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LED的性能及优、缺点:辉度低 功率小
在工作原理上的差别：LED是利用注入有源区的载流子自发辐射复合发光，而LD是受激辐射复合发光。在结构上的差别：LD有光学谐振腔，使产生的光子在腔内振荡放大，LED没有谐振腔。性能上的差别 ：LED没有阈值特性 ,光谱密度比LD高几个数量级 , LED输出光功率小,发散角大。LED其特点： ①不存在阈值特性 ②不存在模式分配噪音 ③工作稳定，无需温控 ④工作寿命长 ⑤成品率高，价格便宜。
LED的应用优势1、前言 能源危机、温室效应以及生态环境的日益恶化时刻提醒着人们，地球已经疲惫不堪，改变人们的能源获取方式以及提高能源利用率已经成为当前世人的共识。由于在世界电力的使用结构中，照明用电约占总用电量的19％；英国布赖恩•爱德华兹在其编写的《可持续性建筑》中指出，在英国消耗的全部能源当中，大约有一半与建筑有关，而建筑的人工照明耗能则占其建筑耗能总量的15％～50％；在我国照明用电约占全国总用电量的12％，而且我国每年的照明用电增速（保守估计）大约为5％。从上面的数据我们可以看出，虽然因各国经济发展的水平不同，照明用电所占比重也有所差别，但是照明耗能已经成为了各国能源消费的重要组成部分。照明节能问题也就成了各国政府及专业人员必须面对的棘手问题。新型高效光源，特别是白色光源（适用于一般照明）的发展对于大幅度降低照明用电量具有很重要的作用，因为它可以降低电能消耗增长速度，进而减少新增电网容量的费用，降低能源消耗以及减少向大气中排放的温室气体及其他污染物。LED，特别是白色光LED，因其与传统光源相比所具有的理论以及现实的优越性，受到广大专业人士的青睐。它的出现也为照明界开拓出了一个全新的技术领域，并为照明节能设计提供了更多的选择。笔者将就LED的性能、现状等作简要的介绍和分析。2、LED的优势正如上文所述，作为一种冷光源，LED具有很多传统光源所不能比拟的优势。（1）不需要充气，不需要玻璃外壳，抗冲击性好，抗震性好，不易破碎，便于运输。 （2）灯源单元较小，使得布灯更为灵活，而且能够更好地实现夜景照明中“只见灯光不见光源”的效果。 （3）能够较好地控制发光光谱组成，从而能够很好地用于博物馆以及展览馆中的局部或重点照明，如图1所示。 （4）理论上具有与传统光源相比更高的发光效率，理论上LED的发光效率大于200lm/W，从而具有相当巨大的节能潜力。 （5）寿命更长，实验室寿命可达100000h，且光源可以频繁地亮灭，而不会影响其寿命，并且启动速度非常快。 （6）可以通过控制半导体发光层半导体材料的禁止带幅的大小，从而发出各种颜色的光线，且彩度更高，如图2所示。 （7）光源中不添加汞，有利于保护环境。 （8）LED发光具有很强的方向性，从而可以更好地控制光线，提高系统的照明效率。比如，ChipsChipalkatti在美国光电产业发展协会（OIDA）举办的半导体照明研讨会上发表的《LEDSystemsforLighting：WheretheRubberHitstheRoad》指出：尽管15W荧光灯的发光效能大约为60lm/W，但是经过灯具的折减就变为了35lm/W，如果再考虑照射到目标区域以外的光线，则只有30lm/W。而半导体光源在这些环节上的折减则会少很多。 （9）使用低压直流电，具有负载小、干扰弱的优点。与传统光源相比，LED特别是白光LED在一般照明领域中的优势和节能潜力，使它日益受到政府部门及相关专业人员的关注，也成为了当前半导体研究领域以及照明产业中的热点。继美国发起了Solid－StateLighting（SSL）R＆DPor-tfolio以支持本国的LED研究、开发项目后，欧洲、韩国、日本也都纷纷制定了政府资助的研究计划以支持半导体照明产业的迅速发展。正是在各国政府的支持以及巨大的市场潜力引导下，各大照明企业也纷纷投入巨大的财力和研究力量，以期在这个新兴市场上获得先机。也正是由于这种竞争，才促使半导体照明业取得了迅猛发展和突破：Cree公司开发出发光效能为74lm/W的白色LED，LaminaCeramics公司也封装出额定光通为120lm的当前最紧凑的RGB型LED光源……一系列技术上的突破向我们预示着一个新的照明时代的到来。但是作为一个新兴的技术领域，半导体照明行业还处于一个快速发展阶段，科技进步令我们感到欣喜，但是我们还要意识到无论是技术环节还是行业的规章制度，与传统的光源相比，都还不成熟不健全。要真正实现用LED代替传统光源还有一段很长的路要走，还有很多技术难题需要解决。3、LED技术难题理论上LED的发光效能可以高达200lm/W以上，而现有的白光LED则只有70lm/W左右，与节能型荧光灯相比还有一定差距；而且其价格与传统光源相比也有很大的劣势（见右上表）。因此如何尽快把LED的优势真正发挥出来也就成为现在相关从业人员所必须要面对的技术难题。而要真正开拓出一个全新的半导体照明时代，我们还要从以下几个方面努力攻克技术难题以及进一步规范半导体照明市场。3.1、LED芯片芯片是LED的核心，它的内部量子效率的高低直接影响到LED的发光效能，非辐射复合率则决定着芯片产热的大小。可以说只有制造出具有良好质量的LED芯片，才可能有性能优越的LED光源。为了能够尽量提高内部量子效率以及减少无辐射复合率，主要从两个方面来改善芯片质量，也就是选择合理的芯片结构和控制芯片的缺陷密度。LED芯片的结构有单异质结构、双异质结构以及量子阱结构等，它对发光效率具有很大的影响。目前使用最为广泛且最有效率的芯片结构为多量子阱结构（Multi－QuantumWellStructure）。对于LED而言，外延片与衬底的晶格常数以及热涨系数是否匹配、外延片制备工艺等都会直接影响晶格的缺陷密度。这些缺陷可能在某些条件下，特别是对于Ⅲ－氮的发光可能有利，但是就大部分情况而言，因为这些缺陷的存在，会缩短芯片的连续工作寿命，减少载流子密度进而降低发光输出，以及可能成为无辐射复合中心。因此如何选择合理的芯片结构，了解晶格缺陷对LED芯片发光的影响机理从而更好地控制不利缺陷的产生，也就成为了当前我们所必须面对的重要课题之一。3.2、LED封装与散热LED的封装必须要处理好：应该尽量减少光线在LED内部全反射，增加衬底基板反射率，从而使尽量多的光线能够透射出来，提高LED的外部量子效率，也就是增加LED的发光效能。现有技术包括衬底剥离技术（Lift－off）、Flip－Chip技术等。还应该选择新型的封装材料，以减少因为紫外线照射而引起的封装材料发黄等带来的颜色变化。LED的散热问题是影响LED驱动电流提升的一个重要因素。根据下列公式： TJ＝TA+PD（θJ-P+θP-A）=TA+PDθJ-A 其中，TJ——p－n结处的温度； TA——环境温度； PD——耗散功率； θJ-P——结点与阴极插头之间的热阻； θP-A——阴极插头与空气之间的热阻；LED芯片结点处的温度TA直接影响到LED的寿命，因此LED的散热能力强弱就限制了LED功率的大小，以及安装使用环境的温度。3.3、白光LED如何能制备出具有高显色性、高发光效能的白光LED，是LED能够在一般照明中广泛使用的一个前提。对于白光LED而言，发光效能、显色性以及成本都决定着它在照明市场中的竞争力。当前制备白光LED的方法可以分为三种：红、绿、蓝（RGB）多芯片组合白光技术，单芯片加荧光粉合成白光技术以及MOCVA直接生长多有源区的白光LED技术。几种技术相比而言，除了正在处于研究探索阶段的MOCVA直接生长多有源区的白光LED技术外，虽然RGB型LED具有发光效能高、显色性好等优点，但是三种芯片性能的不同，使得它们因驱动电流或温度等因素的影响而发生色漂移，影响照明稳定性。而对于单芯片加荧光粉合成白光技术，又分为了蓝光芯片与黄光荧光粉型LED和紫外线LED加RGB荧光粉LED。蓝黄光LED缺失红光部分，因而有很难发出具有高显色性白光（R85），同时还会产生Halo效应（有方向性的LED出光和荧光粉的散射光角分布不一样）等缺陷；而紫外线LED加RGB荧光粉LED则克服了这些不足，成为了当前性能较好的一种白光LED。4、结束语LED以其巨大的节能潜力以及良好的照明性能为我们打开了一个全新的技术领域。但是它也面临着上文所提出的诸多技术和制度上的障碍，使得LED产品的价格仍然非常的昂贵，性能容易受到外部环境条件的影响，而且由于对晶体性能的研究仍然未完全成熟，制约着LED的进一步推广。当然这一切都不能阻止一个全新照明时代的到来，LED是属于21世纪的绿色光源。但它可能更多地属于未来，正如美国能源部2002年编写的《LightEmittingDiodes（LEDs）forGeneralIllumination》中预期的，LED要到2012年左右才能够在照明中取代荧光灯。在我们的照明设计过程中，我们应该以一种理性的态度去看待LED的应用，应该在真正了解LED性能前提下，根据环境的条件，合理地选择使用LED，才能真正创造出一个节能而优质的照明光环境。
钙钛矿纳米晶体是发光二极管（LED）的特殊候选材料。然而，它们在固体薄膜中不稳定，这破坏了它们作为LED的潜力。
在这里，美国洛斯阿拉莫斯实验室等单位的研究人员证明了 稳定在金属-有机框架（MOF）薄膜中的钙钛矿纳米晶体可以制造出明亮和稳定的LED 。MOF薄膜中的钙钛矿纳米晶可以在连续的紫外光照射、热应力和电应力下保持光致发光和电致发光。光学和X射线光谱显示，强发射源于局域载流子复合。由钙钛矿型MOF纳米晶体制成的发光二极管的最大外量子效率超过15%，超过105 cdm 2的高亮度。在LED工作过程中，通过MOF基质的保护，纳米晶体可以得到很好的保护，没有离子迁移或晶体合并，可以有50小时以上的稳定性能。相关论文以题目为“Bright and stable light-emitting diodes made with perovskite nanocrystals stabilized in metal–organic frameworks”于2021年发表在Nature Photonics期刊上。
论文链接：
金属卤化物钙钛矿纳米晶体是新兴的光发射器，具有可调谐的光学带隙、改进的颜色纯度和高光致发光量子产率（PLQY）。这些特性归因于纳米结构中的限制效应、电子-空穴对结合能和电荷局部化。可使用溶液法制备薄膜，这使得钙钛矿纳米晶体成为发光二极管（LED）、激光器和辐射闪烁体中应用的诱人候选材料。令人印象深刻的是，基于钙钛矿纳米晶的LED已经达到了创纪录的超过20%的外部量子效率（EQE）值。尽管有这些优点，稳定钙钛矿纳米晶体仍然是一个挑战。研究表明，在环境条件下，CsPbBr 3纳米晶可以合并到体相，使发射特性猝灭十倍。也有人提出，在潮湿环境中，纳米晶体可以在恒定的紫外线（UV）照射下降解回其前驱体，这是用于显示器时的一个关键问题。
为了解决这些问题，人们进行了大量的努力来设计更坚固的配体，加入添加剂，并引入交联剂来保护纳米晶体免受周围环境的影响。为了解决这些瓶颈问题，最近一些有趣的概念巧妙地使用了金属-有机框架（MOF）作为基质，其中含有钙钛矿纳米晶体。此类系统表现出显著改善的材料稳定性，PLQY值超过50%。MOF的多孔性和钙钛矿型纳米晶体的光电特性相结合，使得该材料在光电化学和催化方面具有很高的应用前景。然而，这些研究大多集中在使用粉末，钙钛矿型MOF（PeMOF）结构从未被用作LED应用中的发射层。这主要是因为在沉积高质量二极管所需的均匀薄膜方面存在挑战。此外，为了实现有效的电荷注入，必须考虑通过加入大量绝缘组件在导电性方面进行权衡。（文：爱新觉罗星）
图1 | PEM薄膜的形成和表征。
图2 | PEMA薄膜的TEM图像分析。
图3 | LeD器件性能特征的分析。
1 绪论 (3)1.1 LED简介 (3)1.2 LED简介和构成 (3)1.3 LED屏的分类 (4)1.3.1 颜色可以分为 (4)1.3.2按显示器件分类 (5)1.3.3按显示方式分类 (5)1.3.4按发光点直径分类 (6)1.3.5.按显示方式分类 (6)2 LED点阵显示屏 (7)2.1 LED显示屏的提出 (7)2.2 LED显示屏的需求 (7)2.3 LED显示屏的开发环境 (8)2.3.1 显示屏驱动电路的选择 (8)2.3.2 亮度连续可调 (8)2.3.3 串行口的选择 (9)3 系统的具体设计与实现 (10)3.1 系统总框图 (10)3.2 硬件条件 (10)3.3 驱动部分 (11)3.3.1 LED显示屏行驱动电路 (11)3.3.2 LED显示屏列驱动电路 (12)3.4 亮度连续可调 (13)3.5 刷新频率的计算 (13)3.6 键盘 (13)3.7 软件方面 (14)3.7.1 主程序的流程图 (14)3.7.2 按键程序 (15)3.7.3 行列的扫描 (15)4 AT89S52部分程序码 (16)5 测试、结果及分析 (17)5.1 基本功能 (17)5.2 发挥部分功能 (17)5.3 其他发挥部分功能 (17)6 总结 (18)致谢 (19)参考文献 (20)1 绪论1.1 概述LED电子显示屏是随着计算机及相关的微电子﹑光电子技术的迅猛发展而形成的一种新型信息显示媒体。[9]它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成可变面积的显示屏幕,以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性能价格比高、使用成本低等特点,在短短的十来年中,迅速成长为平板显示的主流产品,在信息显示领域得到了广泛的应用。[5]1.2 LED简介和构成LED(Light Emitting Diode)即发光二极管是利用半导体的P-N结电致发光原理制成的一种半导体发光器件。[9] LED具有亮度高、功耗小、寿命长、工作电压低、易小型化等优点。[4]近几年来,它得到迅猛的发展和广泛的应用。从七十年代起,已有人开始用LED做为发光像素研制LED显示器。随着微机技术的发展和LED器件的成熟,LED 显示屏也得到迅猛的发展。目前已研制出多种规格的LED 屏,从色彩上讲有单色、多色、全色显示屏,从显示尺寸上讲,LED屏现已做到了数百平方米。[4]现已形成了一个新兴的高科技产业。最近,蓝色、纯绿色超高亮发光二极管相继研制成功并已商品化,用LED制成室外"大彩电"已成为现实,它标志着 LED显示技术达到了一个新的高度。LED显示屏是用发光二极管作显示像素而构成的显示屏,受空间限制小,适合于几平方米到几百平方米的屏幕,在此范围内和其它几种屏幕相比有较强优势,可表现文字、图形、图像、动画和视频,能较好地适应各种使用环境。[5] LED显示屏系统一般由微机、发送控制板、接收控制板、显示屏屏体、稳压电源及金属框架等部分构成。[5](1)微机微机主要用于大屏幕系统的操作和控制,体现在上层软件部分。用来制作、编辑欲显示的内容,包括文字、图像、表格,并设置各种节目的播放顺序及画面停留时间等。编辑完成后,微机用来运行播放制作好的内容。微机播放时,内容在微机的显示器上显示出来。电子信息与科学技术在现代工程管理中的应用【摘要】近年来,我国经济的迅猛发展把工程管理推入了人们的视野。随着社会的进步与发展,计算机信息技术发展水平也日渐提高,采用信息技术应用到工程管理中,其工作间将会大大减少,工作质量、工作效率也会得到大大提高。因此,电子信息和科学技术在现代工工程管理中的应用在我国现实生活中具有着十分重要的意义。【关键词】电子信息;科学技术;工程管理;应用在当前,随着电子信息科学技术的发展,在工程管理的领域中,以计算机信息技术为主的电子信息技术,越来越得到重视,尤其是在建筑工程管理领域中,将计算机电子信息技术与工程管理进行有效的结合,促进两者的共同进步和发展,不仅能使计算机的电子信息技术得到运用,还能提高工程的管理质量,在建筑工程造价管理和项目管理以及施工管理的工作中都产生了重要的作用。1 电子信息科学技术在工程领域中的应用现状企业的信息化管理系统是集组织模式、企业规范、业务流程以及信息技术为一体的综合化管理体系。计算机中的应用改变了传统的工程管理方法,提高了劳动生产力。但在施工的生产管理、施工过程的控制和监督等方面还是比较落后的。如何使用计算机信息技术对建筑业结构进行优化,如何提高企业与项目的管理水平,以及如何提高劳动生产率都是值得认真探讨和研究的紧迫课题。我国现代的工程承包、施工内容都非常丰富、涉及面极广、建设周期较长,加上经济环境错综复杂,使我国工程建设企业都面临着潜在风险。所以,如何利用快速发展的信息技术来对落后的局面进行改善,已变成企业首要解决的工作。从工程管理程序上来分析,工程管理的思路是信息分析、投标报价、工程施工、工程财务结算。财务领域和投标的计算机应用,在一般企业中只是作为工具使用,并未体现管理的功能。大型企业具有雄厚实力与规范管理,都在乎计算机信息技术的应用。在目前,市场上所引用的项目工程管理软件,主要侧重工程施工的进度控制与资源的总体调配,涉及工程管理中的高层理论化管理。但在我国实际使用中却不能适应工程的变化,资源的调配计划确实做得很好,但施工现场物资资源的调用没有按原计划进行,导致计划的全盘落空。针对现场管理的重要环节,并没有应用到采购、存储、领出和工地消耗为一体的计算机管理系统。工程的进度一直都以来是工程施工的首要任务,工程的按时完成是最重要的。但是,要提高企业的经济效益,只是讲进度是不够的,成本控制是效益的体现,随着市场的经济体制逐渐成熟,成本控制已成为施工企业中重要任务。2 电子信息科学技术在建筑项目工程管理中的功能建筑工程的项目管理是脑力劳动,它主要是依据建筑工程建设工作的实践经验,处理协调各方面的要求,把各项目资源分配到时间节点和恰当环境中,实施动态调整,以合理经济的方式完成预定的目的。电子信息科学技术在建筑工程的项目管理功能主要有以下几点:2.1 完成建筑工程在企业内部进行数据共享现代化的建筑工程项目中的电子信息科学技术系统运用了相对完善的数据管理,它的最大优势是确保数据共享。建筑工程项目管理可以利用那些管理数据共享作为企业内部所采用的标准。现代数据库的管理系统能够运用搜索方法,从上百万数据中寻找到指定的数据,这个过程只需要短短的几秒钟就可以实现了。2.2 保证统计的数据具有准确性建筑项目的资料数据能够以动态的方式将准确性的指定内容提交给工程项目管理人员,防止了人为因素所带来的各种缺点,有效的阻止了时间上的拖延和实际状况的错误判定。如果不能有效的解决这些问题,就会给工程项目带来不便。电子信息科学技术对工程项目进行模拟实施,在较短的时间内把同一项目进行千万次的模拟,因此,统计信息能帮助建筑工程的管理人员进行有效的实施决策管理。2.3 完成数据间的通信通过电子信息科学技术和网络技术,能完成建筑工程管理人员间的信息通信和发布,通过网络技术和公用传讯方式可以将企业总部和建设的施工现场联系起来,从而使供货商和各方之间进行信息交流,完成对远程数据的管理。3 提高工程管理电子信息科学技术应用水平的措施3.1 在掌握施工项目管理的信息化基础上,制定正确计划将电子信息科学技术应用于建筑项目工程管理是工作中的重要内容。不能只把信息化应用看作企业点缀,要把信息化的应用落到实处,处理建筑工程管理中的紧要问题,从而最大程度的发挥信息化技术作用。提高工程施工中的效率和水平对企业发展具有重要意义,所以,我们要利用电子信息科学技术来改造目前的水平与技术。提高工程管理的信息化,关键之处在于电子信息科学技术在其应用水平上的高低。企业要根据建筑工程施工管理所涉及到信息的存储自动化、信息的收集自动化、信息的检索工具化等技术和实际的管理水平,要制定出正确的计划,用科学的方法处理施工中出现的问题,进而最大化的实现现代化信息科学技术的有效率,逐步建立、完善工程施工的管理信息系统。3.2 运用因特网、局域网等载体,实现信息共享和网上公办社会的不断发展,使建设项目的规模逐步扩大,建筑工程所涉及到的单位比较的多,文件和相关信息也繁多复杂。过往的项目管理信息方式都是以纸为分析、记录的载体,分析整理后的数据还要一层层的经过多个部门进行转交,最后到达决策者的手中。这样的办公方式不仅仅浪费时间、财力和人力,还会降低工作效率,最主要的原因是因为转交次数过多而导致信息交流的完好性和有效性受到了严重的影响。因此,在这个信息的时代,要运用科学有效的信息技术来分析、传输第一手信息,并及时向决策者转达信息,从而才能提高工程施工的管理水平。3.3 开发相关的应用系统在因特网上开发出各种工程项目的信息管理系统,建立大的数据库和链接,把网上查询、网上投标、网上材料采购、网上会议等信息公布在大家面前,向有意向人员展现出一个信息交流和共享的平台,把纵向的信息交流方式转变为平行,这样的方法不仅能提高工作效率和信息准确性,还能促进企业间的沟通和合作,提高决策的准确度。在施工的过程中,也要把项目管理的信息系统与技术软件应用到该过程的管理,从而提高管理水平和效率。4 结束语综上所述,我国在建筑项目工程管理所采用信息化发展获得了较大的成功。但与国外的信息化技术相比,我国还存在着很大的问题。每个企业都应该根据自身的实际情况,科学合理的把信息技术应用到工程管理中,从而提高工作效率,从企业的长远发展来看,信息化技术对企业发展具有着深远意义。完
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简单地说在一块本征半导体的两边通过不同的掺杂分别做成P 型和N 型半导体。P 型半导体中空穴为多数载流子，N型半导体中电子为多数载流子。由于浓度差，这两种载流子会自发向对方区域扩散。因为空穴带正电，电子带负电，所以两种载流子会在交界面复合，从而在交界面两侧形成一个空间电荷区，其电场方向由N 指向P，这就是PN 节。这个内电场的形成阻碍了多数载流子的扩散运动，因此一定温度下PN 节的尺度是确定的(见图1)。
当PN 节外加正向电压时（P 型半导体接电源正极，N 型半导体接电源负极），外电场与内电场作用，总的效果是削弱内电场，从而空穴和电子可以再向对方区域扩散形成稳定的电流。此时高能态的电子与空穴复合时就把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转化成光能（见图2）。当然在发光二极管的PN 节上加反向电压（P 型半导体接电源负极，N 型半导体接电源正极），由于内电场被加强，所以进一步阻止了多数载流子的扩散运动，电路不能导通就不能发光。
值得注意的是，不是所有的半导体材料都能用来做成发光二极管的，目前用得较多的是GaP(磷化稼)，GaAsP(磷砷化稼)等。通常的LED 结构见图3。
参考文献：《LED 原理与应用》 杨先 大众科技 2010 年第12 期
光敏传感器，又叫光敏电阻，是检测光线强弱的一种传感器，关照越强，则其电阻越小。车辆前大灯控制模块利用光敏传感器的这一特性，可以自动点亮或关闭前大灯。
感应功能。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器的特点包括:微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。
你好，光敏传感器是最常见的传感器之一,它的种类繁多,主要有:光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管等等组成。它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。
）光源在发光过程中持续加热，电阻会持续增大，光照度会缓慢提升，从而影响实验数据。（2）光源电压不稳定，在一定范围内波动。
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第一作者：钮峰
通讯作者：涂文广教授，周勇教授，邹志刚教授
通讯单位：香港中文大学（深圳）理工学院
论文DOI：10.1021/acscatal.2c00433
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通过醇和胺的C-N偶联是工业中合成不同有机胺的重要反应路径，而这一过程往往需要在高温高压等较苛刻的条件下进行。因此，本工作中，我们设计了一种基于CdS-Pd单原子体系催化剂用于实现高效可光催化苯甲醇和苯胺的C-N偶联反应获得二级胺。通过实验研究发现，Pd与CdS表面的悬挂S原子原位配位形成单一Pd-Sx物种。该催化剂的可见光催化C-N偶联的二级胺产率接近100%，同时释放出可观的绿色能源氢气（11.8 mmol gcat-1h-1）。机理研究与分析表明，苯甲醇上脱去的H+较容易吸附到长寿命的•Pd-Sx中间态物种而形成H-Pd-Sx中间体。最后，吸附的H又容易脱附，加成到苄烯苯胺的N上，实现氢转移，完成亚胺的加氢过程，得到最后所需要的二级胺产物苄基苯胺。整个过程中，H的吸脱附可以循环进行，因此Pd-Sx配位物种可以作为有效的氢转移的桥梁实现加氢过程。此外，该光催化剂体系具有较好的底物适应性和循环能力。这一工作将为温和条件下实现高效C-N偶联反应提供一种新的思路。
背景介绍
随着工业的发展与进步，有机胺广泛应用于农业、医药、家居、军工等领域，其合成在工业生产中有着越来越明显的重要性。基于“借氢机制（氢转移）”，通过胺与醇的C-N偶联被认为是一种较为绿色的合成有机胺的理想路径。这一过程主要包含醇的脱氢、亚胺的生成以及亚胺的加氢这三个主要步骤。其中醇的脱氢是整个反应的决速步骤。然而，基于这一机制，在热催化合成有机胺的过程中存在一些缺点：（1）醇的脱氢决速步骤需要较苛刻的条件（高温高压）；（2）易发生过度偶联，使得产物分布广，不利于分离；（3）反应中使用的催化剂多为高负载量的负载型贵金属催化剂（如Ru/Al2O3、Pd/Al2O3、Rh/Al2O3等），成本较高。因此，开发出高效低成本的催化剂具有一定的挑战性。近年来，利用光氧化还原技术实现常温常压条件下有机胺的合成引起了广泛的关注。研究者们通常采用一些贵金属有机配合物分子进行均相催化反应，但反应后催化剂难以进行分离，在实际工业生产中难以大规模应用。而采用传统的半导体光催化剂进行多相催化反应，则可以有效解决这一难题。然而仅仅依靠半导体本身的催化能力，很难达到较高的催化活性，实际应用过程中往往需要通过负载一些助催化剂或表面修饰来提高催化性能。近些年，单原子催化被认为是较有前景的领域。单原子催化剂由于其独特的电子结构和较高的原子利用效率而表现出优异的催化活性，被广泛应用于光催化水分解制氢、二氧化碳还原、固氮和有机物降解等领域。因此，我们课题组设计开发了一种单原子光催化剂CdS-Pd，该催化剂可以有效地用于可光催化苯甲醇和苯胺的C-N偶联反应，获得具有工业应用价值的二级胺。同时反应过程中释放出清洁能源氢气。这一工作将为温和条件下实现C-N偶联反应提供一种新的途径。
本文亮点
1. 本工作通过Pd原子与CdS表面的悬挂S原子原位配位制备了一种CdS-Pd的单原子光催化剂，该催化剂可以实现高效可光催化苯甲醇和苯胺的C-N偶联反应获得近100%产率的二级胺N-苄基苯胺以及较高的产氢活性。
2. 实验和理论计算结果证实了，相比于Pd纳米颗粒助催化剂负载的CdS，单一Pd-Sx物种能够有效捕获光生电子，使其具有较长的寿命，而且氢在Pd-Sx物种上的吸脱附能力较强，从而可以作为有效的氢转移载体实现亚胺的加氢，得到目标产物二级胺。
3. 此外，在优化的反应条件下，该催化剂具有较好的稳定性，以及对不同醇类和取代胺的C-N偶联反应具有良好的底物适应性。
图文解析
本工作中，首先我们采用水热法制备了六方晶系结构，颗粒尺寸约为50 nm的纳米球形CdS，其带宽约为2.2eV（ 图1 a ）。随后，在可见光催化C-N偶联反应过程中加入PdCl2溶液原位合成单原子催化剂CdS-Pd SAs。作为对比，我们采用浸渍法制备了Pd纳米颗粒负载的CdS催化剂CdS-Pd NPs。从图1b的XPS图谱可以看出，光催化反应后的CdS中事实上存在Pd元素。结合能336.7 eV和342 eV分别对应Pd 3d5/2和Pd 3d3/2，表明Pd以2+价态形式存在，而非单质态。因此，我们可以初步推测反应后，Pd与CdS进行了一定的配位。
图1 CdS和CdS-Pd SAs单原子催化剂的结构表征
为了进一步确定反应后Pd的状态以及与CdS的配位环境，我们对样品分别进行了X射线精细结构谱（XAFS）和球差电镜的表征。从图3d可以明显看出反应后的CdS表面上的Pd物种既不是二价态也不是单质态，而是以一定配位的形式存在。通过对样品CdS-Pd SAs中Pd的K-edge EXAFS图谱进行拟合，可以得出Pd-S的配位数约为3（ 表1 ）。通过进一步的HAADF-STEM和 EDS mapping图可以清晰地看到Pd以单原子形式均匀地分散在CdS上（ 图1 e-j ）。因此，综合上述表征方法，我们可以初步证实在光催化反应过程中，PdCl2以Pd-S配位键的形式将Pd原子锚定在了CdS载体上，为光催化反应过程提供一定的反应活性中心。
表1 样品CdS-PdSAs中Pd的EXAFS拟合数据
CN , coordination number; R , bonding distance; σ 2, Debye-Waller factor; Δ E0 , inner potential shift.
为了进一步研究CdS表面的S对催化反应的影响，我们首先对CdS进行了不同程度的表面修饰（400 oC高温煅烧：CdS-400；双氧水表面腐蚀：CdS-H2O2）。从图2 a可以看出，采用不同的手段修饰后，CdS的结构并未发生明显变化，仍然是结晶度较好的六方晶系结构。CdS、CdS-400和CdS-H2O2的能带分别为2.21、2.12和2.2 eV，即能带结构也未发生明显变化（ 图2 b ）。从图2 c和d可以明显看出， CdS通过表面修饰之后，Cd 3d和S 2p均向高结合能偏移，而且偏移程度随着修饰强度增强而增大。这主要是由于CdS修饰后产生了一定的S空位，使得表面部分Cd暴露，从而改变了Cd和S的周边电子云密度分布。
图2 修饰前后的CdS结构表征
在常温常压氮气气氛下，我们采用苯甲醇和苯胺的C-N偶联作为模型反应对所制备的催化剂进行可见光催化活性评价（ 图3 ）。首先我们确定了暗反应、无光催化剂以及只有PdCl2的情况下该模型反应没有任何催化活性。在添加PdCl2的条件下，我们对不同的半导体光催化剂进行了活性筛选，发现只有CdS能有效地进行光催化C-N偶联生成二级胺（N-苄基苯胺），产率高达1.48 mmolgcat-1h-1。而其他半导体催化剂在反应过程中只能催化生成亚胺（N-苄烯苯胺），且普遍产率较低（< 0.12 mmolgcat-1h-1）。
图3 可见光催化C-N偶联反应的催化剂活性筛选
基于CdS对该反应的催化特异性，我们测试了其苯胺的转化率及产物的选择性随时间的变化曲线。从图4b可以看出，随着反应的进行，苯胺的转化率不断提高，当反应达到16 h后，底物苯胺几乎完全转化。随着反应的进行，亚胺（N-苄烯苯胺）的选择性不断降低，而二级胺（N-苄基苯胺）的选择性不断提高，表明反应过程中逐步完成了亚胺的加氢过程。
为了进行对比，我们采用浸渍法提前将Pd纳米颗粒沉积到CdS表面上并进行光催化活性评价。从图4c我们发现，沉积Pd纳米颗粒的CdS催化活性是单一CdS活性的4倍。这主要是由于Pd纳米颗粒作为助催化剂可以有效地提高光生载流子的分离效率。而当我们将Pd以PdCl2的形式加入到反应体系中时，催化活性是单一CdS活性的约6.4倍。而且产物中出现了二级胺（N-苄基苯胺）。也就是说反应体系中原位加入PdCl2能够促使该反应完成加氢过程，有效实现氢转移。因此，我们可以初步推断，光催化反应过程中Pd和CdS表面悬挂的S作用产生的Pd-S物种对实现C-N偶联起到至关重要的作用。此外，在反应过程中我们可以检测到氢气的生成。从图4d可以看出，单一的CdS在反应过程中几乎不产生氢气。而CdS-Pd SAs产氢速率达到11.8 mmolgcat-1h-1，是CdS-Pd NPs的约2.7倍，CdS的近10倍。这一结果也与苯胺转化率的差异相吻合。
为了验证CdS表面的S与Pd作用形成了Pd-S物种，从而提高了C-N偶联反应性能，我们对CdS进行了不同程度的表面修饰。从图4e可以明显看出，随着表面修饰的增强，反应的活性逐渐下降，而且产物苄基苯胺的选择性也随之下降。这也就意味着，当我们遮盖或者去除部分S位点，反应底物在催化剂表面的吸附性能下降，从而导致反应活性降低。另一方面，由于S空位的增多，使得Pd原子很难与S进行配位产生Pd-S物种，从而无法完成C-N偶联反应过程中的氢转移，也就不能得到饱和的目标产物二级胺N-苄基苯胺。
图4 可见光催化活性评价
为了研究在光催化反应过程中不同自由基的作用，我们进行了捕获实验。从图5a可以看出，当体系中加入叔丁醇和苯醌来分别捕获•OH和•O2-，反应的活性基本没有发生变化，说明体系中的这两种自由基对反应基本没有贡献。而当体系中加入草酸铵捕获光生空穴后，产率降为原来的1/3，加入过硫酸钾捕获光生电子后，产率降为0。这一结果表明，光生电子和空穴在光催化C-N偶联反应中有着重要作用。
接着，我们采用超快光谱（TAS）来揭示光照下不同催化剂的载流子衰减动力学。图5b为不同催化剂的瞬态吸收图谱以及拟合曲线。采用双指数模型拟合可获得两个弛豫时间τ1和τ2。Τ1代表导带电子到过渡态的捕获时间，τ2代表电子与过渡态或者价带空穴复合的时间。通过对比，CdS-Pd Sas的弛豫时间明显要长，也就是说，在反应过程中CdS表面单原子态的Pd配位物种Pd-Sx可以作为电子陷阱来捕获光生电子，提高载流子的分离效率，从而加速光催化C-N偶联。另外，从CdS导带转移到过渡态Pd-Sx中间体的弛豫时间更长，更利于氢原子的吸附。
为了研究不同催化剂对于H的吸附以及转移能力，我们做了一个N-苄烯苯胺加氢的模型反应。从图5c可以明显看出，对于单原子态的CdS-Pd SAs催化剂，N-苄烯苯胺较容易实现光催化加氢到苄基苯胺产物，而单质态的Pd（CdS-Pd NPs）催化剂无法实现加氢过程。这也证明了单原子态的CdS-Pd SAs可以很好地吸附H并完成氢转移，从而实现加氢过程得到二级胺N-苄基苯胺。
基于以上的机理表征分析，我们可以给出一个可能的反应机理和路径（ 图5d ）。光催化反应前，当体系中同时加入CdS催化剂和PdCl2时，PdCl2很快吸附到CdS表面上与表面悬挂的S原子形成Pd-Sx的配位物种。当CdS被光激发后，表面的Pd-Sx配位物种可以有效捕获光生电子，形成•Pd-Sx中间态物种，同时光生空穴能够脱去苯甲醇上的质子，将其氧化成苯甲醛。然后生成的苯甲醛与苯胺进行亲核加成反应，产生醇胺中间体。由于醇胺非常不稳定，很快脱水生成亚胺。苯甲醇上脱去的H+较容易吸附到长寿命的•Pd-Sx中间态物种形成H-Pd-Sx。最后，吸附的H又容易脱附，加成到N-苄烯苯胺的N上，实现氢转移，完成亚胺的加氢过程，得到最后的目标产物N-苄基苯胺。整个过程中，H的吸脱附可以循环进行，因此Pd-Sx物种可以作为有效的氢转移的桥梁实现加氢过程。此外，过多的吸附H可以从H-Pd-Sx上脱附产生H2。
图5 反应机理表征及推测
我们通过DFT模拟计算进一步验证了为什么单原子态的CdS催化剂CdS-Pd SAs可以很好地实现光催化C-N偶联生成N-苄基苯胺（ 图6 ）。结合EXAFS拟合结果，我们以Pd-S三配位的形式作为计算模型来研究H吸附和反应过程。对于催化剂CdS-Pd NPs来说，在位点1和2的H吸附能分别为-2.801 eV和-2.936eV，而催化剂CdS-Pd SAs的H吸附能为-1.954 eV。通过过渡态能量搜索，可以得出，Pd纳米颗粒负载的CdS-Pd NPs的加氢能垒为0.38 eV，而对于单原子态的CdS-Pd SAs来说，由于形成的Pd-Sx配位物种能够有效地吸附和脱附H，因此脱附的H直接加成到亚胺的不饱和C上，完成加氢过程。
图6 DFT模拟计算
总结与展望
总的来说，我们设计开发了一种CdS-Pd单原子光催化剂，该催化剂可以有效地用于可光催化苯甲醇和苯胺的C-N偶联反应，获得具有工业应用价值的二级胺。同时反应过程中释放出清洁能源氢气。结合实验以及模拟计算，我们推测Pd在光催化反应过程中与CdS表面的S原位配位形成Pd-Sx中间物种，而这一中间体可以提高载流子分离效率以及有效地进行H的吸脱附，构成Pd-Sx •Pd-Sx H-Pd-Sx Pd-Sx的循环过程，实现氢转移，完成亚胺的加氢过程，得到目标产物N-苄基苯胺。整个过程中，Pd-Sx中间体可以作为有效氢转移的桥梁实现加氢过程。此外，该催化剂体系具有较好循环能力和底物适应性。这一工作将为温和条件下实现C-N偶联反应提供一种新的思路。
作者介绍
钮峰 ，博士毕业于法国里尔大学（法国国家科学研究中心）（导师Andrei Khodakov教授和Vitaly Ordomsky研究员）。2020年8月加入香港中文大学（深圳）邹志刚院士团队从事博士后研究。以第一作者在ACS Catalysis，Green Chemistry，Solar Energy Materials & Solar Cells等期刊上发表SCI论文12篇。目前主要研究方向为多相热催化、光催化能源转化。
涂文广 ，2015年获南京大学物理学院博士学位。2015至2020年在新加坡南洋理工大学从事研究博士后研究工作。2020年6月起任职于香港中文大学（深圳）理工学院。主要从事于低维光电材料表界面结构的精准设计与构建，实现太阳能驱动下的小分子转换，取得了一系列重要成果，迄今为止已在Nature Communications, Advanced Material, Advanced functional Material, ACS Catalysis, ACS Energy Letters等期刊上发表论文70余篇, SCI被引超过8000次，H指数为44。
周勇 ，香港中文大学（深圳）兼职教授。2009 年9月被南京大学物理学院按海外人才引进回国工作，加入南京大学环境材料与再生能源研究中心，聘为教授。主要从事：1、人工光合成二氧化碳转化为可再生碳氢燃料；2、光电材料的设计和构建；3、高效、低成本钙钛矿太阳能电池产业化应用研究。近五年来，以第一作者或通讯作者在 国际重要期刊上发表论文超过 60 篇，其中包括 J. Am. Chem. Soc. (1 篇)、Adv. Mater. (2 篇)、Adv. Funct. Mater. (1 篇)和 Nano Lett. (1 篇)，受邀以第一作者或通讯作者撰写 2 篇综述论文。近五年论文他引超过 1600 次，5 篇论文入选 Web of Science 统计的“过去十年高被引论文”, H 指数 46。光催化还原 CO2 研究成果作为主要研究内容，荣获 2014 年国家自然科学二等奖(排名第四)。主编三本英文专著（Springer 等出版社出版）。多次受邀在国内外相关学术会议上做邀请报告或主持会议。担任 Current Nanoscience 中国地区编辑和 Mater. Res. Bull.编委。主持承担国家基金委、 科技 部 973 项目等项目。入选教育部新世纪人才（2010 年）、江苏省首届杰出青年基金(2012年)。
邹志刚 ，2003年凭为教育部“长江学者奖励计划”特聘教授，国家重点基础研究发展计划“973”项目首席科学家，教育部创新团队带头人，2015 年当选中国科学院院士，2018 年当选发展中国家科学院院士。主要从事新型可再生能源与环境材料方面的研究，邹院士在光催化领域做出了卓越的贡献，被媒体称为“光催化领域的前行者”。邹志刚院士已在 Nature等国际一流期刊上发表论文 602 多篇，H指数 74，连续 5年入选爱思唯尔材料科学高被引学者，是材料领域有国际影响力的学术带头人。申请中国发明专利 200 多项，其中 83 项已获授权；承担两届国家重大基础研究计划 973 项目、国家自然科学基金中日合作项目、 科技 部国际合作重大项目等多项科研项目；获国家自然科学二等奖 1 项、江苏省科学技术一等奖 2 项，作为第一完成人获第 46 届日内瓦国际发明展金奖及阿卜杜拉国王大学特别奖各 1项。
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300.9μmol/h·g，产氢活性为5.58 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0.2Å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 0.224 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 300.9 μmol/h·g）和 65.6 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 2.18、1.82和 2.52 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
可以说，在落叶果树种质资源的研究和评价方面，苹果属是最受重视、资料积累最多的树种之一。对此，我们分为以下几个方面进行介绍。
（一）苹果属植物的遗传性状
1.苹果属植物基因的确定如表3-1-7所示，至目前，在苹果属植物上已有二十多种性状的受控基因已被确定。但是，作为一个生物体，其基因组成高达数十万、甚至数百万个，因此，大量的其它性状基因仍待鉴定确立。另需指出的是，在梨属、山楂属、花楸属以及梨亚科的其它属中，都存在着许多苹果改良有用的基因。当研究并确定这些基因后，可以借助基因工程的手段将其导入苹果植物中。
表3-1-7 苹果属植物已鉴定确立的基因类型
2.苹果属植物的染色体数目及倍性
苹果属植物的染色体基数x=17。大多数苹果属植物（包括栽培品种）为二倍体（x=34），但在苹果属植物中，由表3-1-8也可看出，多种倍性的多倍体（3x，4x，5x）占有很大的比例。多倍化是苹果属植物的一个重要进化途径。一方面多倍体可塑性大，生存性和适应性强等特性对苹果科研和生产有较大的利用价值；另一方面，许多杂种起源的苹果种类具有无融合生殖特性，而在苹果属无融合生殖的种类中许多是多倍体。
表3-1-8 苹果属植物的染色体数目及倍性
表3-1-8 苹果属植物的染色体数目及倍性（续）-1
表3-1-8 苹果属植物的染色体数目及倍性（续）-2
3.苹果属植物的核型分析
梁国鲁（1986）对苹果属植物31个种类的核型分析结果（表3-1-9）表明，供试的苹果属植物中，除昭觉红花有一对正中着色点染色体（M）外，其余种类的核型只包括中部着丝点染色体（m）和近中部着丝点染色体（sm）。无近端着丝点染色体（st）及端部着丝点染色（t）。因此，苹果属植物的染色体长度均属小染色体范畴。作者由此将供试苹果属植物从细胞学角度分为六大类型，即：
表3-1-9 苹果属植物种类的核型分析
表3-1-9 苹果属植物种类的核型分析（续）-1引自梁国鲁，1986，西南农业大学学报。
A型：昭觉红花；B-1型：丽江山定子（zx）、锡金海棠、垂丝海棠、滇池海棠、西蜀海棠、沧江海棠、河南海棠；B-2型：山定子及各类型，毛山定子；B-3型：金冠、M7、楸子、新疆野苹果；C型：石柱湖北海棠、卢氏黄果、平邑甜茶、泰山海棠、盐源湖北海棠、西府海棠、海棠花、三叶海棠、变叶海棠、巴山矮花红；D型：昭觉丽江山定子、马尔康湖北海棠、卢氏红果、小金海棠。
对这些苹果属植物种类的亲缘关系和进化趋势，作者探讨认为，昭觉红花是苹果属中比较原始的类型。苹果属植物的核型进化趋势可能是：A型→B-1型→B-2型→B-3型→C型→D型。
4.苹果属植物的同工酶研究
李育农等、肖尊安等对苹果属植物种类进行过氧化物酶同工酶研究的结果表明（图3-1-6），苹果属植物种类和种间酶谱均有差异，这与其演化过程中发生基因突变、染色体倍数变化和相互杂交有关；种内多倍体酶谱的差异与亲本类型关系较大。苹果属植物中，苹果亚组的三个基本种为原产欧洲的森林苹果，原产我国新疆的新疆野苹果和绵苹果；湖北海棠为山定子亚组的基本种；而三叶海棠亚组的基本种为三叶海棠。同时发现，苹果属植物种类形态特征的渐进性与其同工酶谱带的由简入繁是相一致的。
图3-1-6 苹果属植物过氧化物酶同工酶酶谱
（引自肖尊安等，“中国苹果属植物种群间的亲缘关系及其演化初探”，西南农业大学学报，1986）
（二）苹果属植物的植物学性状
1.苹果属植物幼叶卷迭式的研究
江宁拱（1989）对34种苹果属植物的研究发现，苹果属植物幼叶卷迭式除以前普遍认为的席卷式和对折式两种外，还有内卷式、内卷—席卷式和对折—席卷式三个新的类型（表3-1-10）。对折式和内卷式在系统发生上较原始，而席卷式、内卷—席卷式和对折—席卷式则较进化。幼叶为内卷式和对折式的种，其染色体大多数为二倍体（2n=34）；席卷式、内卷—席卷式、对折—席卷式的各个种多为三倍体（2n=51）和四倍体（2n=68），有些种还伴有花粉败育及无融合生殖的特征。
表3-1-10 苹果属植物幼叶卷迭式引自李育农等，1990，苹果属植物种质资源研究论文汇编（第一集），西南农业大学园艺系。
引自江宁拱，“苹果属植物幼叶卷迭式研究”，1989，西南农业大学学报。
2.苹果属植物花粉的研究
杨晓红（1986）对苹果属植物花粉扫描电镜的观察结果（表3-1-11，表3-1-12）表明，苹果属植物花粉形状、大小和纹饰等在种间表现出明显的差异。苹果属植物花粉的演化路线是原始的种，其花粉粒呈长圆形（P/E值大）、赤面饰纹呈条网状、萌发孔不外露、孔沟浅；较进化的种，其花粉粒呈近球形（P/E值小）、赤面饰纹呈条状、萌发孔外露、孔沟深。花粉粒的P/E值与果实直径呈显著负相关。近球形花粉基因与大果基因、长球形花粉基因与小果基因相连锁，且彼此靠得很近。
表3-1-11 苹果属植物花粉整体性状与分类的关系李育农等，1990，苹果属植物种质资源研究论文汇编（第一集），西南农业大学园艺系。
引自杨晓红，“苹果属植物花粉观察研究”，1986，西南农业大学学报。
表3-1-12 苹果属植物花粉外壁性状
表3-1-12 苹果属植物花粉外壁性状（续）-1
表3-1-12 苹果属植物花粉外壁性状（续）-2
李育农等，1990，苹果属植物种质资源研究论文汇编（第一集），西南农业大学园艺系。
引自杨晓红，“苹果属植物花粉观察研究”，1986，西南农业大学学报。
（三）苹果属植物的农业性状
1.苹果属植物物候期的观测
和其它果树一样，苹果属植物的物候期也具顺序性、重叠性及重演性等特性（图3-1-7）。由于品种、地区、气候条件、地形及年份间的差异，对特定品种在特定地区的物候期，必须进行长期、细致的观察、积累。在此我们仅引一例说明（表3-1-13）。
图3-1-7 华北地区乔木落叶果树物候期示意
（引自彭世祺、潘季淑，“物候期”，《中国农业大百科全书·果树卷》，1993）
表3-1-13 三个苹果品种在不同地区的物候期（日/月）
2.苹果属植物产量性状的研究
鉴于苹果属植物的产量性状的遗传特性已在《果树育种学》中有较详细、全面论述，在此我们仅对目前已研究的部分苹果品种资源的产量性状进行介绍，后面将介绍的其它农业性状（品质、耐贮运性、抗性和适应性等）也同此。表3-1-14所列为已研究、并有（育种）利用潜力的部分苹果品种资源的产量性状。
表3-1-14 部分苹果品种资源的产量性状
3.苹果属植物品质性状的研究
部分苹果品种资源的品质性状如表3-1-15所示。
表3-1-15 部分苹果品种资源的品质性状
4.苹果属植物储运性状的研究
在苹果品种资源中，果实贮运期长、较耐贮运的品种有富士、国光、澳洲青苹、罗马美丽、倭锦、乔纳金、黑阿堪、Braeburn、Bramley、实生、可口香、秦冠、Winesap、Limbertwig、Idared、Keepsake等。
5.苹果属植物抗逆性和适应性的研究
见表3-1-16。
表3-1-16 部分苹果品种对病、虫害的反应
表3-1-16 部分苹果品种对病、虫害的反应（续）-1
表3-1-16、表3-1-17分别列出了部分苹果属植物和苹果品种对病虫害的反应。部分苹果属植物对不良自然条件（冬季低温、干旱、水涝、盐碱）的抗逆性能如表3-1-18所示。此外，需寒量少的苹果资源有安娜、Ein Shemel、Dorsett Golden、Beverly Hills；Novole抗田鼠；花期晚而可避免晚霜为害的苹果资源有君袖、罗马美丽、Spatebluhender、Konigzuur、Gros Bois和国光等。
表3-1-17 部分苹果属植物对病、虫害的反应
表3-1-18 部分苹果属植物对不良自然条件的抗逆性
表3-1-18 部分苹果属植物对不良自然条件的抗逆性（续）-1
6.苹果属植物其它性状的研究
还有一些性状，如淄博短枝的突出的短枝性状、垂枝国光的枝条自然下垂的特性等等，在苹果属种质资源的研究和评价工作中，也是重要的项目。表3-1-19列出了部分苹果品种资源的矮化性状及多倍体性状。
表3-1-19 部分苹果品种资源的矮化、多倍体性状
我国苹果生产中，常用的砧木（乔化砧）资源有西府海棠、楸子、山定子、塞威氏苹果及湖北海棠等，对这些砧木资源的综合评价如表3-1-20所示。而通过研究苹果生产上常用矮化砧特性及其与主栽品种亲和性和适宜组合，李恩生、王继世提出了苹果主栽品种的适宜矮化砧组合（表3-1-21）。
表3-1-20 苹果常用乔化砧的综合性状
表3-1-21 苹果主栽品种的适宜组合
引自《中国农业百科全书·果树卷》，李恩生、王继世，“砧穗组合”，1993。
此外，鉴于苹果属植物种子繁殖苗的变异性大，整齐度差，故对具有无融合生殖特性的苹果种质资源（如湖北海棠、变叶海棠、小金海棠等）及其无融合生殖特性也应作为种质资源研究和评价工作中的重要内容。
（四）具有观赏价值的苹果属种质资源
苹果浓郁的树冠、多样的树姿、美丽的花朵、形色各异的果实等表现型，使得苹果极具绿化园地、美化环境的功效。前述的苹果属植物（种、品种等）在主要用作砧木、供鲜食或加工等用途的同时，兼具观赏的功能。在苹果属植物中，有些种和品种的主要用途实际上就是其观赏价值。对这些种质资源的研究和评价也就从观赏角度考虑（表3-1-22）。
表3-1-22 苹果属的观赏资源及其评价
西府海棠和垂丝海棠都是属于海洋系列，都具备不错的园林价值，只是在生长特性、花型等方面存在一些差异，不能单纯的说哪个更好，只是每个人的欣赏角度不一样。
西府海棠和垂丝海棠都是美丽的观赏植物，但它们的生长条件和养护方式略有不同。
西府海棠喜欢半阴或者阳光较弱的环境，适宜在肥沃、疏松、排水良好的土壤中生长。在夏季高温时，需要保持充足的湿度，避免叶片干枯。西府海棠也需要适当的修剪和定型，以促进枝叶的分布和花朵的开放。
垂丝海棠则更喜欢充足的阳光，适宜在疏松、肥沃、排水良好的土壤中生长。垂丝海棠的花期较长，开花量也比较多，但也需要适当的修剪和整形，以促进植株的健康生长。
因此，养护哪种海棠更好取决于您所拥有的生长条件和自己的养护经验。如果您的生长环境适合西府海棠的生长需求，那么西府海棠可能更容易被养护得健康美丽；如果您的环境适合垂丝海棠，那么垂丝海棠可能更适合您的需求。在养护任何植物时，注意浇水、施肥、修剪和防治病虫害都非常重要。
西府海棠的病虫防治
要注意防治金龟子、卷叶虫、蚜虫、袋蛾和红蜘蛛等害虫，以及腐烂病、赤星病等。
腐烂病，又称烂皮病，是多种海棠的重要病害之一，危害树干及枝梢。一般每年4月~5月开始发病，5月~6月为盛发期，7月以后病势渐趋缓和。发病初期，树干上出现水渍状病斑，以后病部皮层腐烂，干缩下陷。后期长出许多黑色针状小突起，即分生孢子器。
防治方法：清除病树，烧掉病枝，减少病菌来源。早春喷射石硫合剂或在树干刷涂石灰剂。初发病时可在病斑上割成纵横相间约0.5厘米的刀痕，深达木质部，然后喷涂杀菌剂。