摘要：多相催化对于现代社会来说具有极其重要的意义,催化剂的理性设计/筛选是现代催化化学研究者的一个重要的目标.其中,火山型曲线是一个的重要工具.它指出对于一个催化反应来说,其催化活性针对关键物种吸附能来说呈一条先上升后下降的曲线,要求最佳催化剂对中间体的吸附能不能太高也不能太低.近几十年来,密度泛函理论等第一性原理计算方法的发展让许多催化剂表面反应微观物理量的计算成为了可能,这极大地拓展了火山型曲线的应用范围.然而,对于火山型曲线根源的解释,人们却并非了解得十分清楚;一些基本科学概念的理解很多还是基于经验性的Sabatier原理:吸附太弱不利于吸附、太强不利于脱附.针对该问题的科学解析,本文进行了详细的动力学探究,试图以完全数学解析的方式回答催化反应中火山型曲线的必然存在性、产生根源及在催化活性预测中的内涵.本文采用了两步催化模型以及微动力学来进行速率方程的推导,并考虑BEP关系(基元反应的能垒与其反应焓存在线性关系)的应用,最终将整体反应速率转化为中间体吸附能相关的单值函数.基于对该函数的系列推导和分析,得到如下基本结论:(1)从数学上以一个完全的解析形式证明了催化反应中火山型曲线的存在.(2)通过对比催化反应与与之对应的气相反应,我们证明了:若无催化剂参与反应,则火山型曲线不会产生;由于催化剂表面的参与,随着催化剂吸附能力的增强,其表面会因为吸附作用而被占据毒化,导致反应速率存在一个最大值,即形成火山型曲线.从概念上讲,火山型曲线的根源是由"吸附过程引发表面活性位占据"这一自毒化效应造成的,它的存在可能体现为多相催化的基本属性.(3)数值模拟解析展示了表面反应与气相反应的区别,印证了我们的数学解析结论.同时,通过一定的简化,我们对火山型曲线中各部分的斜率进行了研究.结果发现,对于吸附决速过程,催化反应和气相反应斜率相同,其差别主要出现在脱附决速过程.在此阶段由于吸附能过大,表面被毒化,表面反应速率开始下降;而气相反应的速率依然上升.(4)表面反应速率方程的分解和简化结果表明,最佳催化剂在反应中的空活性位点覆盖度和其BEP关系的斜率存在内在关联关系(θopt=1–α),据此讨论了其在催化剂寻优过程中的意义.尝试解释了(a)合成氨反应中正逆反应所需最佳催化剂不同的现象;*(b)合成氨或CO甲烷化反应最佳催化剂为前过渡金属、而CO/NO氧化等为后过渡金属这一典型催化现象的物理图像.最后,针对火山型曲线理论框架在实际催化剂理论筛选寻优中的应用,我们简要综述了本课题组近年来在光解水制氢Pt基助催化剂和染料敏化太阳能电池的对电极材料设计方面的理论进展.

摘要：研究目的:为超大跨度斜拉桥抗风设计与抖振控制提供参考。研究方法:基于ANSYS建立了苏通大桥三维有限元模型,并在MATLAB平台模拟了苏通大桥三维脉动风场。考虑主梁断面气动自激力,进行了苏通大桥抖振时域分析。根据苏通大桥动力特性和抖振时域分析结果,重点分析了多重调谐质量阻尼器(MTMD)用于抖振控制的参数敏感性。考虑MTMD的控制效果、建造费用、施工难度及鲁棒性等因素建立了关于MTMD设计参数的目标函数,并基于一阶优化算法进行目标函数最优解的非线性搜索,据此获得了MTMD在约束条件下的最优设计参数。重要结论:1.苏通大桥侧向抖振位移主要由第一阶侧弯振型控制,竖向抖振位移主要由第一阶竖弯振型控制;***的控制效果对设计参数的变化十分敏感,其中质量比和频带宽敏感性更强;***的最优设计参数可以通过一阶优化算法获得,并可通过零阶优化算法对优化结果进行验证;4.采用优化后的MTMD设计参数,苏通大桥的抖振响应可以得到明显抑制,且侧向抖振控制效果更加明显。

摘要：研究多孔医用植入支架的数字化设计和激光叠层制造工艺制备方法。利用CT技术和Pro/Engineer 软件设计出具备个性化特征的多孔人工股骨模型和多孔心血管支架模型,然后采用钛合金粉末材料,由选区激光熔化工艺直接制备出来。结果表明,通过改进支架单元体的结构工艺性,可以避免添加支撑,所制备的多孔支架具有良好的贯通性。同时,若干问题也呈现出来,如单元体的几何精度较差。由于患者具备个体特征,叠层制造工艺所具备的自由设计有利于其在医学上的应用。随着设计、工艺、生物相容性等的进一步研究,将会开发出更多的支架并应用于临床。

摘要：对化石能源依赖所造成的能源安全和环境污染等问题限制了人类社会的可持续发展.Li-CO_2电池能量密度高、原材料成本低廉且结构简单,因而被认为是开发和利用可再生清洁能源的有力技术,在住宅能量存储、电动汽车驱动和智能电网等领域具备良好的应用前景.此外,CO_2等温室气体的大量排放是全球变暖的主要原因,Li-CO_2电池放电时可将空气中的CO_2还原固定,生成的碳材料可用作燃料和化工原料,在资源利用化上提供了新途径.Li-CO_2电池是建立在锂-空气电池的基础上.相比大气中的其他成分,H2O与CO_2对该电池的影响很大.防水膜可以减少水的影响;而在放电过程中,CO_2的存在会生成Li_2CO_3,Li_2CO_3是可以分解的.由此可见,CO_2在可充放的锂电池中作为正极活性成分储能,从而被利用起来.目前Li-CO_2电池至少面临三个问题:(1)电池充放电的机理尚不完全清楚,并且以O2和CO_2混合气为活性气体的机理与以纯CO_2为活性气体的机理是有差别的,Li_2CO_3的生成与分解的机制仍在探索中;(2)电解液的稳定性;(3)寻找高效的正极催化剂材料.本文介绍了Li-CO_2电池的发展历程,讨论了Li-CO_2电池的充放电机理、电解液的影响以及正极催化材料的选取等.综述了活性气体为纯CO_2和CO_2-O2混合气时机理的差别,以及CO_2/O2混合比对电池性能的影响.选取电解液应考虑其粘度和介电性.高效能的正极催化材料大多具有高导电性、多孔结构和大的比表面积等特点.而温度也是影响Li-CO_2电池性能的因素之一.虽然Li-CO_2电池的概念相对较新,但可实现CO_2在能源储存与转化领域中的应用,并为Li-O2电池向锂空气电池飞跃提供了重要参考.本文以如何提高正极材料的催化性能和Li_2CO_3的生成和分解机理为重点,总结了正极材料所具有的导电性、比表面积、特殊结构等特点,以及相关机理.

摘要：A novel single-mode single-polarization （SMSP） photonic crystal fibre has been proposed and analysed based on the polarization-dependent coupling and absorption effect via a full-vector finite element method with perfectly matched layers. The numerical results predict that very efficient SMSP operation can be achieved with both high bandwidth and high extinction ratio at low loss penalty. Effects of the fibre structural parameters on the SMSP bandwidth and extinction ratio have been explored, which will provide useful guide for the design and fabrication of the fibre. The results obtained will be instructive for the realization of new SMSP fibres with high performance.

摘要：燃料电池技术的商业化进程主要受制于其阴极动力学缓慢的氧还原反应(ORR)所需的高铂量电催化剂,因此急需开发更高活性的电催化剂。过去十年里,人们在提高铂基催化剂ORR活性的研究取得了极大进展。本文概述了通过结构调控提升铂基纳米晶氧还原电催化性能的最新进展,依据纳米晶的空间维度展开讨论,同时列举各类电催化材料的优缺点。基于理论和实验结果,本文重点讨论铂基纳米晶应用于氧还原电催化的构效关系,以及其对下一代电催化材料结构设计方面的潜在指导意义。最后,我们对此领域未来的研究方向做了展望。

摘要：目的:激光诱导火花点火(简称激光点火)是取代传统的靠近缸壁的单点电火花点火以实现稀薄燃烧、提高热效率和改善排放的新型点火方式之一。本文通过对比分析两种点火方式在定容弹中的点火及燃烧过程的压力上升率、最大爆发压力及放热率为激光点火技术在内燃机中的应用提供设计过程的参考依据。创新点:1.同时进行两种点火方式的试验,保证对比研究的准确性;2.激光点火采用532 nm和1064 nm波长的两种激光进行对比;3.直接采用汽油进行研究。方法:通过记录不同当量比的汽油空气混合气在定容燃烧弹内激光点火(532 nm和1064 nm波长)及电火花点火的燃烧过程压力变化:1.对比分析三种点火情况的压力上升率和最大爆发压力;2.通过公式计算,对比分析三种点火情况的放热率。结论:1.532 nm与1064 nm波长激光点火的压力上升率和最大爆发压力都在当量比为1.8时出现最大值,其中532 nm波长激光为39.4 MPa/μs和0.68 MPa,1064 nm波长激光为38.8 MPa/μs和0.67 MPa;而电火花点火的压力上升率和最大爆发压力则在当量比为1.6时出现最大值,分别为38.1 MPa/μs和0.67 MPa;2.激光点火的稀燃极限相对电火花点火对应的当量比更小;3.三种点火类型的放热率规律与压力上升率变化规律一致。

摘要：A static and dynamic collaborative optimization method for materials and structure with uniform periodic microstructure is *** sensitivity formulae of hierarchical optimization,i.e.,material design,structure design and integrated design for porous metals,are *** the base of the hierarchical optimization model,numerical experiments of an MBB beam and a cantilever one were carried *** on porous metals bearing multi-functionality,the differences and applicability of hierarchical optimization are discussed in the structure loading *** is concluded that structure design is mainly oriented to structure efficiency,material design is mainly oriented to multi-functionality,and integrated design is oriented to structure efficiency and *** work provides some useful ideas for the selection of porous metals design method.

摘要：制备具有丰富边位的金属硫化物纳米晶对于提高其储锂比电容量和延长其循环寿命具有重要意义.我们通过控制酚醛树脂(PF)碳化速率以及硫代钼酸铵(ATM)分解速率之间的匹配关系,在还原石墨烯(rGO)表面成功组装了硫化钼(MoS2)纳米晶嵌入无定形碳复合材料,随后通过再分散和真空抽滤得到了MoS2@C/rGO自支撑膜.这种结构设计有效地避免了电化学反应过程中MoS2纳米晶的聚集和Li2S的流失.同时,无定形碳层促进了离子富集以及扩散加强,加快了电化学反应动力学.当MoS2@C/rGO自支撑膜作为锂离子负极时,在0.2和6.4 A g^-1的电流密度下分别表现出1164和810 mA h g^-1的可逆比电容量.在3.2 A g^-1的电流密度下经过1000次循环仍具有相当高的容量保持率.该工作为嵌入式结构材料的构筑提供了理论指导,并促进了其在储能器件中的应用.

摘要：设计并制备三种具不同官能团的铱[III]邻菲啰啉配合物:[Ir(ppy)2phen-Br]Cl,[Ir(ppy)2phen-COOH]Cl,[Ir(ppy)2phen-Si]Cl,以及对比参照物[Ir(ppy)2phen-NH2]Cl.其中,ppy为2-苯基吡啶,phen-Br为2-溴-2甲基-N-(1,10-菲啰啉-5-基)丙酰胺,phen-COOH为4-[(1,10-菲啰啉-5-基)氨基]-4-酰基丁烯酸,phen-Si为5-[N,N-二-3-(三乙氧硅)基]酰亚胺-1,10-菲啰啉,phen-NH2为5-氨基-邻菲啰啉,并采用核磁共振(NMR)、质谱(MS)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、荧光(PL)光谱法和循环伏安法(CV)等对上述配合物进行了分析和表征.光物理性能研究结果表明:这些配合物在蓝-紫色可见光区域有较强吸收,可发射出明亮的黄色到橙红色荧光,量子效率达到12%以上.相比较于参照物[Ir(ppy)2phen-NH2]Cl(5.78μs),三种新型配合物在量子效率未明显降低甚至提高的前提下,荧光寿命有了显著的提高(9.18–12.00μs).其中,[Ir(ppy)2phen-Br]Cl(1)不但有最高的荧光量子产率(32%)和最长的荧光寿命(12.00μs),而且也具有最好的氧传感性能,I0/I(无氧与纯氧条件下的荧光强度比值)可达到10.91.这使得[Ir(ppy)2phen-Br]Cl有望成为接枝型,较高性能的光学氧传感器的候选氧敏指示剂.除此之外,还通过含时密度泛函理论(TD-DFT)计算对配合物光电性能进行补充说明,理论计算表明:这些配合物是以铱为中心的近似八面体结构,理论计算结果与实际实验数据相一致.