“石墨烯微结构的精准调控及其应用”首次实现石墨烯单晶量子点和单层石墨烯微结构的精准控制。 一、项目分类 重大科学前沿创新 二、成果简介 近年来，石墨烯领域未获得突破性应用成果，也未找到“杀手锏”应用领域，关键是石墨烯结构调控不到位。一个基本的共识是，对石墨烯材料的结构进行设计和调控，有助于在光电器件、能源转化存储、重大疾病诊疗、污染物治理等领域取得重大突破。上海大学吴明红院士领衔的研究团队聚焦“石墨烯微结构的精准调控及其应用”取得了开创性的研究成果，首次实现石墨烯单晶量子点和单层石墨烯微结构的精准控制，在Nature及其子刊上发表十余篇系列论文，获得国家自然科学二等奖。负责人吴明红是中国工程院院士、俄罗斯工程院和俄罗斯科学院外籍院士，获国家杰出青年基金、教育部长江学者及创新团队发展计划等支持。团队依托有机复合污染控制工程教育部重点实验室，推动基础科研成果向应用转化，在生物医学、环境治理等领域取得了相关应用突破。 一、主要理论突破 聚焦于研究主题，团队在以下三个方面取得重要突破： 1）为解决传统方法制备的石墨烯缺陷多，无法量产的问题，团队在分子水平上首次使用分子融合法实现了高品质单晶石墨烯量子点的可控制备。通过对单晶石墨烯量子点精准的物理化学性质调控实现了不同亚细胞器的定位，有力推动了石墨烯量子点在生物成像、重大疾病诊疗中的应用。 2）为解决单层石墨烯容易聚集的难题，团队通过“原位复合与还原”一步法调控策略，获得单层石墨烯复合催化材料。团队首次在该材料上观测到光生电子空穴对分离的皮秒级超快过程，发现并揭示了单层石墨烯高效抽取和快速传输光电子这一重要规律，为高质量单层石墨烯复合材料在催化等领域的广泛应用奠定了坚实的理论基础。 3）精确调节石墨烯层间距，可以将石墨烯有针对性地应用于离子筛分、污染物选择性吸附等广泛领域。团队通过金属水合离子的层间插入控制氧化石墨烯层间距，在国际上首次实现了层间距在超小尺度上（1 Å）的精确控制。 二、在黑臭水体治理、地表水水质提升上的应用 地表水内源污染治理的关键是削减河道污染负荷，重建水生生态。团队以层间距可控石墨烯为基质，发展了水环境污染生态修复的叠层材料。以石墨烯为基体的复合微生物在其表面生长并形成生物膜，通过石墨烯和生物膜的协同作用，对水体污染物进行高效截留、吸附并降解。该复合技术运行成本低，治理周期短，工艺简单，无需底泥疏浚即可将地表水提升至IV类水以上水质指标，对河水的COD、氨氮和总磷，去除率达到80%以上。目前，团队已与上海宝山区政府建立多个石墨烯治理黑臭水体示范基地，显著提升当地水质环境水平。 三、石墨烯负极材料的钠离子电池储能系统应用 锂资源的匮乏，不足以支撑锂离子电池在储能市场的广泛应用，其成本较高的弊端也逐渐显露。同时国内外化学储能市场需求越来越大，促使研究者们利用资源丰富的钠元素组装得到钠离子电池。 经过对钠离子电池材料体系筛选和研究，本团队核心材料选用普鲁士蓝及其类似物作为钠离子电池正极，碳基材料作为钠离子电池负极。其中普鲁士蓝制备主要采用沉淀法及水热法，能耗更低。此外，普鲁士蓝能够作为一种染料进行使用，其安全性非常高。经过一系列放大，正极普鲁士蓝材料的充放电比容量达到160 mAh/g，碳负极材料的充放电比容量达到300 mAh/g。经过中试线生产预制，单体电池工作电压在3.2 V左右，能量密度在100 Wh/kg以上。单体电池在穿刺、挤压、外部短路、及破坏后浸水测试的情况下，均没有发生自燃和爆炸等情况，安全性高。 目前，拟搭建5条钠离子电池储能全自动生产线及相关配套设施，研发生产低成本、高安全、长寿命钠离子电池关键材料，实现高性能钠离子电池产品产业化，预计至2026年项目达产后，年产值达约22.5亿元；年亩均产值1666万元。 四、石墨烯传感材料在呼吸式血糖仪中的应用 我国糖尿病人数众多，并逐年上升。血糖检测仪与检测试纸市场规模约为460亿元，然而国外品牌却占市场份额大半。现有血糖仪采取长期有创刺血检测，存在很大感染风险，给病友带来巨大的生理和心理上的痛苦。呼吸式血糖检测无创，吹气即可检测，完美解决市场痛点。 糖尿病患者呼吸的气体中，可检测的VOCs较异常，需要高灵敏度的气体传感器进行识别。但是，常规气敏传感材料检测限与响应恢复能力不足，且难以在复杂气体氛围中实现特异性检测。团队通过对石墨烯带隙和表界面特性的精确调控，实现皮秒级载流子空穴的形成，从而实现对气体分子的快速响应，解决气体传感器灵敏度、选择性和响应恢复迅速的关键科学问题。研发的呼吸式血糖仪可满足确诊病友的日常检查、实现医院、公共场所快速筛查、手机APP记录管理以及网上专家互动诊断等功能，具有无创伤、无痛苦、便捷即时（15s）等特点，是首款呼吸式血糖检测产品。目前已二类医疗器械证书，即将已进入临床阶段。

在化学反应中，量子干涉现象普遍存在。但是，想要准确理解这些干涉产生的根源非常困难，因为这些干涉图样复杂，且在实验上也难以精确分辨这些干涉图样的特征。H+H2及其同位素的反应，是所有化学反应中最简单的。该体系只涉及三个电子，因此比较容易精确计算出这三个原子在不同构型时的相互作用力。在此基础上，通过求解相应的描述化学反应过程的薛定谔方程，就能够实现分子反应动力学过程的计算机模拟，从而做到在微观层次上深入理解化学反应过程。研究团队在2019年先期理论研究

基于导模共振效应的生物检测系统是基于导模共振滤波器共振原理来进行生物样品的检测，具有高灵敏度，高分辨率等优点。主要是依靠检测导模滤滤波器的共振峰值的移动来实现的，当生物分子附着导模共振滤滤波器，就会引起透过或者反射峰值的变化。通过检测峰值的移动量可以分析出生物分子中抗原和抗体的结合度。

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实验内容 1、了解 HALL 效应的基本原理； 2、测量 HALL 样品在恒定磁场条件下，霍尔工作电 流与霍尔电压的函数关系； 3、测量 HALL 样品在恒定霍尔工作电流条件下，霍 尔电压与外加磁场的关系； 4、测量变温情况下，温度与霍尔系数，载流子浓度 之间的关系； 5、通过实验得出在不同温度下样品的霍尔系数和载 流子浓度，计算禁带宽

本发明公开的Mg掺杂的ZnO超细纳米线具有六方纤锌矿结构，纳米线的直径为1～10纳米，长度为5～1000纳米。其合成步骤如下：将脂肪酸锌、脂肪酸镁和高沸点有机溶剂混合置于反应烧瓶中，磁力搅拌下加热至100～150℃，抽真空除去反应体系中的水蒸汽和氧气，在惰性保护气氛下加热到200～350℃，再将温度为100～200℃的十八醇快速注入到反应烧瓶中，保温1～100分钟，离心分离，得Mg掺杂的ZnO超细纳米线。本发明制备工艺简单、成本较低、重复性好、易于工业化生产，Mg掺杂的ZnO超细纳米线具有很强的量子限域效应，有望在蓝紫光发光二极管、紫外激光器等诸多领域得到应用。

本发明提供了一种基于多光子吸收的染料掺杂液晶随机激光器，包括玻璃基片以及其上顺序附着的固化层和混合层，所述固化层为光控染料与表面聚合材料的饱和溶液固化形成的薄膜，所述混合层为液晶与激光染料的混合溶液层。本发明基于多光子吸收效应，泵浦光处于长波段在激光器表层的损耗较少，可穿透表层到达介质内部，使多光子吸收发生在激光器较深处，对随机激光器的厚度没有特殊要求，能有效提高泵浦效率。并且，多光子泵浦光源的长波段光子能量较低，可减少对材料的损害，防止发生短波段光子引起的材料变性的问题。

本发明公开了一种Sn掺杂的ZnO超细纳米线及其合成方法。该纳米线具有六方纤锌矿结构,纳米线的直径为1～10纳米,长度为2～10000纳米。其合成步骤如下:将脂肪酸锌、脂肪酸锡、脂肪胺和高沸点有机溶剂混合置于反应烧瓶中,在惰性保护气氛下,磁力搅拌加热至50～200℃,保温1～1000分钟,然后在惰性保护气氛下加热到200～350℃,保温1～1000分钟,离心分离,得Sn掺杂的ZnO超细纳米线。本发明制备工艺简单、成本较低、重复性好、易于工业化生产,有望在透明导电薄膜、柔性显示器件、薄膜晶体管、传感器等诸多领域得到应用。

研发阶段/n该发明涉及一种铕掺杂羟基磷灰石荧光纳米粒子的制备方法，其对沉淀法进行改进，通过添加生物相容的稳定剂结合超声分散技术得到稳定的铕掺杂HAP荧光纳米粒子悬浮液，并通过水热处理提高其结晶度进而改善其荧光性。包括有以下步骤：1）配置氯化钙和氯化铕的混合水溶液，控制Eu/(Ca+Eu)摩尔比为0.1-4%，配置磷酸氢二钠水溶液，室温下将磷酸氢二钠水溶液迅速倒入氯化钙和氯化铕的混合水溶液中，搅拌混合均匀，反应后，离心得到沉淀物，用去离子水冲洗后重新分散到去离子水中；2）加入稳定剂，高能超声探头超声分

本发明涉及一种中红外激光增益介质双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ--Ⅵ晶体制备方法，以及基于该晶体构建的激光输出实验装置，属于全固态激光介质领域。本发明激光增益介质双掺杂二价铬与钴离子Ⅱ--Ⅵ晶体制备方法是利用安瓿双端置掺杂物真空热扩散传输法或晶体双面镀掺杂物薄膜真空热扩散传输法制备得到，并利用二价铬与钴双掺杂离子重叠的吸收波长进行泵浦，同时实现两种离子受激激发，从而获得中红外宽谱可调谐激光输出。