摘要：利用可再生能源发电,并通过低温电解水技术生产氢气,被认为是一种环保且可持续的制氢途径,是未来氢能发展的重要方向之一.采用该方法生产的氢气因其环保特性而被称为"绿氢".然而,目前绿氢高昂的生产成本限制了电解水制氢技术的大规模应用.因此,开发先进的非贵金属催化剂和电催化体系以降低电解水制氢成本具有重要意义.界面工程是一种提升非贵金属催化剂电解水性能的有效策略,但目前对其催化活性位点的识别及活性提升机制的研究仍然不足.本文采用简单的水热及低温磷化法制备了具有丰富异质界面的Ni2P/CoP/FeP4/IF催化剂,并研究了其在电解水过程中的催化活性位点及这些位点在提升催化能力方面的协同作用.采用扫描电镜(SEM)证明了Ni2P/CoP/FeP4/IF催化剂呈现纳米线网络结构,这种结构不仅有利于增加催化剂的电化学活性位点和加速反应动力学,而且促进了连续产生的气泡从活性位点逃逸,从而提高了催化剂的机械稳定性.电化学研究结果表明,所制备Ni2P/CoP/FeP4/IF催化剂在1.0 mol L-1 KOH溶液中表现出较好的析氧反应(OER)和析氢反应(HER)活性,分别仅需218和127 mV的过电位,即可达到100 mA cm-2的电流密度.将Ni2P/CoP/FeP4/IF分别作为阴极和阳极构建双电极电解槽,该装置产生100和500 mA cm-2的电流密度分别仅需1.68和2.05 V的电压,这一性能优于大多数已报道的自支撑过渡金属磷化物催化剂.多步计时电位测试结果进一步证实了Ni2P/CoP/FeP4/IF作为阳极和阴极材料在水分解过程中具有较好的长期耐久性.X射线光电子能谱和差分电荷分析表明,电子从富电子的FeP4向缺电子的Ni2P和CoP转移,这促使Ni2P和CoP上的电子积累和FeP4上的空穴积累,有利于优化反应中间体的吸附和脱附自由能,提升OER和HER催化性能.结合X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、X射线光电子能谱和原位拉曼光谱结果发现,催化剂重构后形成的特定(氧)氢氧化物结构,是OER反应真正的关键活性位点.原位拉曼光谱进一步证实了异质界面促进了OER过程中Ni2P/CoP/FeP4/IF的快速重构.此外,利用密度泛函理论分析了催化剂的HER反应机理.计算结果表明,H2O优先吸附在Fe位点并发生水解,随后产生的H*吸附在Ni位点上并发生解吸,从而促进了催化剂中Fe和Ni活性位点的高效利用.同时,CoP的引入提高了Ni2P/CoP/FeP4/IF催化剂的水吸附和解离能力,进一步提升了其HER活性.综上所述,本文通过简单的水热及低温磷化法制备了具有丰富异质界面的Ni2P/CoP/FeP4/IF过渡金属磷化物纳米线网络催化剂,并将其用于碱性水分解.通过多种表征技术及理论计算结果分析,识别了电解水过程中的关键催化活性位点,即催化剂重构后形成的特定(氧)氢氧化物结构,并揭示了其在OER和HER反应中的催化机制.本研究可为高性能碱性电解水催化剂的理性设计和开发提供参考.

摘要：光催化CO_(2)还原合成太阳能燃料对缓解CO_(2)排放引起的全球变暖和降低化石燃料消耗具有重要意义.然而,目前的光催化剂仍然存在反应动力学缓慢和选择性不理想的问题,特别是对于C_(2+)产物的生成,极大地限制了光催化的工业化进程.过去几十年中,关于太阳能驱动的CO_(2)还原的研究展示出鼓舞人心的结果,包括活性位点的构建.本综述重点介绍了通过构建活性位点制备原子级分散催化剂在光催化CO_(2)还原中的最新进展,包括两个独立的活性位点、成对双活性位点和基于活性位点构型的纳米团簇.此外,详细讨论了CO_(2)在活性位点上的活化机制和表征方法.特别是考虑到实验研究与实际应用之间的差距,整合实验和理论的结果,以实现潜在的结构-活性关系和高目标产物选择性发展.最后,概述了该领域存在的挑战,并展望了活性位点的合理设计和机理研究.

摘要：锂硫电池因理论能量密度高、生产成本低和环境友好等优点被认为是最有前途的下一代电化学储能装置之一。然而,硫和硫化锂的低导电性、严重的穿梭效应和缓慢的反应动力学等问题阻碍了锂硫电池的大规模商业化应用。炭材料因高比表面积,良好导电性与结构多样性而备受关注,然而非极性炭材料难以与极性多硫化物紧密结合,导致活性材料大量损失和严重的穿梭效应。金属氧化物具有极性强和丰富吸附位点的优点,将过渡金属氧化物与炭材料结合,有助于增强对多硫化物的化学吸附和电化学反应活性。本文首先介绍了锂硫电池的基本原理和存在的主要问题,然后讨论了近年来过渡金属氧化物/炭复合材料在合成方法和结构设计(1D,2D,3D)方面的研究进展。此外,详细介绍了异质结构设计、空位工程和晶面调控策略的代表性工作并讨论了其机理。最后,对过渡金属氧化物/炭复合材料用于锂硫电池中的发展进行了总结和展望。

摘要：高活性MOF基催化剂的设计和合成为促进动力学不利的氧还原反应(ORR)过程开辟了新的途径.本研究通过在ZIF-8前驱体表面涂覆二茂铁甲酸,然后进行两步炭化工艺,设计和制备了一种具有新型结构的高效电催化剂,以提高ORR性能.两步炭化过程对于将热解Fe_(3)C纳米颗粒封装到碳纳米管(CNTs)中以及将Fe单原子隔离到N掺杂碳(NC)基体上至关重要.此外,Fe元素的相对含量对优化催化剂的ORR性能至关重要.所制得Fe_(3)C@CNTs/NC-M催化剂结构先进,在碱性溶液中表现出良好的长期稳定性和电催化ORR性能,其半波电位和极限电流分别达到0.941 V和6.31 mA cm^(-2).此外,该电催化剂在甲醇溶液中具有较强的耐受性和良好的稳定性.Fe_(3)C@CNTs/NC-M锌空气电池(ZAB)具有1.525 V的开路电位,420 mA cm^(-2)时的峰值功率密度为348 mW cm^(-2),10 mA cm^(-2)时的最大容量为843 mA h g_(Zn)^(-1).因此,这种合成策略为构建具有有效和稳定的ORR性能的MOF基电催化材料提供了一条有效途径.

摘要：缺陷位点的引入可以通过增加对反应中间体的亲和力来提高催化剂的催化能力.纳米材料中存在多种缺陷类型,如阳离子缺陷和阴离子缺陷.不同的缺陷位点对电催化性能的贡献不同.因此,构筑缺陷必须精准、明确,以便于确定最优的缺陷类型,促进电化学反应.在这项工作中,我们以钴空位为例,分别成功合成了二价钴空位(Co3O 4-VCo(II))和三价钴空位(Co_(3)O_(4)-VCo(III))的Co_(3)O_(4).电化学结果表明,钴空位的引入可以显著提高Co_(3)O_(4)的电催化性能.Co_(3)O_(4)-VCo(II)表现出最突出的析氧反应(OER)性能,反应动力学速率最快.X射线光电子能谱分析表明,在OER过程中,VCo(II)的存在可以使CoOOH活性位点快速形成.密度泛函理论计算表明,钴空位的引入使Co_(3)O_(4)拥有类似金属的导电性.VCo(II)的存在使得O p带中心靠近费米能级,自由能势垒降低,电催化剂表面氧交换动力学速率加快,对反应中间体的吸附能最佳,从而表现出优异的电化学性能.本研究为设计高效的富缺陷电催化剂提供了重要指导.

摘要：稀土元素(REEs)作为现代高科技产业发展的关键原材料,在多个前沿领域具有广泛应用.然而,由于稀土元素分布相对分散,其提取往往伴随着环境退化.此外,稀土元素的相似化学性质导致了分离过程中的高能耗和过度污染排放.为了实现稀土的绿色发展和高效资源利用,通过合成生物学技术构建了工程稀土微生物.此外,我们建立了工程稀土微生物合成平台,实现了原位合成高附加值的稀土生物材料,推动了临床转化研究和应用的进展.本文综述了稀土微生物的合理设计、高价值稀土生物材料的合成及其应用.最后,简要讨论了该领域的未来研究和发展前景.

摘要：Two major challenges,high cost and short lifespan,have been hindering the commercialization process of lowtemperature fuel *** Wei's group has been focusing on decreasing cathode Pt loadings without losses of activity and durability,and their research advances in this area over the past three decades are briefly reviewed *** the Pt-based catalysts and the low Pt usage,they have firstly tried to clarify the degradation mechanism of Pt/C catalysts,and then demonstrated that the activity and stability could be improved by three strategies:regulating the nanostructures of the active sites,enhancing the effects of support materials,and optimizing structures of the three-phase *** Pt-free catalysts,especialiy carbon-based ones,several strategies that they proposed to enhance the activity of nitrogen-/heteroatom-doped carbon catalysts are firstly ***,an indepth understanding of the degradation mechanism for carbon-based catalysts is discussed,and followed by the corresponding stability enhancement ***,the carbon-based electrode at the micrometer-scale,faces the challenges such as low active-site density,thick catalytic layer,and the effect of hydrogen peroxide,which require rational structure design for the integral cathodic *** review finally gives a brief conclusion and outlook about the low cost and long lifespan of cathodic oxygen reduction catalysts.

摘要：针对空间索面悬索桥的非线性振动问题,采用一种基于连续介质理论的广义模型开展了非线性主共振参数分析.该模型同时考虑了悬索桥的桥面竖向运动和缆索竖向-水平运动的几何非线性特点.基于该模型和时间多尺度法,推导了求解空间索面悬索桥的竖弯模态主共振响应的调制方程.研究表明,调制方程中的非线性系数会显著影响系统主共振的最大响应幅值,并影响竖弯振动模态的硬化或软化特性.此外,主缆与吊杆的倾角、主缆垂跨比、主梁与主缆的抗拉刚度比等系统参数对非线性系数同样存在显著影响,特别是当系统参数位于奇异点附近时,系统的动力特性会随梁体和主缆的对称振动模态对应的非线性系数突变而剧烈变化,在系统设计中应避免这种情况.该研究能够为该类桥梁的结构设计提供参考.

摘要：由于环境相容性好、分子结构可定制和有机物资源丰富等优势,水系锌-有机物电池(AZOBs)成为构建新一代大规模储能系统的关键技术.然而,电导率差、有机物溶解和单一活性基团等问题严重限制了有机物正极材料的倍率性能、稳定性和比容量.因此,具备多氧化还原中心和稳定骨架的有机物正极材料对于实现高性能有机物正极材料至关重要.这些多官能团有机物可协同作用并激发基于多电子转移的氧化还原反应,进而促进H^(+)/Zn^(2+)共嵌以显著提升电池性能.本文探索了多官能团有机物电极的分子结构与其氧化还原反应机理之间的构效关系.本文综述了多官能团有机正极材料在提高氧化还原电位、比容量、动力学以及稳定性等方面面临的挑战和解决策略,为进一步开发先进AZOBs的关键正极材料提供了重要基础.

摘要：矸石胶结充填开采是一种重要的充填开采方法,然而,酸性矿井水会严重影响矸石胶结充填体的强度。在本研究中,将矸石胶结充填体试件分别置于不同环境(空气、水、硫酸溶液、硫酸与荷载耦合)中,测试了不同龄期试件的抗压强度、电阻率及超声波波速,监测了加载过程中试件的声发射能量数值,同时结合扫描电镜和X衍射分析不同龄期充填体的微观结构。结果表明,1)空气中与水中养护的充填体抗压强度的增长趋势随龄期的增加而逐渐减缓。硫酸溶液中的充填体强度在前90天大于空气及水中养护的充填体强度。硫酸溶液与荷载耦合作用下充填体的强度随龄期的下降速率比单一硫酸溶液作用的较为缓慢;2)不同龄期矸石胶结充填体电阻率与超声波波速与强度有较好的对应关系。受侵蚀后矸石胶结充填体的破坏形式较为多样,且在加载不同阶段表现出不同的声发射能量特征,可以将声发射能量激增作为充填体的破坏前兆;3)侵蚀产物前期填充充填体内部孔隙,提高了其强度,后期会导致充填体膨胀开裂,强度降低。施加40%应力强度比的荷载会抵抗硫酸溶液的侵蚀。本文研究结果可以为充填体的耐侵蚀设计提供参考。