The aim of the present work was to assess the merits of PEGylated poly(lactic-co-glycolic acid) (PEG–PLGA) nanoparticles as protein and peptide drugs (PPD) carriers. PEG–PLGA copolymer, which could be used to prepare the stealth nanoparticles or long-circulating nanoparticles, was synthesized with methoxypolyethyleneglycol (MePEG) and PLGA. The structure of PEG–PLGA was confirmed with 1H NMR and Fourier transform infrared (FTIR) spectrum, and molecular weight was determined by gel permeation chromatography (GPC). Bovine serum albumin (BSA), chosen as model protein, was encapsulated within the stealth nanoparticles with the double emulsion method. The particles were characterized in terms of size, zeta potential and in vitro release of the protein. The biological fate of the BSA-loaded nanoparticles following intravenous administration was determined over 24 h in rats. The experimental results showed that PEG–PLGA could be obtained by ring-opening polymerization of lactide and glycolide in the presence of MePEG. 1H NMR and FTIR spectrum were consistent with the structure of PEG–PLGA copolymer. Molecular weight determined by GPC was 50800. The stealth nanoparticles loading BSA could be prepared by the double emulsion technique. The entrapment efficiency was 48.6%, particle size about 200 nm and zeta potential −16.1 mV. BSA release from the stealth nanoparticles showed an initial burst release and then sustained release. PEG–PLGA nanoparticles could extend half-life of BSA from 13.6 min of loaded in PLGA nanoparticles to 4.5 h and obviously change the protein biodistribution in rats compared with that of PLGA nanoparticles. Thus, PEG–PLGA nanoparticles could be an effective carrier for PPD delivery.

Efficient charge separation is of crucial importance for the improvement of photocatalytic activity for solar hydrogen evolution. Here we report efficient photo-generated charge separation by twin-induced one-dimensional homojunctions with type-II staggered band alignment, using a ternary chalcogenate, i.e. Cd0.5Zn0.5S nanorod as a model material. The quantum efficiency of solar hydrogen evolution over this photocatalyst, without noble metal loading, reaches 62%. Unlike traditional heterojunctions, doping or combination of additional elements are not needed for the formation of this junction, which permits us to tune the band structures of semiconductors to the specific application in a more precise way. Our results highlight the power of forming long-range ordered homojunctions at the nanoscale for photocatalytic and photoelectrochemical applications. Efficient charge separation is of crucial importance for enhanced performance of photocatalysts. Here the authors demonstrate efficient charge separation by twin induced one-dimensional homojunctions, which have a high efficiency for solar hydrogen evolution without the need for additional dopants.

A series of Cu-doped ZnIn2S4 photocatalysts has been synthesized by a facile hydrothermal method, with the copper concentration varying from 0 wt% to 2.0 wt%. The physical and photophysical properties of these Cu-doped ZnIn2S4 photocatalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), photoluminescence spectroscopy (PL), scanning electron microscopy (SEM), and UV−visible diffuse reflectance spectroscopy (UV−vis). The diffuse reflectance and photoluminescence spectra of Cu-doped ZnIn2S4 shifted monotonically to longer wavelengths as the copper concentration increased from 0 wt% to 2.0 wt%, indicating that the optical properties of these photocatalysts greatly depended on the amount of Cu doped. Meanwhile, the layered structure of ZnIn2S4 would be destructed gradually by Cu doping. The photoactivity of ZnIn2S4 was enhanced when Cu2+ was doped into the crystal structure. The highest photocatalytic activity was observed on Cu (0.5 wt%)–doped ZnIn2S4, with the rate of hydrogen evolution to be 151.5 μmol/h under visible light irradiation (λ > 430 nm). On the basis of the calculated energy band positions and optical properties, the effect of copper as a dopant on the photocatalytic activity of Cu-ZnIn2S4 was studied.

Hematite is a well-known catalyst for the oxygen evolution reaction on photoanodes in photoelectrochemical water-splitting cells. However, the knowledge of hematite-water interfaces and water oxidation mechanisms is still lacking, which limits improvements in photoelectrochemical water-splitting performance. Herein, we use the Fe-terminated hematite (0001) surface as a model and propose a comprehensive mechanism for the oxygen evolution reaction on both non-solvated and solvated surfaces. Key reaction intermediates are identified through ab initio molecular dynamics simulations at the density functional theory level with a Hubbard U correction. Several notable intermediates are proposed, and the effects of water solvent on these intermediates and the overall reaction mechanisms are suggested. The proposed mechanisms align well with experimental observations under photoelectrochemical water oxidation conditions. Additionally, we highlight the potential role of O2 desorption in the oxygen evolution reaction on hematite, as O2 adsorption may block reaction sites and increases surface hydrophobicity, leading to an unfavorable pathway for oxygen evolution. Hematite is a promising material for photoelectrochemical water splitting, but its mechanisms are not well understood. Here, the authors report a detailed mechanism, identifying key reaction intermediates and highlighting the influence of solvent water and oxygen desorption on the reaction pathways.

The temperature and the coordination environment significantly affect polaron dynamics. Using goethite (FeOOH) as a model, our study examines polaron formation and recombination behavior under various conditions, including electron injection, photoexcitation, and heterovalent doping. Ab initio and nonadiabatic molecular dynamics (NAMD) simulations reveal that polaron formation in FeOOH is dependent on temperature via an adiabatic mechanism with higher temperatures leading to shorter formation times. Only electron polarons form in FeOOH, regardless of the formation method. NAMD simulations indicate that photoexcited electron polaron recombination is significantly faster in FeOOH than in Fe

Human activities and climate change have significantly influenced the water cycle, impacting flood risks and water security. This study centers on the Jing River Basin in the Chinese Loess Plateau, analyzing hydrological patterns and flood progression using the HEC-HMS model under changing conditions. The findings indicate that climate change substantially affects flood predictions, increasing peak flows and volumes by up to 10.9% and 11.1%, respectively. It is essential to recognize that traditional flood models may underestimate the risks posed by these changes, emphasizing the necessity for updated methods incorporating climatic and human factors. Changes in land use, such as the expansion of grasslands and forests, have reduced peak discharges and flood volumes. Consequently, the combined impacts of climate and land use changes have intensified flood frequencies, necessitating updated strategies to manage risks effectively. The dynamics of flooding are significantly impacted by changes in climate and land use, particularly in minor floods that occur frequently, highlighting the influence of climate change on flooding trends. Within the Jing River Basin, hydrological patterns have been shaped by both climatic variations and human activities, leading to an increase in extreme hydrological events and concerns regarding water security. Using the HEC-HMS model, this study examines the hydrology of the Jing River Basin, focusing on the design of storm events and analyzing various flood characteristics under different scenarios. Climate change has resulted in higher peak discharges and volume surges ranging from 6.3% to 10.9%, while shifts in land use, such as decreases in farmland and the expansion of grasslands, have caused declines ranging from 7.2% to 4.7% in peak flows and volumes. The combined effects of climate variation and land utilization have complex implications for flood patterns, with milder to moderate floods showing a more significant impact and shorter return periods facing increased consequences. These findings underscore the interconnected nature of climate change, land use, and flooding dynamics in the Jing River Basin, highlighting the need for comprehensive strategies to address these challenges and ensure sustainable water management in the region.

Supercritical water gasification (SCWG) technology is highly promising for its ability to cleanly and efficiently convert biomass to hydrogen. This paper developed a model for the gasification of rice straw in supercritical water (SCW) to predict the direction and limit of the reaction based on the Gibbs free energy minimization principle. The equilibrium distribution of rice straw gasification products was analyzed under a wide range of parameters including temperatures of 400–1200 °C, pressures of 20–50 MPa, and rice straw concentrations of 5–40 wt%. Coke may not be produced due to the excellent properties of supercritical water under thermodynamic constraints. Higher temperatures, lower pressures, and biomass concentrations facilitated the movement of the chemical equilibrium towards hydrogen production. The hydrogen yield was 47.17 mol/kg at a temperature of 650 °C, a pressure of 25 MPa, and a rice straw concentration of 5 wt%. Meanwhile, there is an absorptive process in the rice straw SCWG process for high-calorific value hydrogen production. Energy self-sufficiency of the SCWG process can be maintained by adding small amounts of oxygen (ER < 0.2). This work would be of great value in guiding rice straw SCWG experiments.