上海大学学报(自然科学版)

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1. ϕ-映射拓扑流理论在Weyl半金属拓扑分类中的应用

黄晓红, 姜颖

上海大学学报(自然科学版) 2024, 30 (1): 106-117. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2392

摘要（5430）

PDF（pc）（1240KB）（44）

用 ϕ-映射拓扑流理论对厄米及非厄米 Weyl 半金属进行拓扑分类. 对一个给定的哈密顿, 在动量空间建立一个由自旋组成的ϕ场, 再由这个 ⇀ ϕ 场给出拓扑荷密度分布. 发现只有在 ϕ场模的零点, 拓扑荷密度的值才不为零, 而这些 ϕ场模的零点其实就是 Weyl 点或 Weyl 奇异点所在位置. 通过对拓扑荷密度的积分, 得到了可用于对系统进行拓扑分类的整数拓扑数.

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2. 小应变硬化土本构模型在FLAC3D 中的开发及应用

汤道飞, 王长虹

上海大学学报(自然科学版) 2023, 29 (3): 549-. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2277

摘要（1056）

PDF（pc）（14139KB）（91）

为了准确模拟岩土介质的加/卸载力学特征, 引入了硬化土及小应变本构模型. 从屈服函数、硬化规律、塑性势函数、流动法则及小应变刚度方面介绍了程序的开发流程, 利用VC++ 语言编译了动态链接库, 实现了在FLAC3D 3.0 中的加载和调用. 通过与小应变模型开发经典案例的试验结果对比, 验证了小应变硬化土模型的合理性. 以上海绿洲中环中心深基坑工程为例, 分别采用硬化土本构模型、小应变模型和Mohr-Coulomb 理想弹塑性模型进行对比研究, 硬化土及小应变模型的应力、变形分析结果与实际监测数据更为接近. 研究结果可以为变形控制为主的大型地下工程开发提供可靠的岩土力学分析方法.

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3. 空间非合作目标捕获后的基座无扰轨迹跟踪控制方法

杨毅, 王舜, 徐佳, 郑华勇, 赵永健, 杨扬

上海大学学报(自然科学版) 2023, 29 (3): 460-. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2286

摘要（751）

PDF（pc）（787KB）（57）

空间机器人捕获动力学特性未知的非合作目标后的稳定控制具有极大的挑战性. 利用自适应反作用零空间 (adaptive reaction null space, ARNS) 算法设计机械臂动态路径, 实现了目标捕获后对基座的扰动最小. 利用变数据窗递归最小二乘法 (variable data-window-size recursive least square, VDW-RLS), 实现了对末端连杆参数的在线估计. 提出了基于奇异摄动理论的高精度轨迹跟踪控制方案, 将系统按照时间尺度分解为快慢 2 个子系统: 为快变子系统设计了弹性振动补偿器, 用于抑制柔性机械臂的弹性振动; 为慢变子系统设计了自适应鲁棒控制项, 用于高精度轨迹跟踪. 通过仿真实验验证了基于 VDW-RLS 的自适应轨迹规划方案以及奇异摄动组合控制器的有效性.

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4. 基于 FBG-3D 打印的土工格栅加筋下伏土洞路基模型试验

杨洁, 张孟喜, 邱成春

上海大学学报(自然科学版) 2023, 29 (3): 525-. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2302

摘要（640）

PDF（pc）（2582KB）（88）

光纤布拉格光栅 (ﬁber Bragg grating, FBG) 传感技术具有高灵敏度、抗电磁干扰和实时监测等优点, 在土木工程领域越来越受到关注, 但传统的外部封装方式难以实现传感器与被测物体的完全协调变形, 易导致测量误差. 基于 3D 打印技术研发了一种自感知土工格栅,实现了光纤光栅传感器与被测土工格栅的完全协调变形, 利用 FBG 传感技术直接实现对格栅应变的实时、准确测量. 并且, 将该自感知土工格栅应用于下伏土洞路基的模型试验中, 研究在不同加筋层数和加筋间距下路基的极限承载力、顶端沉降及筋材的变形特性. 试验结果表明, 通过加筋可以大幅提高下伏土洞路基的极限承载力, 并可有效减少路基破坏时的沉降; 加筋层数的增加和加筋间距的减小均可以提高下伏土洞路基承载力; 在垂直方向上, 格栅的应变随着格栅的埋深增大而减小; 在水平方向上, 格栅的应变随着与加载中心之间的距离增大而向两侧递减; 顶层格栅的应变随着加筋层数的增加而减小, 随着加筋间距的减小而增大. 试验结果验证了自感知土工格栅在下伏土洞加筋路基监测中应用的可行性.

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5. 变开缝长自复位剪力墙截面设计及抗震性能

吴逸文, 朱杰江

上海大学学报(自然科学版) 2023, 29 (3): 512-. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2299

摘要（614）

PDF（pc）（4976KB）（75）

为研究不同开缝长度下自复位剪力墙的抗震性能, 对自复位剪力墙截面进行受力分析,量化不同开缝长度下墙体理论承载力. 基于四水准中第三水准下的性能目标, 对自复位剪力墙进行截面设计, 并与已有试验结果及不同开缝长自复位剪力墙的静力弹塑性结果进行比较验证. 结果表明: 理论推导的承载力表达式与已有试验及有限元结果均吻合良好; 随着开缝长度增加, 墙体自复位能力增强, 耗能能力减弱; 开缝长度系数为 0.2∼0.3 能满足残余位移角限值,同时保持较好的耗能能力.

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6. 单层缓冲区多层网格的格子Boltzmann方法

杨子韬, 王良军, 朱文浩, 丁虎, 张武

上海大学学报(自然科学版) 2023, 29 (3): 473-. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2303

摘要（541）

PDF（pc）（10034KB）（107）

针对多层网格格子 Boltzmann 方法(lattice Boltzmann method, LBM), 发展了一种无需时间插值的、基于单层缓冲区的粗细网格信息传递优化算法. 该算法利用四叉树结构, 构建不同层级格点之间的父子关系, 简化了粗细网格交界面上的分布函数转换, 可以充分发挥LBM 的局部性与并行性. 基于该算法开发了一套通用的多层网格 LBM 并行程序, 对顶盖驱动方腔流、点声源扩散、NACA0012 翼型绕流问题进行了数值计算, 计算结果验证了该算法和程序的有效性及其良好的加速比、效率和可扩展性等并行性能. 与标准 LBM 相比, 本文基于单层缓冲区的多层网格 LBM 在计算稳定性、收敛速度和计算效率等方面具有明显优势.

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7. 考虑界面滑移和掀起的组合梁弯曲变形解析解

杨骁, 王欢

上海大学学报(自然科学版) 2023, 29 (4): 705-719. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2309

摘要（513）

PDF（pc）（489KB）（102）

考虑组合梁连接面的纵向滑移与竖向掀起效应，在组合梁子梁满足Euler-Bernoulli梁弯曲理论的假定下，以组合梁纵向滑移和子梁竖向挠度为基本未知量，建立了组合梁弯曲变形的控制方程。利用Laplace变换及其Laplace逆变换，得到了均布载荷作用下简支组合梁弯曲挠度、滑移位移、轴力和弯矩的解析解。假定组合梁两子梁材料和几何参数相同，重点分析了加载方式和连接面纵向滑移与竖向掀起刚度对简支组合梁弯曲变形的影响。研究表明，随着界面纵向刚度的增大，组合梁挠度、滑移位移、弯矩均先减小后趋于不变，而组合梁的轴力先增大后不变；随着界面竖向刚度的增大，上部加载时，上部子梁的挠度与弯矩先减小后趋于不变，下部子梁的挠度与弯矩先增大后趋于不变；下部加载时与上部加载情况相反；两梁所受荷载一致时，组合梁的变形及内力与竖向刚度无关。

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8. 基于分位数回归模型和经验模态分解的全球变暖问题研究

肖洁, 艾敏, 倪中新

上海大学学报(自然科学版) 2024, 30 (1): 152-163. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2293

摘要（495）

PDF（pc）（9140KB）（31）

利用分位数回归模型和经验模态分解 (empirical mode decomposition, EMD) 方法对气候及其变化进行分析和预测. 首先, 采用全球热力图对气温数据进行描述统计, 并采用经验模态分解方法降噪获取趋势项来引入全球气温周期概念, 探究全球气候变暖趋势; 然后, 基于多元线性回归模型及分位数回归模型寻找全球气温的影响因素, 并对气温进行建模及预测. 研究结果可为全球气候分析提供统计学支撑.

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9. 银纳米线柔性透明导电薄膜的制备

刘晓文, 潜飞, 张波, 吴美莹, 李红斌, 张宝华

上海大学学报(自然科学版) 2023, 29 (6): 1022-1029. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2304

摘要（490）

PDF（pc）（4622KB）（150）

采用多元醇法制备了直径约 40 nm、长径比约 300 的银纳米线. 以聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯 (polyethylene terephthalateco-1,4-cylclohexylenedimethylene terephthalate, PETG) 膜为基底, 采用旋涂法制备了银纳米线柔性透明导电薄膜, 探究了不同辅助成膜剂对成膜性能的影响. 发现以黄原胶为辅助成膜剂制备的银纳米线薄膜具有较理想的透明性和导电性; 银纳米线分散液沉积密度对银纳米线薄膜的透明性和导电性有重要影响, 当沉积密度为 10 mg/cm2 时, 银纳米线薄膜的透光率和导电性能最优; 弯曲测试结果表明, 银纳米线薄膜具有很好的柔韧性.

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10. 水系锌离子电池电解液添加剂的研究进展

金鸣哲, 王晨, 王谈, 傅婧

上海大学学报(自然科学版) 2023, 29 (5): 900-914. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2518

摘要（453）

PDF（pc）（6408KB）（674）

水系锌离子电池具有比容量高、安全性高和经济性好的特点, 是最具潜力的新一代电化学储能装置之一. 然而, 直接利用锌箔作为负极存在严重的锌枝晶和副反应等问题. 近年来,大部分研究主要聚焦于通过电解液添加剂来抑制枝晶的生长和减少副反应的发生, 以此获得高性能的水系锌离子电池. 首先, 介绍了水系锌离子电池概况; 然后, 系统总结了电解液添加剂抑制枝晶生长和副反应的机理; 最后, 对电解液添加剂策略在水系锌离子电池中的进一步发展提出了建议.

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11. 装配式剪力墙结构位置优化

李嘉喆, 朱杰江

上海大学学报(自然科学版) 2023, 29 (4): 720-733. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2313

摘要（442）

PDF（pc）（472KB）（63）

装配式剪力墙结构的优化设计中，预制构件的位置优化是控制成本的重要方法。在预制构件选型确定的情况下，结合免疫遗传算法，以最小预制构件体积为目标函数，以结构扭转位移比及层间位移角为约束条件，对预制剪力墙-梁组合构件的位置进行优化。算例优化结果表明，结合免疫遗传算法的装配式剪力墙位置优化结果在满足结构约束条件的同时，预制构件体积更小、更具经济性。

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12. 一种基于新型起始原料的巨豆三烯酮合成方法

沈杰, 梁德民, 沙云菲, 李健

上海大学学报(自然科学版) 2023, 29 (3): 562-. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2360

摘要（437）

PDF（pc）（306KB）（142）

巨豆三烯酮是烟草天然香气的重要成分, 在香精香料行业和烟草行业中具有重要应用.由于该类化合物的天然来源含量极低, 因此化学合成是其主要来源. 以简单易得的 2,6,6-三甲基-2-环己烯-4-酮基-甲酸乙酯为起始原料, 经缩酮保护、氢化锂铝还原得到相应的醇, 再经历Swern 氧化、格氏反应、消除反应等方法得到巨豆三烯酮化合物, 总产率 40%. 该方法原料易得、条件温和, 具有进一步应用的良好潜力.

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13. 施用粪肥和菇渣对作物重金属累积的影响

金智, 胡雪峰, 蓝文翀, 李梅, 张伟杰

上海大学学报(自然科学版) 2023, 29 (4): 628-638. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2296

摘要（413）

PDF（pc）（428KB）（129）

通过田间试验，研究了施用双孢菇和金针菇菇渣、猪粪肥和牛粪肥对农作物生长和重金属积累的影响。猪粪肥Cu、Zn等重金属含量显著高于菇渣和牛粪肥。双孢菇菇渣Cu、Zn、Pb、Cd含量显著高于金针菇菇渣，与双孢菇基料中添加少量鸡粪有关。施用菇渣和粪肥，有显著增产效应。猪粪肥处理青椒产量显著高于其它施肥处理。猪粪肥处理，农作物中Cu、Pb、Cd主要富集在根部。青椒果实Zn、Pb、Cd含量显著增加；稻米Cu、Zn、Pb、Cd含量显著增加。但，青椒和稻米重金属含量均处于食用安全范围。双孢菇菇渣处理，青椒根部Cd显著增加，果实Pb含量也显著增加。双倍双孢菇菇渣处理，水稻根部重金属富集；稻米Pb、Cd含量也显著增加。猪粪肥和双孢菇渣长期使用对土壤和作物具有重金属累积风险，应引起充分重视。相比之下，施用金针菇菇渣和牛粪肥，土壤和作物重金属累积风险较低。

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14. 4-氟苯乙酮双取代紫精的合成及光致变色特性

张皓添, 柏跃玲, 韩香草, 安保礼, 徐甲强

上海大学学报(自然科学版) 2024, 30 (1): 68-076. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2301

摘要（384）

PDF（pc）（4177KB）（35）

紫精材料在外界刺激 (如光、热、电) 下会表现出灵敏的变色行为, 在光学开关和分子传感识别中具有良好的潜在应用前景. 通过一步反应合成了 4-氟苯乙酮双取代紫精衍生物 (VioF₂·2Cl). 氟苯乙酮取代基的引入扩大了其共轭体系, 起到稳定自由基的作用, 使着色更稳定持久. VioF₂·2Cl 在紫外 (ultraviolet, UV) 灯的照射下可以快速地从白色转变为浅黄色直至黄绿色, 显示出了灵敏的光致变色行为. 变色后晶体中的 VioF₂²⁺ 分子间具有更短的 π · · · π∗ 作用距离, 能够促进光致电子转移 (photoinduced electron transfer, PET) 过程的发生, 并且起到稳定紫精阳离子自由基的作用, 使其能够在氧气环境下持续变色 3 d 而不被氧化褪色. 这种新型的紫精衍生物表现出了更为灵敏的光致变色性能及自由基着色稳定性, 在光致变色材料领域具有良好的潜在应用可能.

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15. 离子液体在湿法冶金浸出和电沉积中的应用进展

王府倩, 卢明辉, 汪淑娟, 王飞, 夏雪雯, 耿淑华, 邹星礼, 鲁雄刚

上海大学学报(自然科学版) 2023, 29 (4): 569-589. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2506

摘要（384）

PDF（pc）（10199KB）（421）

离子液体具有溶解性好、导电性高、电化学窗口宽、热稳定性和化学稳定性好、可反复利用及易再生等优良的物理化学性质, 在有机合成、分离、电化学、催化、冶金、核能循环利用以及纳米材料等诸多领域得到了广泛应用. 特别是离子液体的引入能够使冶金反应在低温下进行, 降低能耗且减少污染, 因此这种新型 “绿色” 溶剂在冶金领域具有很大的应用潜力.本工作综述了离子液体在湿法冶金中的研究及应用现状, 重点介绍了以离子液体为介质溶解金属及其氧化物、浸出复杂矿物及电子废弃物和电沉积制备多种金属及其合金的研究进展, 并展望了离子液体在冶金领域的发展前景.

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16. 固体氧化物燃料电池在移动交通领域的应用及研究进展

覃祥富, 曹军文, 张文强, 于波

上海大学学报(自然科学版) 2023, 29 (5): 803-818. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2501

摘要（309）

PDF（pc）（5409KB）（399）

固体氧化物燃料电池 (solid oxide fuel cell, SOFC) 是一种可以将化学能直接转化为电能的能量转换技术, 具有效率高、燃料选择灵活、杂质耐受能力强等特点. 近年来, 人们越来越重视 SOFC 在移动交通领域的应用. 从 SOFC 的工作原理出发, 重点分析 SOFC 在移动通领域的应用优势, 并介绍 SOFC 在移动交通中的应用形式, 包括作为辅助电力单元和动力系统, 并计算出其作为动力系统的油井-车轮 (well to wheel, WTW) 效率为 34%∼39%, 远高于内燃机 (14%∼17%) 和电池 (27%), 展现了 SOFC 作为动力系统的巨大潜力. 接着, 重点讨论 SOFC 发电系统的研究进展, 包括原理性验证、能效提高和作为动力系统的性能研究等.

最后, 总结了目前 SOFC 在移动交通领域的应用现状, 并对其应用前景进行展望. SOFC 在移动交通领域有巨大的应用潜力, 将为交通领域脱碳开辟新的路径.

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17. 复合固相碳源材料强化生物绳脱氮效果

李子如, 王菲菲, 潘加郑, 胡玉琳, 何池全, 黄鑫

上海大学学报(自然科学版) 2024, 30 (1): 77-085. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2337

摘要（306）

PDF（pc）（2697KB）（225）

总氮超标的微污染水体中有机碳源较少, 投加外部碳源可促进反硝化脱氮, 固体碳源因能克服传统碳源缺点而备受关注. 以农业废弃物玉米芯和高分子材料作为碳源, 以聚乙烯醇和海藻酸钠作为骨架载体, 利用交联法制备 2 种复合固相碳源 PSPC-Ⅰ和 PSPC-Ⅱ, 并研究释碳特性及强化生物绳脱氮效果. 结果表明, 28 d 内两种固相碳源持续释碳且未达到释碳平衡, 最高释碳量分别达 6.3 和 8.7 mg/g (以溶解性有机碳计); 三维荧光结果显示释放碳源以微生物易降解的可溶性微生物代谢产物和芳香蛋白类物质为主; 与不投加碳源的生物绳 (生物量 6 200 ng/g, 以三磷酸腺苷计) 相比, 2 种固相碳源均显著增加了生物绳挂膜生物量 (PSPC-Ⅰ和 PSPC-Ⅱ的生物量分别为 400∼600 和 300∼500 ng/g, 以三磷酸腺苷计); 2 种固相碳源均显著增强了反硝化作用, 对照组未脱氮, 2 种固相碳源脱氮率达 80.4% 和 75.0%.

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18. 电催化尿素氧化反应催化剂设计的研究进展

郑丝雨, 曹雪洁, 焦丽芳

上海大学学报(自然科学版) 2023, 29 (5): 886-899. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2536

摘要（299）

PDF（pc）（6212KB）（637）

电催化尿素氧化反应 (urea oxidation reaction, UOR) 是尿素辅助电解水制氢、含尿素废水电化学降解和直接尿素燃料电池的基础反应. 然而, 由于 UOR 存在六电子转移过程,动力学缓慢, 阻碍了这些技术的实际应用, 急需寻找高效且低成本的电催化剂以促进 UOR 的反应进程. 基于此, 近几年已报道了多种合成策略, 并且在催化剂设计和机理研究方面取得了巨大进展. 首先, 讨论 UOR 辅助电解水的反应过程, 并对应用于催化剂设计的掺杂工程、异质结构建、缺陷工程、合金和关键反应中间体的调控等多种策略展开论述. 最后, 对 UOR 催化剂的研究进展进行总结, 并讨论了基于尿素的能源转化技术和相应催化剂未来发展所面临的挑战和前景.

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19. Cd污染河道底泥修复植物优选

沈佳怡, 藏学轲, 章长松, 高冰洁, 高铭晶, 李心怡, 张新颖

上海大学学报(自然科学版) 2024, 30 (1): 86-093. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2336

摘要（280）

PDF（pc）（398KB）（78）

选用 12 种植物对上海市某 Cd 污染黑臭河道底泥进行了修复试验研究, 考察了修复植物对 Cd 污染底泥的耐受性、富集转运特性和修复效果, 以期为实际开展植物修复 Cd 污染河道底泥研究提供科学依据. 结果表明: 除移植的灯芯草 (Juncus effusus L.) 生长情况较差外, 其余 11 种植物对试验底泥均有良好的耐受性; 龙葵 (Solanum nigrum L.)、灯芯草、金盏菊 (Calendula officinalis L.)、八宝景天 (Hylotelephium erythrostictum (Miq.) H. Ohba) 以及大吴风草 (Farfugrium japonicum (L. f.) Kitam.) 地上部分的 Cd 质量比均高于 4.50 mg/kg; 苘麻 (Abutilon theophrasti Medicus)、灯芯草、金盏菊、八宝景天、大吴风草以及美洲商陆 (Phytolacca americana L.) 对 Cd 的富集系数 (bioaccumulation factor, BCF) 与转运系数 (translocation factor, TF) 均大于 1; 龙葵、金盏菊、美洲商陆以及三叶鬼针草 (Bidens pilosa L.) 对 Cd 的提取量均高于 0.30 kg/hm², 具有较好的修复效果, 其中龙葵对试验底泥中 Cd 的提取量为 2.84 kg/hm², 提取效率可达 88.75%, 展现出了较大的修复潜力. 优选试验结果证明, 龙葵可作为该地区 Cd 污染河道底泥的最佳修复植物.

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20. 金属有机框架衍生的Co₃O₄/SnO₂复合材料制备及其光催化性能

吴函鸿, 刘善鑫, 王大卫, 黄茹婷, 陈志文

上海大学学报(自然科学版) 2024, 30 (1): 54-067. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2330

摘要（274）

PDF（pc）（3057KB）（123）

金属有机框架 (metal-organic framework, MOF) 材料 ZIF-67 衍生 Co₃O₄十二面体纳米块在室温下与 SnO₂ 复合, 制备出立方体 Co₃O₄/SnO₂ 复合光催化剂. 煅烧后形成的Co₃O₄/SnO₂ 材料禁带宽度明显降低, 荧光淬灭明显, 说明 Co₃O₄ 的加入拓展了 SnO₂ 的光响应范围至可见光甚至红外光区域, 同时促进了光催化反应过程中光生载流子的分离. 以罗丹明 B(Rhodamine B, RhB) 为目标反应物, 在可见光下考察了 MOF 衍生的 Co₃O₄/SnO₂ 的光催化降解活性, 发现 Co₃O₄/SnO₂ 在 60 min 内可以降解 89.6% 的 RhB, 分别是纯 SnO₂和纯 ZIF-67 的 4.5 倍和 3 倍. 同时, Co₃O₄/SnO₂表现出了良好的光反应能力和稳定性. 基于以上实验结果并结合自由基淬灭实验, 提出了 MOF 衍生的 Co₃O₄/SnO₂ 复合材料光催化降解有机染料 RhB 的机理.

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