OER)的高活性位点。当两个不同的反应中心结合时,它们之间会产生协同效应,这表明CoSAs中心和PtCo合金Nps之间可能存在质子或羟基溢出现象。CoSAs中心和PtCo合金的协同促进了OWS反应实现最大原子利用率和最佳双功能活性之间的协同。这种结合为开发OWS原子分散催化剂提供了一个很有前景的模型。相关论文以” Synergistic Promotionof Single-Atom Co Surrounding a PtCo Alloy Based On a g‑C3N4 Nanosheet for Overall Water Splitting”发表在ACS Catal.

本文亮点

1. 设计了一种新型的双组分协同光催化剂CoSAs/PtCo@CNN,由负载在纳米片g-C3N4上的CoSAs和PtCo合金纳米颗粒组成。该催化剂有效地促进了光催化整体水分解反应。

2. 纳米片C3N4具有大的比表面积和高的孔容,为CoSAs的形成提供了丰富的N配位。CoSAs和PtCo合金的协同活性在最大原子利用率和析氢析氧双功能反应性之间架起了一座桥梁。

3. CoSAs/PtCo@CNN在可见光照射下,三乙醇胺(TEOA)存在下,催化剂在整个水裂解反应中的产氢活性高达μmol/h·g,产氢活性为 mmol/h·g。

4. 这项研究不仅为构建协同合金位点开发高效的单原子光催化剂提供了一种有希望的策略,而且还提供了对结构的深入了解 通过光催化过程进行的整体水分解反应的活性关系。

图文解析

TEM,FT-IR

CN样品由膨胀和连续结构中的大波浪层组成。负载金属后,金属颗粒聚集在大块CN的表面或次表面。经过两步煅烧后,所得CNN样品转变为薄、松散、柔软的丝状纳米片结构。煅烧方法导致了CN层的卷曲,使金属颗粒更均匀、更稳定地负载在表面上。红外光谱结果表明CNN样品的C-NH-C键的振动明显强于CN样品中的振动,表明CNN具有高浓度的-NH-缺陷位点,可能会增强水分子的光催化活性。

NMR

在D2O 处理(表示为 CNN-D)之前和之后获得的 CNN 样品的1D 1H MAS 核磁结果表明当 CNN 样品中残留水通过 D2O 处理被氘化时,CNN-D 的 Hw 信号显著减弱。这表明CNN样品具有易于吸附和解吸水分子的双重优势。相反,在 D2O 处理后,普通 CN 样品的Hw 信号强度或其位置没有显著变化,表明由于氢交换没有明显的结构变化。氘交换后, CNN-D 样品的 CN3, Ha 峰的相关性显著降低, 表明边缘氨基(Ha) 和 d 氘化水之间存在强烈的质子交换。相比之下, CN-中的质子交换的证据Ha和氘化水之间的D样品几乎没有氘处理前后的变化。

XANES,HAADF-STEM

为了进一步了解铂和钴金属的配位化学,测试了CoSA/PtCo@CNN催化剂的X射线吸收近边缘结构(XANES)光谱。在CoSAs中形成Co(II)Nx配位中心外,合金中的Co4s和4p轨道还通过与Pt电子结合发生杂化。EXAFS分析表明PtxCo合金和N-Co(II)连接性结构形成。Pt L3边缘的EXAFS光谱中电子的径向分布发生了Å的偏移,表明Pt Co键的形成。Co 原子分散在单金属位点,中心 Co 原子由四个 N 原子配位稳定。少量的 CoSA可以通过长距离的 Co-N-C 协调。像差校正的HAADF-STEM结果表明分离出单个纳米颗粒具有 nm 间距的晶面(Pt3Co 平面)并被许多孤立的金属原子包围。结合 XANES 分析,纳米粒子(NPs)和孤立的金属原子分别为PtxCo 合金和单个 Co 原子。CoSAs/PtCo@CNN 催化剂的组成为大多数 Pt 原子参与形成随机分布的PtCo 合金。额外的Co原子不均匀地分散在 PtCo 合金簇。很少量的Co单原子远离单纳米粒子。所有这些形式共同构成CoSAs/PtCo结构体。

EPR,UV-vis

CoSAs/PtCo@CNN 催化剂用于在紫外-可见光照射下在整个水分解反应中生成产物,而无需使用任何电子牺牲剂,通过原位 EPR 光谱观察到悬浮液中•OH(羟基自由基)的特征信号。这种强烈的•OH 信号表明该途径涉及水的单电子氧化以产生•OH。在 CoSAs@CNN 上仍然没有检测到 •OH 信号,CoSAs/PtCo@CNN表现出高活性产氢气(高达 μmol/h·g)和 μmol/h g的活性用于整个水分解反应中的 O2。在整个水分解反应中观察到 H2O2 产物。催化剂使用3次后,PtCo合金上的Co0保持稳定的结构。在单组分催化剂 CoSAs@CNN 或 PtCo@CNN 上没有检测到可测量的 H2 或 O2 物种,这表明单原子 Co 和纳米片CNN 上负载的 PtCo 合金复合材料之间存在协同。

DFT

理论计算给出了CoSAs/PtCo@CNN对 HER 的反应途径。第二步(OH* O*)为 OER 过程的决速步。对于合金表面的 Pt 位点、合金表面的 Co 位点和 CoSAs 位点,此步骤的 ΔGO* 值分别为 、和 eV。对于 PtCo 合金表面的 Co 位点,每个基元步骤都是吸热的,其决速步基本上可用于完成 OER 半电池反应。如上所述,这种协同作用是通过 CoSAs配位的 N 原子产生的,N原子充当 HER 半反应的高活性位点。同时,由纳米片 C3N4负载的 PtCo 合金纳米颗粒是OER 的高活性位点。

该研究主要计算及测试方法

做同步辐射 找易科研

做球差电镜 找易科研

做计算 找易科研

第一作者:Zhong-Hua Xue

通讯作者:张华彬教授、楼雄文教授

通讯单位:阿卜杜拉国王 科技 大学、南洋理工大学

DOI:

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人工光催化能源转化是通过直接收集太阳能以解决能源危机和环境问题的一种非常有趣的策略,其中开发高效的光催化剂是推动光催化反应走向实际应用的中心任务。近年来,单原子催化剂(SACs)因其最大的原子利用率和优异的催化活性,而成为一种极具前景的光催化剂候选材料。在本文中,作者综述了面向光催化能源转化系统的SACs研究最新进展及当前面临的挑战,并系统性地探讨了单原子光催化过程中电荷分离/传输和分子吸附/活化的基本原理。作者不仅概述了单原子活性位点如何促进光生电子-空穴的传输并促进高效光活化循环的构建,而且全面介绍了SACs在各种光催化领域中的广泛应用。通过综述上述进展,并利用与SACs光催化整体发展相关的潜在解决方案以应对未来的一些挑战,从而为将来的SACs光催化能源转化研究提供一些启示。

背景介绍

对于无限且可自由获取的太阳能利用,人工光催化能源转化提供了一种很有希望的战略,即通过减少温室气体排放以克服全球能源危机和应对日益不稳定的气候变化。例如,光催化分解水是实现可持续清洁H2燃料生产的一种技术简单且具有成本竞争力的途径,而光催化CO2还原则是一种可部署且极具吸引力的战略,其将惰性的CO2转化为高附加值化学品并最终关闭碳循环。然而,传统的光催化系统在很大程度上依赖于催化剂的能带结构和表面结构,并由于电子-空穴对的分离缓慢和表面活性中心有限等问题,使其性能仍远不能令人满意。尽管已经付出巨大努力,但迄今为止多相光催化剂仍存在许多不足之处,如电荷载流子复合速度快、分子活化效率低等,从而显著抑制从催化剂表面到反应物物种的电荷传输与分子的进一步转化。

基于上述情况,SACs成为设计和开发经济高效的光催化剂和助催化剂的新选择及理念。有利的是,单原子光催化系统中孤立的反应位点不仅可以为光催化反应创建更多的活性中心,而且还可以拓宽光吸收范围以提高电荷分离/传输效率。所构建出的单原子光催化剂的构型具有高度可调控性,从而提供足够的光阱和表面结构精细修饰以吸附和活化分子。此外,单原子光催化剂的结构简单性可以使科研人员能够得出更精确的结构-性能相关性,从而更好地理解光催化的基本机理,并促进目标光催化剂的合理设计。尽管SACs在光催化系统中的应用研究仍处于起步阶段,但上述这些优势足以使其成为促进光催化反应的候选材料。为了推动这一新兴但发展迅速的领域,及时对单原子光催化应用的最新进展进行综述将不仅有助于揭示其主要工作机理,而且有助于启发未来的研究方向。据作者所知,尽管此前的文献中有一些非常优秀的综述重点介绍SACs的背景和合成策略,以及它们在光催化方面的独特优势;然而,这些综述并没有涵盖与单原子光催化中能带工程和能量转移路线高度相关的基本原理。

图1 . SACs用于光催化能源转化示意图。

在该综述中,作者重点从文献中提炼出单原子光催化的关键原理,以全面了解其工作机理,从而促进更高效单原子光催化剂的合理设计与制备。作者首先简要介绍了SACs光催化应用的成就和特点,随后对单原子光催化剂的合成策略及相关结构表征方法进行概述。更重要的是,作者通过举例说明了单原子金属位点加速表面电荷分离/传输的机理以及单原子光催化中分子的吸附和活化。此外,作者还介绍了SACs在众所周知的新兴光催化领域中的应用以及最新进展。最后,作者对SACs在光催化能源转化方面的未来发展方向提出了一些挑战与展望,有望为光催化中SACs的理解和工程提供一些新见解,并进一步加速这一重要新兴研究领域的发展。

图文解析

图2 . 从Webof Science中分析出单原子光催化的文献总结 :(a)通过搜索单原子光催化关键词获得的文献数量和引用数量(截止于2021-12-12);(b)近年来不同单原子光催化体系的百分比分布。

图3 . 单原子光催化的发展成就和特性表征时间线。

图4 . 单原子光催化剂的合成策略。

图5 . 孤立金属位点能带调控。

总结与展望

综上所述,本文详细地总结了SACs的主要原理及其在光催化领域的广泛应用。毫无疑问,单原子光催化剂因其可以加速电荷分离/传输效率和增强分子吸附/活化能力,是构建高效光催化系统的优秀候选材料。除了此前已获得的杰出成就外,单原子光催化剂的 探索 和实际应用还面临着许多挑战,包括如何实现孤立反应位点的长期稳定性和高负载等。为了克服当前的挑战,作者提出以下十点未来的研究方向和解决方案:

1. 单原子催化剂相对较低的稳定性,是其在光催化领域中应用的一个明显缺点。由于反应中间体或副产物与孤立金属位点的强键合而产生的毒化效应,可能使单原子光催化剂失活。此外,光生电子诱导的单原子反应位点向零价态金属原子的转化,也可能导致孤立金属位点的聚集形成团簇或纳米颗粒。在理想条件下,增强金属-载体相互作用和优化光催化反应,可能在一定程度上能够防止反应过程中孤立金属位点的团聚。

2. 尽管单原子光催化剂的能量转换效率在平均反应位点方面具有显著优势,但由于不饱和活性位点的密度较低,其整体性能仍远不能令人满意。因此,应进一步修饰半导体载体的表面结构以增强相互作用,可以增加单原子的负载量。此外,在基底中引入足够多的锚定位点(例如N、P和S)或特定官能团(例如吡啶和-NH2)也可用于提供丰富的结合位点以稳定单原子。

3. 精确控制反应位点的配位几何结构和单原子的数量,对于调节单原子光催化剂的活性和选择性至关重要,但这仍然是一个巨大的挑战。在合成过程中需要精确控制孤立反应位点和半导体载体之间的相互作用,以构建所需构型。通过基于结构-性能关系的理论预测,也可以提供一种可行的策略。此外,在实践中非常需要提高表征策略的准确性以准确分析单原子光催化剂的配位构型。

4. 探究两个相邻单体之间的协同作用,对于控制催化性能和加深对多相催化机理的理解具有巨大的潜力。因此,双原子或多金属单原子光催化剂的可控合成是非常必要的。由于双原子或多金属单原子光催化剂中相邻反应位点之间的协同效应,反应物的反应路径可能会大大改变,从而导致反应势垒显著降低,催化性能得到显著提高。

5. 自然界中的光催化和酶催化系统为从太阳能到化学能的转化提供了一个精妙的蓝图,其在环境条件下通常表现出卓越的活性和选择性。通过模仿自然光合反应中酶催化等活性位点的结构,可以实现更高水平SACs的仿生设计,以进一步提高SACs的整体光催化能源转化性能。将末端功能配体或孤立金属位点周围的附加活性位点进行集成,可能是开发仿生单原子光催化剂的可行策略。

6. 大量单原子光催化剂是基于含缺陷的半导体材料所开发,其中含有丰富配位金属原子的表面结合位点,从而实现增强的电荷分离/传输。然而,高浓度的缺陷可能会恶化半导体材料的结晶度,从而增加单原子光催化剂体相或表面上电子-空穴对的大量复合。因此,作者建议仔细调控单原子光催化剂中半导体载体的结构(如结晶度、缺陷),并进一步确定其对整个反应过程的贡献。

7. 对单金属位点诱导的单原子光催化剂中电荷分离/传输过程的完整理解目前仍然具有挑战性。为此,将超快瞬态吸收光谱与电化学或显微镜技术相结合,是研究光催化反应中能量转移和捕获过程的有力手段。开发实时超快瞬态吸收技术来跟踪光催化中光生载流子的动力学,将进一步加深对电子泵模型和孤立金属位点诱导电子陷阱态的理解。

8. 追踪光催化反应过程中活性位点的结构演化,不仅可以深入了解单原子的光活化过程,还可以为合理设计高效的光催化剂提供指导。然而,目前相关的实验证据仍然非常有限,通常无法理解光催化系统中SACs的分子吸附/活化机制。利用原位或operando研究结合各种技术如拉曼光谱、XAS和XPS,可能是检测反应过程中孤立金属位点化学状态和配位环境动态演化的极好方法。

9. 将理论计算与实验结果相结合,已成为研究催化剂电子结构和光催化过程中分子吸附/活化的有力手段,其可以揭示出单原子光催化在原子尺度上的工作机理。然而,光催化反应过程中活性中心动态演化的理论模型,在实现对单原子光活化循环的合理认识方面相当有限。结合不同的模拟方法,可为 探索 单原子光催化剂在反应过程中的演化和揭示光催化活化机理提供合理途径。

10. 作为人工智能最有力的组成部分之一,基于计算机算法的机器学习可通过数据挖掘实现了快速可靠的预测,其在 探索 高效催化剂方面也显示出巨大潜力。因此, 探索 合适的机器学习方法并结合理论计算数据来预测单原子光催化剂的催化性能,并找出目标反应的理想构型是非常必要的。机器学习的实施还将为光催化反应构建结构-性能关系,从而提高对单原子光催化的理解,并促进具有高度应用潜力的高效单原子光催化剂合理开发。

文献来源

Zhong-Hua Xue, Deyan Luan, Huabin Zhang, Xiong Wen (David) Lou. Single-atom catalysts for photocatalytic energy conversion. Joule. 2022. DOI:.

文献链接:

化学反应教学论文

初中化学论文-浅谈初中化学课堂教学模式的研究学校的教育活动有百分之九十的时间以课堂教学形式进行的,研究课堂教学模式是教育、教学必革的重要课题。初中化学是九年义务教育的一部分,必需推进素质教育,启迪学生的思维,培养学生能力,研究初中化学课堂教学模式是十分重要。一、研究课堂教学模式的必要性21世纪的教育,应该是素质教育,教育学生学会生存、学会学习、学会关心。化学教育不能仅仅局限于化学知识的传授,而应当成为关于化学的广泛应用及社会价值的教育,要主动地适应受教育者的兴趣和目的多样性的需要。特别是初中化学属于义务教育阶段,是化学基础教育阶段,不仅仅要关心提高化学课程的理论水平。学科知识体系等学术性问题,还要特别关注每天都会接触到诸多社会生活中的化学问题,如水、食物、环境保护、能源和材料、资源等。初三化学是起始学科,仅仅设一学年,受中考(含预选)时间、分数、学校的条件等多方面因素的影响,初中化学教学时间短、任务重、适应慢、难度大,教学效果不尽人意。研究初中化学课堂教学模式,精心设计和选用一定的教学模式,精心设计和选用一定的教学模式,有利发挥教师的创造性,调动学生学习的积极性,师生共同活动,完成教学任务。二、课堂教学模式我国关于课教学模式的说法大致有三种。第一属于方法范畴,认为教学模式就是教学方法,或是多种教学方法的综合;第二、教学模式是各种教学方法在具体时间、地点在具体时间、地点和条件下表现为不同的空间结构和时间序列,从而形成不同的教学模式;第三、教学模式是人们在一定教学思想指导下,对教学结构作出的主观选择。综合各种认识下,我们所要研究的教学模式是教学过程的结构,在教学理论指导下,根据教学目标设计教学环节,配有相应教学策略和教学措施,并将教学模式具体转化为初中化学课堂教学模式。三、课堂教学模式的基本结构课堂教学模式研究的框架和主要流程:教学理论教学目标教学模式教学策略教学评价1、教学理论和教学思想任何教学模式都有一定的教学理论或教学思想为依据。教学理论和教学思想决定了教学环节的选择和教学策略和运用,明确了教学评价的指向,可以认为教模式是教学理论的一种简化形成。2、教学目标教学目标是教学活动所要达到的标准。教学目标是教学模式构成的核心因素,它对教学策略、教学程序、教学评价等起着制约作用。正确地制约作用。正确地制定教学目标,首先要转变观念,增强改革意识,树立正确的人才观。教育学生成为有理想、有道德、有文化、有纪律的社会主义接班人;教育学生有社会责任感;教学学生人格健全、身心健康,有合作意识和合作能力;教学学生独立自主,具有创新意识和创新能力,成为学习的主人;教育学生热爱社会主义祖国、热爱自已国家和民族的文化传统。3、教学程序教学程序是教学活动环节的顺序结构,确定教学活动中教师和学生先做什么,后做什么,应该完成的各项教学任务。4、教学策略教学策略是教学活动中为教学服务并体现教学手段和方法的原则。教学策略确定了在教学活动中师生生活动的方式、方法、任务、地位、关系等。教学策略一般可分为教师的策略,学生的策略。教学策略一般可分为演绎推理、归纳推理、联想推理、类比迁移、分层递进、形象比喻、摹仿操作、自主探究、激发支机、师生合作等 5教学评价教学评价是教学活动效果的测量。教学评价是以教学为中心,依据教学程序、教学策略、教师素质、师生活动、教学效果等方面进行评价,既要评教、评学,又要评价对课堂教学模式的应用。介绍几种课堂教学模式I、引导------探究教学模式1、教学理论布鲁纳的发现法学习理论认为:认识是一个过程,而不是一种产品。奥苏贝尔的同化理论认为:学生认知结构中新旧知识的相互作用导致新旧知识的同化,不仅使新知识获得了意义,而且知识也因得到了修饰而获得新的意义。用引导------探究的方式教会学会学生学习2、功能目标培养实事求是的科学态度,发扬探究精神,激发创造能力和可持续发展能学力。培养学生学会查阅资料、分析资料、测定和处理数据的科学方法 3、教学程序课题兴趣----素材疑问----点拔、假设、验证----评论、结论4、教学策略教的策略是分层递进,学的策略是自主探究。5、教学评价内部动机:直接经验的获得;知识只结构的形成;思维能力的培养。II、辅导------自学教学模式1、教学理论现代教学论认为大脑的情感边缘系统部分是通向持久记忆的大门,激发情感,会把学到的东西溶入记忆中去。2、功能目标调控学习过程,达到有效学习;从感知、理解、识记等方面逐步得到发展,从而达到双基落实和知识技能的提高。3、教学程序主题情感----目标阅读思考----设疑讨论质疑----反馈讲评4、教学策略教的策略:创设情境、激活思维、组织讨论、评价激励;学的策略:知识编码、有效记忆、集体效应、创造思维。5、教学评价教学目标多元化、学生从“学会”到“会学”,学习结果的检测等。 合肥市初中义务教育化学课堂教学模式卡片 设计人:朱世贤学校:安农大附中 章节:第五章第四节《二氧化碳的实验室制法》一、理论依据:学生学习知识的过程遵循“由感性到理性、由表及里、由浅及深、由此及彼”这一规律。教学思想:1、“教学主导,学生主体。”2、遵人认识规律,根据所教班级学生年龄牲和知识水平等具体情况进行教学安排。二、功能目标:充分调动学生学习化学的积极性和主动性,发展学生智力,培养自学能力(阅读、观察、思维、想象以及化学实验操作) 三、实施条件:1、学生已经获得了氢气和氢气的实验室制法初步知识,有过动手做实验的初步实践;2、本节教材的写法采用的是计论模式,便于学生学生自学;3、本节课演示实验操作简单易行,所需仪器药品均为中学化学实验常用物品。四、教学程序:1〖复习〗讨论氧气和氢气实验定制取垢比较,挂出小黑板表格:(二氧化碳为后来拼续部分)填表过程中鼓励差生发言。浅谈初中化学课堂教学模式的研究合肥市教委教研室蒯世定学校的教育活动有百分之九十的时间以课堂教学形式进行的,研究课堂教学模式是教育、教学必革的重要课题。初中化学是九年义务教育的一部分,必需推进素质教育,启迪学生的思维,培养学生能力,研究初中化学课堂教学模式是十分重要。一、研究课堂教学模式的必要性21世纪的教育,应该是素质教育,教育学生学会生存、学会学习、学会关心。化学教育不能仅仅局限于化学知识的传授,而应当成为关于化学的广泛应用及社会价值的教育,要主动地适应受教育者的兴趣和目的多样性的需要。特别是初中化学属于义务教育阶段,是化学基础教育阶段,不仅仅要关心提高化学课程的理论水平。学科知识体系等学术性问题,还要特别关注每天都会接触到诸多社会生活中的化学问题,如水、食物、环境保护、能源和材料、资源等。初三化学是起始学科,仅仅设一学年,受中考(含预选)时间、分数、学校的条件等多方面因素的影响,初中化学教学时间短、任务重、适应慢、难度大,教学效果不尽人意。研究初中化学课堂教学模式,精心设计和选用一定的教学模式,精心设计和选用一定的教学模式,有利发挥教师的创造性,调动学生学习的积极性,师生共同活动,完成教学任务。二、课堂教学模式我国关于课教学模式的说法大致有三种。第一属于方法范畴,认为教学模式就是教学方法,或是多种教学方法的综合;第二、教学模式是各种教学方法在具体时间、地点在具体时间、地点和条件下表现为不同的空间结构和时间序列,从而形成不同的教学模式;第三、教学模式是人们在一定教学思想指导下,对教学结构作出的主观选择。综合各种认识下,我们所要研究的教学模式是教学过程的结构,在教学理论指导下,根据教学目标设计教学环节,配有相应教学策略和教学措施,并将教学模式具体转化为初中化学课堂教学模式。三、课堂教学模式的基本结构 1、教学理论和教学思想任何教学模式都有一定的教学理论或教学思想为依据。教学理论和教学思想决定了教学环节的选择和教学策略和运用,明确了教学评价的指向,可以认为教模式是教学理论的一种简化形成。 2、教学目标教学目标是教学活动所要达到的标准。教学目标是教学模式构成的核心因素,它对教学策略、教学程序、教学评价等起着制约作用。正确地制约作用。正确地制定教学目标,首先要转变观念,增强改革意识,树立正确的人才观。教育学生成为有理想、有道德、有文化、有纪律的社会主义接班人;教育学生有社会责任感;教学学生人格健全、身心健康,有合作意识和合作能力;教学学生独立自主,具有创新意识和创新能力,成为学习的主人;教育学生热爱社会主义祖国、热爱自已国家和民族的文化传统。3、教学程序教学程序是教学活动环节的顺序结构,确定教学活动中教师和学生先做什么,后做什么,应该完成的各项教学任务。4、教学策略教学策略是教学活动中为教学服务并体现教学手段和方法的原则。教学策略确定了在教学活动中师生生活动的方式、方法、任务、地位、关系等。教学策略一般可分为教师的策略,学生的策略。教学策略一般可分为演绎推理、归纳推理、联想推理、类比迁移、分层递进、形象比喻、摹仿操作、自主探究、激发支机、师生合作等。5教学评价教学评价是教学活动效果的测量。教学评价是以教学为中心,依据教学程序、教学策略、教师素质、师生活动、教学效果等方面进行评价,既要评教、评学,又要评价对课堂教学模式的应用。 四、介绍几种课堂教学模式I、引导------探究教学模式1、教学理论布鲁纳的发现法学习理论认为:认识是一个过程,而不是一种产品。奥苏贝尔的同化理论认为:学生认知结构中新旧知识的相互作用导致新旧知识的同化,不仅使新知识获得了意义,而且知识也因得到了修饰而获得新的意义。用引导------探究的方式教会学会学生学习2、功能目标培养实事求是的科学态度,发扬探究精神,激发创造能力和可持续发展能学力。培养学生学会查阅资料、分析资料、测定和处理数据的科学方法。3、教学程序课题兴趣--→素材疑问--→点拔、假设、验证--→评论、结论4、教学策略教的策略是分层递进,学的策略是自主探究。5、教学评价内部动机:直接经验的获得;知识只结构的形成;思维能力的培养。II、辅导------自学教学模式1、教学理论现代教学论认为大脑的情感边缘系统部分是通向持久记忆的大门,激发情感,会把学到的东西溶入记忆中去。2、功能目标调控学习过程,达到有效学习;从感知、理解、识记等方面逐步得到发展,从而达到双基落实和知识技能的提高。3、教学程序主题情感--→目标阅读思考--→设疑讨论质疑--→反馈讲评4、教学策略教的策略:创设情境、激活思维、组织讨论、评价激励;学的策略:知识编码、有效记忆、集体效应、创造思维。5、教学评价教学目标多元化、学生从“学会”到“会学”,学习结果的检测等。合肥市初中义务教育化学课堂教学模式卡片设计人:朱世贤学校:安农大附中章节:第五章第四节《二氧化碳的实验室制法》一、理论依据:学生学习知识的过程遵循“由感性到理性、由表及里、由浅及深、由此及彼”这一规律。教学思想:1、“教学主导,学生主体。”2、遵人认识规律,根据所教班级学生年龄牲和知识水平等具体情况进行教学安排。二、功能目标:充分调动学生学习化学的积极性和主动性,发展学生智力,培养自学能力(阅读、观察、思维、想象以及化学实验操作)。三、实施条件:1、学生已经获得了氢气和氢气的实验室制法初步知识,有过动手做实验的初步实践;2、本节教材的写法采用的是计论模式,便于学生学生自学;3、本节课演示实验操作简单易行,所需仪器药品均为中学化学实验常用物品。四、教学程序:1〖复习〗讨论氧气和氢气实验定制取垢比较,挂出小黑板表格:(二氧化碳为后来拼续部分)填表过程中鼓励差生发言。 2、【板书】学习气体实验室制作法的思路和方法; (1)需要研究该气体实验室的化学反应原理;(2)需要研究制取该体所采取的实验装置;(3)需要研究如何验证该气体。3、【引题】通过对氧气实验室制取的比较可知:制取气体的人口选择取决于化学反应原理,收集气体的方法取决于该气体扔物理性质。下面我们要学习二氧化碳的实验室制法,请同学们运用上面所总结的学习思路和方法共同来研讨。【板书】第四节二氧化碳的实验室制法4、【讨论】已经的能够着重二氧化碳的化学反应有:木炭在空气或氧气中燃烧;加热石灰石;高温下木炭还原氧化铜;一氧化碳在空气中燃烧。【讲述】以上这些化学反应虽然都有二氧化碳产生,但在实验室里制取二氧化碳都不采用,为什么?这个问题留待课后去探讨,请同学们阅读课本93页内容:(一)实验室制取二氧化碳的化学反应原理;(二)、实验室制取二氧化碳的装置;(三)、实验室制取二氧化碳。阅读后带着下列问题观看演示实验:为什么不用普通漏斗?为什么长颈漏斗要插入液面下?回顾一下怎样证明集气瓶里已充满二氧化碳?【实验】先由教师演示检查装置的气密性操作,再请丙名化学成绩较好的学生上台做制取、收集和检验二氧化碳的实验。实验后及时讨论和讲评观察到的现象和实验操作。6、【小结】仍以表格方式用小黑板拼续在氧气和氢气的制取比较表的右面。强调制取二氧化碳的瓜原理,写化学方程式(此处是否介绍复分解反应,酌情掌握)要过细分析。7、【板书】泡沫灭火器原理(化学反应方程式)【实验】由教师演示泡沫灭火器实验,简要介绍人口装置。(若时间允许,最好能将一只报废的泡沫灭火器实物边拆边讲,以满足学生兴趣。)8、【布置作业】(1)课后思考讨论在实验室制取二氧化碳能不能用碳酸钙?在泡沫灭火器里能不能用石灰石?能不能用稀盐酸?(2)习题:课本96页2、3、4题:(3)酌情做家庭小实验。五、教学策略:综合运用讨论、启发、实验、联想、回忆等方法,突出重点,化解难点,既要活跃课堂气氛,又要兼顾课堂秩序和教学进度,在时间分配上要灵活掌握。六、教学评价:本节内容既是元素化合物知识也是实验课,是理论联系实际的好教材,教学中能利用初中生好奇、好动、最喜欢观看和亲自动手做实验的特点引导思考和讨论,对“实验室里制取二氧化碳,稀盐酸和大理石是理想的药品”和采用的是实验装置加深了理解。

化学反应中的能量转化与利用人类的祖先在与自然界的长期斗争中,很早就开始利用火。他们用火来取暖、烧烤食物,进而又用火来烧制陶器、炼铜、炼铁,等等。因此,我们可以说,人类的文明是从火堆中萌发的,火在人类的进化中起了很重要的作用!化学研究的对象是自然界中的各种各样的物质。浩瀚的宇宙和地球上人类用肉眼能见到的和不能直接观察到的以原子或分子形态存在的物质,都是我们要了解和研究的对象。随着科学技术的发展,人们已能通过先进的科学仪器观察一些物质的原子排列状况。1990年前后,美国等少数国家首先在-269℃的低温下移动了原子。1993年,中国科学院北京真空物理实验室的研究人员,在常温下以超真空扫描隧道显微镜(图1)为手段,通过用探针拨出硅晶体表面的硅原子的方法,在硅晶体的表面形成了一定规整的图形(见上图)。这种在晶体表面开展的操纵原子的研究,达到了世界水平。图中的“中国”两字就是这样形成,并经放大约180万倍在计算机屏幕上显示出来的。这两个字的“笔画”宽度约2nm①,是目前已知的最小的汉字。我国是世界四大文明古国之一,在化学发展史上有过极其辉煌的业绩。冶金、陶瓷、酿造、造纸、火药等都是在世界上发明和应用得比较早的国家。如商代的司母戊鼎是目前已知的最大的古青铜器(图2);1972年在河北出土的商代铁刃青铜钺是我国目前发现的最早的铁器。我国古代的一些书籍中很早就有关于化学的记载。著名医药学家李时珍的巨著《本草纲目》(公元1596年)中,还记载了许多有关化学鉴定的试验方法。中华人民共和国建立以后,我国的化学和化学工业,以及化学基础理论研究等方面,都取得了长足的进步。1965年,我国的科学工作者在世界上第一次用化学方法合成了具有生物活性的蛋白质——结晶牛胰岛素(图3),到了20世纪80年代,又在世界上首次用人工方法合成了一种具有与天然分子相同的化学结构和完整生物活性的核糖核酸②,为人类揭开生命奥秘做出了贡献。此外,我国还人工合成了许多结构复杂的天然有机化合物,如叶绿素(图4)、血红素、维生素B12,以及一些特效药物等。今日化学学科正积极向一些与国民经济和社会生活关系密切的材料、能源、环境、生命等学科渗透,使化学的作用与地位日益显著。反过来,这种学科间的渗透,对化学学科的发展起着重要的促进作用。人类很早就开始使用材料,从石器时代到现代,人类所使用的材料不断地发生变化,材料的种类越来越多,用途也越来越广。我们对于材料的认识,应该包括为人类社会所需要并能用于制造有用器物的物质这两层涵义。也就是说,并不是所有的物质都可以称为材料。材料按其化学组成或状态、性质、效应、用途等可以分为若干类。例如,按化学组成分类,陶瓷属于非金属材料;合金属于金属材料;橡胶、化纤等属于有机高分子材料。历史的发展表明:没有新材料的出现,就没有工业的进步和大量新产品的涌现。因此,许多科学家都认为新材料是高技术的突破口,只有更好地开发和应用具有特殊性能的新材料,才能拥有更强大的经济优势和技术潜力。化学不仅在一般材料的研究、生产和应用中发挥了巨大的作用,而且在研制具有特殊性能的新材料方面也会继续发挥其独特的优势。总起来讲,适应科技迅猛发展所需的诸如耐腐蚀、耐高温、耐辐射、耐磨损的结构材料,以及敏感、记录、半导体、光导纤维、液晶高分子等信息材料和超导体、离子交换树脂与交换膜等高功能材料,它们的制取都是需要化学进一步参与研究的重要课题。位于北京周口店的北京猿人遗址中的炭层,表明人类使用能源的历史已非常久远。人类社会的发展与能源消费的增长是密切相关的,我们现在使用的能源主要来自化石燃料——煤、石油和天然气等,但化石燃料是一种不可再生,并且储藏量有限的能源,而且在开采和燃烧过程中还会对自然环境造成污染。为了更好地解决能源问题,人们一方面在研究如何提高燃料的燃烧效率,另一方面也在寻找新的能源。这些都离不开化学工作者的努力。例如,核能和太阳能的发电装置离不开特殊材料的研制;用氢作为能源需要考虑贮氢材料和如何廉价得到氢,等等。环境问题是当今世界各国都非常关注的问题。在世界人口不断增长、生产不断发展、人民生活水平不断提高的过程中,由于人们对环境与生产发展的关系认识不够,以及对废弃物处理不当,使环境受到了不同程度的破坏,如土地的沙漠化、水资源危机、酸雨、臭氧层的破坏、有毒化学品造成的污染等。因此,保护环境已成为当前和未来的一项全球性的重大课题之一,也是我国的一项基本国策。在这些关系到国计民生的环境问题中,化学工作者是大有作为的。因为污染问题的解决主要还得靠化学等方法。有的专家提出,如果对燃烧产物如CO2、H2O、N2等利用太阳能使它们重新组合,使之变成CH4、CH3OH、NH3等的构想(图5)能够成为现实,那么,不仅可以消除对大气的污染,还可以节约燃料,缓解能源危机。对健康的关注也是人类面对的重要课题。我们知道,用以保证人体健康的营养、药物的研究、人体中的元素对人体生理作用的研究,以及揭开生命的奥秘等,都离不开化学。因此,如何在这些方面正确地运用化学知识,与其他学科协调研究就成为调节生命活动和提高人体素质的重要手段。此外,在资源的合理开发和利用、提高农作物的产量,以及癌症治疗的研究等方面,化学也都扮演着极其重要的角色。综上所述,在研究材料、能源、环境、生命科学等方面,以及在我们的日常生活中,我们不难看出,化学对社会的发展和人类的进步起着非常重要的作用。化学对于我们如此重要,这就要求我们必须掌握一定的化学知识。在初中,我们学习了氧气、氢气、碳、铁和一些常见的酸、碱、盐的基础知识和某些基本技能,并具备了初步解释和解决一些简单化学问题的能力。为了适应未来社会的需要,在高中阶段,我们仍需要继续学习化学,提高自己的科学素质,为今后进一步学习和参加社会主义建设打好基础。在高中学习化学时,我们不仅要像初中学习化学那样,注重化学实验的作用,掌握有关化学基础知识和基本技能,还要重视训练科学方法①,这对于培养我们的科学态度,提高分析问题和解决问题的能力是很有帮助的。在学习时,我们还必须紧密联系社会、生活、生产等实际,要细心观察,并善于发现和提出问题。除了学好教科书中的内容以外,还应多阅读一些课外书籍和资料,培养自学能力,以获得更多的知识,努力使自己成为具有较高素质的现代社会的公民,为实现祖国社会主义现代化建设的宏伟目标贡献自己的力量。讨论你如何理解“化学——人类进步的关键”这句话?化学成为一门独立学科的时间虽然不长,但化学作为一种实用的技术,早在史前时期就得到了具体的应用,如用火烧制陶器等。化学的发展经历了古代、近代和现代等不同的时期。铜、铁等金属以及合金的冶炼、酒的酿造等都是化学的早期成就。煤、石油、天然气等化石燃料的开采和利用、造纸术的发明和发展等,对人类社会的进步都发挥了重要的作用。药物化学的兴起和冶金化学的广泛探究,则为近代化学的诞生和发展奠定了良好的基础。原子分子学说的建立,是近代化学发展的里程碑。在近代化学发展的历程中,人们相继发现了大量的元素,同时也揭示了物质世界的一项根本性的规律——元素周期律。在原子的核模型的建立、高度准确的光谱实验数据的获得、辐射实验现象,以及光电效应的发现等基础上建立起来的现代物质结构理论,使人们能够深入地、科学地认识物质内部的奥秘,以及微观粒子的运动规律,这将使对物质的研究深入到了原子、分子水平的微观领域。同时,化学与其他学科之间的相互渗透,使化学所涉及的领域越来越广,扫描隧道显微镜的研制成功,使人们能够清楚地观察到原子的图像和动态的化学变化。交叉分子束实验①则可以使人们详细地研究化学反应的微观机理。

化学是基础教育的重要组成部分,在化学教学中培养学生的创新精神对深化基础教育改革,提高学生素质具有重要作用。下面是我为大家整理的关于化学论文,供大家参考。

在科技创新不断涌现的当代,人才培养显得尤为重要。随着社会的发展,我国的教育培养目标已经发生改变,从过去的培养“接班人”向培养“劳动者”转变,由“精英教育”向“大众化教育”转型。在培养目标上不仅要培养一批拨尖人才,更要体现培养大批高素质的普通公民。下面笔者就中学化学中进行低碳经济与绿色化学的教育谈一些认识。

一、低碳经济和绿色化学的概念与内涵

现代社会出现资源、环境问题的根源在于人类的生产、消费模式。以碳为主的能源物质在被人类利用之后,都变成了以CO2为主要物质的气体,造成了温室效应、蝴蝶效应。在多哈提出低碳经济理念之后,全国乃至全球都在倡导低碳模式经济。Lowcarbon是低碳的英文诠释,是指排放更少的以二氧化碳为主的温室气体。而低碳经济是一种高效的、环保的经济模式,其特点是耗能更低、污染更少、排放减少等,要求在利用能源时提高使用效率,且着重于清洁能源的开发与使用,其实质是提高能源利用效率和清洁能源结构问题。从碳到低碳是一个从化学到社会生活的过程,是一场涉及生产方式、生活方式和价值观念的全球性革命,它与我国的化学教育有着紧密的关联。绿色化学重视对环境的保护,通过清洁能源、原子经济等内容的学习,可实现绿色化学。绿色化学是对化学原理的转化,通过化学方法来减少有毒、有害物质的生产和应用,在研究过程中,弱化有害、有毒作用,强化其绿色作用,从技术和经济角度分析,绿色化学能够从源头、生产过程以及使用等各个环节减少并降低污染。因此,在平时的化学教学中,贯彻“低碳经济”的观念,培养学生“绿色化学”的可持续发展理念显得尤为重要。

二、在化学教育中重视低碳经济与绿色化学教育

我国的《九年义务教育化学课程标准(实验)》明确指出了化学课程的性质、目的以及方法。在义务教育阶段中的化学课程,教学目的是让学生了解化学为社会发展带来的影响,利用化学来认识科学技术和社会、生活中的相关问题。同时,学生能够从化学教育中了解化学物品给人们生活和健康带来的影响,且能够借助化学手段治理环境污染,开发并且利用化学资源。另外,化学教育中要强调学生对自然和社会的责任心,当学生在遇到与化学相关的问题时,能够利用化学知识科学地解决问题。由此可知,我国新课程对中学化学有了全新的诠释和要求,新课标更加注重培养学生的科学和人文素养,为新课程理念下的中学化学教学指明了方向。

三、对中学生进行低碳经济与绿色化学教育的基本策略

中学化学教学要选择真实的问题情境,突出科学观念、科学思维、科学方法、科学主题,重视学生创新意识和创新能力的培养,将科学教育与人性发展有机融合起来。在平时的化学教育中可以做到以下几个方面。

(一)贯彻绿色化学和低碳经济的观念

让学生接受绿色化学思想,把绿色化学内化为自己的自觉行为。初中和高中的化学课本直接或者间接地对绿色化学都有涉及,但仅是停留在书本的概念之上。在平时的教育中,教师应该引导学生通过实践来加深对绿色化学的理解。如利用周末时间带学生到化学工业园进行参观、实践,亲身接触化学物质的转变和生产过程,形象地说明绿色化学理念的重要性,低碳经济的影响力。介绍空气污染及防治,抓住时机向学生介绍绿色化学及其主要特点,在教学中尽可能渗透、强化绿色化学的思想理念。例如教授温室效应及其危害与防治,使用燃料对环境的影响,金属资源的利用与保护等。同时通过绿色化学的教育,让学生形成良好的生活习惯,真正实现节能减排,低碳经济。

(二)建立绿色化学和低碳经济的意识

人教版新课程下的化学教材,着重于从多个角度阐述了绿色化学和低碳经济的内涵、概念。例如从环境保护的角度讲述了酸雨、大气污染与温室效应的关联;介绍了循环操作、交换剂再生、催化剂中毒等概念;介绍了有毒物质的性质、使用、保存;介绍了与绿色化学相关的再生、使用替代产品、回收以及重复使用的工业化学内容。其中包含了许多低碳经济的理念,例如:以海水为原料提取镁、接触法制硫酸……这些绿色化学技术充分说明了低碳经济并不一定需要极高的成本,也不需要很高的技术,只要我们共同努力,做好自己,就能很好地应对全球变暖等环境问题,为地球尽一份力量。

(三)从实验中体验绿色化学和低碳经济

绿色化学实验具有基本的5R原则,即reduce(减量)、recycling(回收)、reuse(循环使用)、rejection(拒绝使用)、regeneration(再生)。从化学试剂的选择、化学反应条件的控制、化学反应结束后三废的处理等,充分体现了能源、化学试基础教育剂、化学反应、反应产物、剂量等的低碳化等特点。这些具体包含在以下三个方面。

1.将化学实验微型化,实现绿色化学。课堂演示实验以及学生自主实验,要避免出现有毒、有害物质的污染。实验应在小烧杯或小试管中进行,在点滴板上观察。由于实验药品剂量的普遍减少,既节约了药品资源,又减少了化学污染,同时还能够直观地观察实验结果,效果非常明显。

2.优化实验内容、装置和方法。化学实验离不开气体、液体和固体的产物,部分实验产物具备毒性或者对环境、人体有害的特点,因此,实验中既要保证实验的效果,还要对实验的内容和仪器、方法进行改善,尽可能在密闭条件下或在通风橱中进行,以减少实验产物对环境的污染。

3.妥善处理化学实验的废弃物。化学实验为了能够得到科学、真实的实验数据,往往要产生许多废弃物,而这些产物却没有较好地得到处理。在实验教学中,教师应该引导学生利用化学反应洗涤、吸收或转化,将有害产物回收利用。这样不但能够提升学生绿色环保和绿色化学的意识,而且还能给学生及早灌输低碳经济的观念,将普通的化学实验最终提升为绿色化学实验。

(四)实践低碳生活

学生学习知识的最终目的是使用,如何将书本上的化学知识内化为学生自己的知识,并使其更好地应用于生活、服务于社会,笔者认为让学生参与社会实践是一个行之有效的办法。如学习“自然界中的水”时,可让学生调查本地水资源的利用和河水污染情况,参观本市的自来水厂和污水处理厂,让学生对水的污染及净化有一个详实的了解,懂得保护水资源和节约用水的重要意义;又如学习“化石燃料的利用”时,可组织学生调查当地居民的燃料使用种类和大约日消耗量;走访加油站和煤炭加工厂,调查了解化石能源的消耗量和消耗途径,让学生充分认识到我国能源结构的严峻形势和由此引发的环境问题。在化学教育中,课外活动可以组织绿色化学、低碳化学的主题内容,为学生讲解绿色化学的历史、主要内容和方法以及目标等,而教师则将这些内容与教材结合,设置与环保、绿色化学以及低碳相关的课题,有意识地引导学生关注社会、关注环境的绿色化学意识,通过组织学生深入社会生活实践去获得第一手的信息,积极主动地发现问题,写出调查报告,向相关部门提出解决问题的合理化的建议。通过绿色化学教育,增强同学的社会责任感,增加动手能力,增强同学学习化学的兴趣,更重要的是意识到绿色化学教育的重要性,使同学对绿色化学的认知由感性认识上升到理性认识,使自己更好地履行在低碳经济时代下的社会责任。

1化学工程与工艺专业的煤化工特色专业建设原则

以市场为导向

随着能源需求量不断增大,我国对开发能源的技术人才也有了更高的要求。我国教育部在1996年将“煤化工”等专业列为化学工程与工艺专业,促进我国煤化这一特色专业发展。加强煤化工特色建设,可以扩大煤化工产业,推广清洁能源,这也是市场经济的必然需求。煤化工特色建设,要以市场为导向,将学生的就业与市场相结合,从而保证学生在面对社会选择的时候,有足够的自信,具备扎实的专业基础和技术水平,提高就业机会。

发扬创新精神

只有发扬创新精神,才能够彰显特色。特色专业是经过改革后被确定的内容,它本身就具有探索和创新,但煤化工专业发展中,以往的教学经验仍然会对创新有所阻碍,因此在建设有特色的煤化工专业时,要用发展的眼光看问题,创新教育观念和人才培养机制,促进煤化工特色建设。

稳定发展原则

化学工程与工艺专业的煤化工特色建设,始终坚持煤化工人才培养方向,也有着自身的特色,毕业后学生主要面对钢铁冶金系统,能源方向,因此在建设特色专业是,也要立足根本,找准发现,坚持稳定发展的原则。煤化工建设要以市场为导向,在发展中会面临内部和外部的变化,因此稳定发展,才能适应不确定的变化,适应社会和市场的要求。

2建设煤化工特色的对策

创新教育观念

专业建设是高校办学理念的表现形式,其特色建设的发展方向、过程等都离不开一定的理念指导[1]。煤化工特色专业的发展与市场分不开,煤化工专业与能源安全与供应、钢铁冶金行业发展与节能减排实现有着很大的关系。随着能源问题出现,可持续发展的理念不断摄入,煤化工专业发展也要将观念进行创新,以便适应社会的要求。可以通过实现教育活动,将教育观点和教学理念进行谈论和创新,在实际工作中,如果出现了教学理念偏差,要及时用正确的思想观念给予指导。创新教育观念是培养煤化工人才的必然要求,通过定期考核,加强教育工作者的思想意识,将这种观念融入教育,这也是促进我国煤化工产业的重要措施。

创新课程体系

煤化工特色专业要突出特色,因此要有明确的教学目标,以便在基础教学中突出特色,从而培养有特色的专业性人才。化学工程与工艺专业的课程体系要突出煤化工特色,根据高校制定人才培养目标,科学设定课程体系,使本专业的教学能够有序进行。课程体系是特色专业实施的基础和关键,因此要保证其合理性、科学性和可持续发展。煤化工专业是一门传统的学科,但特色建设赋予了它新的生命力,因此这门学科的课程体系要与国内外最新的教育理念相吻合,从而能够在以往的经验中,发挥教学成果的理念,整合课程资源,促进特色专业发展。煤化工特色建设课程体系要反应时代的特征,但也要与学校的特色向结合,建设出使用社会发展的化学工程与工艺专业的课程体系。煤化工课程体系要突出特色,例如开展“焦化特色课程”、“清洁能源课程”等,充分发挥本专业的特色。将基础必修课和辅修课程想结合,促进煤化工特色专业发展。

理论与实践相结合

化学工程与艺术是实践性较强的专业,在建设特色煤化工专业时,要将理论与实践向结合,培养学生的综合能力[2]。教师在教学时,可以结合计算机开展辅助教学,将最前沿的煤化工专业知识传授给学生,让学生形成较强的专业意识。高校还应加强与企业的合作,为学生提供更多的实践机会,让学生参与到企业生产实践中,培养学生的动手能力,在实践中,学生能够更好地解决问题。将理论与实践向结合,才能够促进煤化工特色专业建设,学生在实践中,专业能力得到锻炼,整体的素质也会不断提高。

建立健全质量保障体系

完善的质量体系建设是有特色的化学工程与工艺专业的保障,在科学的监督机制中,促进煤化工专业发展。高校要保证特色专业有效进行,就要对其投入更多的科研、资金及教学条件,这些物质保障是实施特色专业的前提。化学工程与工艺专业的煤化工特色建设中,会面临很多问题,如课程实施不佳,教师专业能力不强等,这些因素都会阻碍课程目标的实现。做好特色专业,离不开完善的质量保障体系。为了保证教学质量,因此要制定质量责任制,包括学生评价、教学反馈、教务系统质量检测等,确保教学目标的实现。

3结语

光反应论文参考文献

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植物光合作用及其对光的需求无论是采用太阳光还是人工光进行植物生产,最终都是通过光合作用来完成产物的积累。光合作用是通过植物叶绿素等光合器官,在光能作用下将CO2和水转化为糖和淀粉等碳水化合物并释放出氧气的生理过程;与光合作用相对应的是呼吸作用,呼吸作用是通^植物线粒体等呼吸器官,吸收氧气和分解有机物而释放CO2与能量的生理过程,是植物把光合作用形成的碳水化合物作为能量用来形成根、茎、叶等形态建成的重要生理活动。呼吸作用包括与光合作用毫无关系的暗呼吸以及与光合作用同时进行的光呼吸2个部分。作物的光合作用与呼吸作用之间有一个相互平衡的过程,随着生长阶段的不同,其平衡点也不同。实际生产中经常利用控制作物的光合速度和呼吸速度来调节营养生长和生殖生长的相对平衡,达到提高目标产量或改善产品品质的目的。植物的光合作用与CO2的吸收、释放关系密切,光合时吸收CO2,呼吸时排放CO2,这2种生理活动是同时进行的,所以光合器官的叶片内外的CO2交换速度也就等于光合速度减去呼吸速度。通常把该CO2交换速度也叫做净光合速度,其中的呼吸速度则是暗呼吸速度与光呼吸速度的总和。一般而言,C3植物光呼吸速度高,C4植物光呼吸速度低。因此,净光合速度为0时,光合速度等于光呼吸速度。光合速度的单位为kg/cm2・s)或mol/cm2・s)(以CO2计),表示单位叶面积单位时间内CO2的吸收、排放或交换量。光强对作物光合的影响光合产物的形成与光照的强度及其累积的时间密切相关。光照的强弱一方面影响着光合强度,同时还能改变作物形态,如开花、节间长短、茎的粗细及叶片的大与厚薄等。在某一CO2浓度和一定的光照强度范围内,光合强度随光照强度的增加而增加。当光照强度超过光饱和点时,净光合速度不但不会增加,反而还会形成抑制作用,使叶绿素分解而导致作物的生理障碍。不同类型植物的光饱和点的差异较大,光饱和点一般会随着环境中CO2浓度的增加而提高。因此,植物生产中给予光饱和点以上的光照强度毫无意义;而另一方面,当光照强度长时间处于光补偿点之下,植物的呼吸作用超过了光合作用,有机物消耗多于积累,作物生长缓慢,严重时还会导致植株枯死,因此对植物生长也极为不利。通常情况下,耐荫植物的光补偿点为200~1000 lx,喜阳植物的光补偿点为1000~2000 lx。植物对光照强度的要求可分为喜光型、喜中光型、耐弱光型植物。蔬菜多数属于喜光型植物,其光补偿点和光饱和点均比较高,在人工光植物工厂中作物对光照强度的相关要求是选择人工光源的最重要依据,了解不同植物的光照需求对设计人工光源、提高系统的生产性能都是极为必要的。光质对作物光合的影响光质或光谱分布对植物光合作用和形态建成同样具有重要影响,地球上的植物都是在经过亿万年的自然选择来不断适应太阳辐射,并依据种类不同而具有光选择性吸收特征的。到达地面的太阳辐射的波长范围为300~2000 nm,而以500 nm处能量最高。太阳辐射中,波长380nm以下的成为紫外线,380~760 nm的叫可见光,760 nm以上的是红外线也称为长波辐射或热辐射。太阳辐射总能量中,可见光或光合有效辐射占45%~50%,紫外线占1%~2%,其余为红外线。波长400~700 nm的部分是植物光合作用主要吸收利用的能量区间,称为光合有效辐射;波长700~760 nm的部分称为远红光,它对植物的光形态建成起到一定的作用。在植物光合过程中,植物吸收最多的是红、橙光(600~680 nm),其次是蓝紫光和紫外线(300~500nm),绿光(500~600 nm)吸收的很少。紫外线波长较短的部分,能抑制作物的生长,杀死病菌孢子、波长较长的部分,可促进种子芽、果实成熟,提高蛋白质、维生素和糖的含量;红外线还对植物的萌芽和生长有刺激作用,并产生热效应。不同的光谱成分对植物的影响效果也不尽相同(表1),强光条件下蓝色光可促进叶绿素的合成,而红色光则阻碍其合成。虽然红色光是植物光合作用重要的能量源,但如果没有蓝色光配合则会造成植物形态的异常。大量的光谱实验表明,适当的红色光(600~700 nm)/蓝色光(400~500 nm)比(R/B比)才能保证培育出形态健全的植物,红色光过多会引起植物徒长,蓝色光过多会抑制植物生长。适当的红色光(600~700 nm)/远红色光(700~800 nm)比(R/FR比)能够调节植物的形态形成,大的R/FR比能够缩短茎节间距而起到矮化植物的效果,相反小的R/FR比可以促进植物的生长。所有这些特征都是植物工厂选择人工光源时必须考虑的重要因素,尤其是对于近年来发展起来的新型节能光源,如LED、LD以及冷阴极管等来说显得更为重要,因为这些光源需要通过不同光谱的单色光组合构成作物最适直的光质配比,以保障高效生产和节能的需求。光周期对植物的影响植物的光合作用和光形态建成与日长(或光期时间)之间的相互关系称其为植物的光周性。光周性与光照时数密切相关,光照时数是指作物被光照射的时间。不同的作物,完成光周期需要一定的光照时数才能开花结实。长日照作物,如白菜、芜青、芭英菜等,在其生育的某一阶段需要12~14 h以上的光照时数;短日照作物,如洋葱、大豆等,需要12~14h一下的光照时数;中日照作物,如黄瓜、番茄、辣椒等,在较长或较短的光照时数下,都能开花结实。

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