摘要：高通量计算与材料数据库推动了数据驱动的机器学习方法的发展.机器学习已经成为材料计算研究的重要方法,在分析材料数据、加速材料计算、预测材料性质、推进新材料发现、筛选和设计等方面展现出极大的潜力.众多与材料计算相交叉的机器学习方法、模型以及框架不断涌现.本文综述了近年来光电半导体材料计算设计领域内机器学习方法的最新进展与应用.介绍了机器学习的流程与类型,基于不同材料表示方法的浅层模型、集成模型和深度神经网络,以及相关材料数据库和相关工具.我们还讨论了这些模型在预测材料稳定性与光电性质、材料逆向设计、构建材料构效关系等方面的应用.最后,本文对目前机器学习方法存在的机遇与挑战,即数据数量与质量、材料的表示、材料逆向设计做了进一步总结与讨论.

摘要：基于第一性原理计算,我们通过将客体原子嵌入β-C_(3)N_(2)笼状结构的内在空腔中,预测了机械超硬和可控磁性的共存.以氢掺杂(H@β-C_(3)N_(2))和氟掺杂(F@β-C_(3)N_(2))为例,我们的研究表明两种掺杂构型是稳定的,并发现它们分别属于反铁磁半导体和铁磁半金属.这些有趣的磁相变源于它们在费米能级周围独特的能带结构,并可通过具有半填充占据的3D Hubbard模型和Stoner模型很好地解释.此外,H@β-C_(3)N_(2)和F@β-C_(3)N_(2)的高维氏硬度(49.0和48.2 GPa)表明它们具有笼状超硬材料特征.因此,氢和氟在β-C_(3)N_(2)笼中的掺杂分别产生了一种新型的超硬反铁磁半导体和超硬铁磁半金属,这些材料在极端条件下具有潜在的应用前景.我们的工作为设计具有优异机械性能和磁性的新型高性能多功能材料提供了一种有效的策略,这可能会为超硬材料未来在自旋电子学的应用提供理论依据.

摘要：当目标函数是强凸函数时,一般的分数阶梯度下降法不能够使函数收敛到最小值点,只能收敛到一个包含最小值点的区域内或者是发散的.为了解决这个问题,本文提出了自适应分数阶梯度下降法(AFOGD)和自适应分数阶加速梯度下降法(AFOAGD)两种新的优化算法.受到鲁棒控制理论中二次约束和李雅普诺夫稳定性理论的启发,建立了一个线性矩阵不等式去分析所提出的算法的收敛性.当目标函数是L-光滑且m-强凸时,算法可以达到R线性收敛.最后几个数值仿真证明了算法的有效性和优越性.

摘要：单位点催化剂因具有较好的活性、较高的原子利用率和目标产物选择性,在基础科学研究及工业生产领域受到了广泛关注.然而,单位点催化剂的合成策略通常较为繁琐,需要精细调控金属活性中心与载体之间的相互作用.较弱的相互作用可能会导致金属活性位点的迁移和聚集,形成金属团簇,进而引发不必要的副反应.另一方面,过分紧密的相互作用可能会限制金属活性位点的原子效率,从而降低反应活性.本文开发了一种简单通用的自分散策略,用于制备金属态单位点催化剂.该方法利用过渡金属活性中心镍在惰性载体(铝和镁)中的自分散行为,成功构筑了含有孤立过渡金属镍活性中心的全金属催化体系.X射线光电子能谱、低能离子散射和球差矫正扫描透射电子显微镜等表征结果证实了镍/铝催化剂中镍物种以金属态存在,且以孤立状态均匀分布于铝基载体的亚表层.在气固相乙炔选择加氢反应中,镍/铝和镍/镁催化剂表现出较好的催化性能,能够实现100％的乙炔转化率和高乙烯选择性.值得注意的是,镍/铝催化剂在碳碳三键选择加氢反应中的催化性能甚至超越了工业界广泛使用的林德拉催化剂.稳定性测试结果表明,镍/铝催化剂在长达90 h的连续反应中,能够维持稳定的乙炔转化率和乙烯选择性,没有明显的活性下降,进一步印证了其在工业应用中的潜在价值.结合动力学分析、原位红外光谱、氢-氘-乙炔脉冲响应实验以及理论计算等结果,详细阐释了镍/铝催化体系上乙炔选择加氢的反应机制.结果表明,氢气分子优先在镍/铝催化剂表面吸附并发生解离,生成氢原子,随后与乙炔分子逐步反应生成乙烯.在该过程中,氢气的解离活化是整个反应过程的决速步.此外,还进一步探讨了镍/铝催化体系对液相炔烃、炔醇选择加氢的性能,发现该催化剂可以在较为温和的条件下高效催化不同官能团修饰的炔烃、炔醇的选择加氢反应,同时保持高底物转化率和较好的烯烃、烯醇选择性,且表现出较好的循环稳定性.综上所述,本文发展了一种全金属单位点催化体系的通用构筑策略,不仅扩展了单位点金属催化体系的合成方法,同时利用全金属体系的本征优势,为化学转化反应过程提供了新的思路.上述发现为设计合成新型高效催化体系提供了重要的理论和实验依据,有望在精细化学品合成工业中得到应用.

摘要：Cadmium sulfide(CdS)is an n-type semiconductor with excellent electrical conductivity that is widely used as an electron transport material(ETM)in solar *** present,numerous methods for preparing CdS thin films have emerged,among which magnetron sputtering(MS)is one of the most commonly used vacuum *** this type of technique,the substrate temperature is one of the key deposition parameters that affects the interfacial properties between the target film and substrate,determining the specific growth habits of the ***,the effect of substrate temperature on the microstructure and electrical properties of magnetron-sputtered CdS(MS-CdS)films was studied and applied for the first time in hydrothermally deposited antimony selenosulfide(Sb_(2)(S,Se)_(3))solar *** the substrate temperature not only results in the design of the flat and dense film with enhanced crystallinity but also leads to the formation of an energy level arrangement with a Sb_(2)(S,Se)_(3)layer that is more favorable for electron *** addition,we developed an oxygen plasma treatment for CdS,reducing the parasitic absorption of the device and resulting in an increase in the short-circuit current density of the solar *** study demonstrates the feasibility of MS-CdS in the fabrication of hydrothermal Sb_(2)(S,Se)_(3)solar cells and provides interface optimization strategies to improve device performance.

摘要：将Rayleigh法和蒙特卡洛法相结合,在Euler-Bernoulli梁理论假设下求解了均匀梁、变截面梁和附带集中质量的变截面梁自由振动问题.对原本连续的梁结构模型进行离散化处理,利用蒙特卡洛法给出梁结构的假设振型.将假设得到的梁结构振型函数代入Rayleigh法,多次计算过程中,将历次基频所得值与计算所得最小值进行比较,根据其相对误差判断是否满足收敛条件,进而求得基频及对应的振型.结果表明,不同计算模型中基频最大误差不超过10%,能够满足工程需求,且精度和时间的控制参数调整灵活,使用者可根据自身需要自行调节.该方法理论简明,适用范围广泛,能够快速准确地求解诸多类型的梁结构基频和振型.

摘要：设计并制备了三种不同结构的电泵浦InGaN/GaN量子阱微盘发光器件,对其光增益和光损耗进行了分析和优化。以p型层的结构为分类标准,器件Ⅰ为圆柱形;器件Ⅱ为器件Ⅰ的悬空结构;器件Ⅲ是悬空的圆环形结构。实验和仿真结果表明,三种器件结构中,器件Ⅱ的结果最好。电极布局为内p外n型的圆柱形器件表面电流分布能够保证发光区和微腔高增益区重合,悬空结构能够降低微盘在垂直方向上的光损耗,有利于更好的光学增益。考虑到共振模式,器件Ⅱ在注入电流大于0.7 mA时,器件Ⅱ实现了峰值波长为408.2 nm、半峰宽为2.62 nm的振荡模式输出。这种电泵浦InGaN/GaN量子阱悬浮微盘二极管器件的设计思路对电泵浦微盘或微环激光器的研制具有重要参考意义。

摘要：合成生物学是借助基因工具改造活细胞和生物体的学科,其经历了蓬勃发展阶段,在生物医学领域得到广泛应用,包括新型生物传感器和生物材料设计,以及最新临床治疗药物和疫苗的开发.纳米材料具有独特的物理、化学和生物特性,在拓展合成生物学的生物医学应用场景上具有巨大的潜力,可以提高治疗剂的生产效率,并增强改造生物体的功能.在此,我们简要概述了纳米材料应用于合成生物学领域的最新进展,主要涵盖纳米材料作为递送载体、信号转导器和功能增强剂的角色及其制备过程和性能特点.本综述首先强调了纳米材料作为基因载体的最新成果,包括有机、无机和仿生递送系统;其次,回顾了纳米材料介导的刺激响应型基因表达调控的研究;第三,总结了在可编程的杂化生物活性材料方面的开创性工作,包括纳米材料/细菌杂合系统和纳米材料/哺乳动物细胞杂合系统;最后,讨论了该领域当前面临的挑战,并从个人观点展望了未来的发展前景.

摘要：乙醇作为一种绿色清洁的燃料替代品和油品添加剂,在全球有广泛的市场需求.利用合成气经乙酸甲酯(MA)合成乙醇的工艺路线,因其原子经济性、产品选择性高、反应条件温和等优势而备受关注.其中,二甲醚(DME)羰基化是该路线的关键步骤之一.研究证实,具有8元环(8-MR)孔道结构的硅铝酸盐微孔分子筛可以在较低的反应温度下高选择性催化二甲醚羰基化反应.目前,研究者已经对丝光沸石(MOR)、镁碱沸石(FER)等分子筛进行了全面深入的分析,但对SSZ-13等菱沸石(CHA型)的研究有限,缺乏SSZ-13上主、副反应催化机理的阐释,并且忽略了沸石独特的笼状结构在反应中的空间限域效应.本文结合实验和理论计算确定了SSZ-13分子筛催化DME羰基化的活性位点,并探究了孔道的限域效应.通过负载具有不同尺寸的Na+和Cs+实现了对不同通道中Brönsted酸位点(BAS)的选择性屏蔽.酸性质表征和密度泛函理论(DFT)计算结果表明,在较低的负载量下,Na+优先取代SSZ-13的6元环(6-MR)中的BAS,而Cs+由于其较大的离子半径只能与8-MR中的BAS发生交换,从而实现了对SSZ-13不同孔道中酸分布的调控.负载不同金属量以及金属种类的样品活性研究表明,当6-MR中BAS减少时,DME转化率基本不变;而当8-MR中BAS被离子交换时,DME转化率明显下降.随后,将未经金属改性的、具有不同硅铝比的母体SSZ-13样品的MA生成速率与其8-MR中BAS的数量相关联,发现两者呈较好的线性关系,说明SSZ-13的8-MR中BAS为DME羰基化的活性中心.同时,DFT计算了DME在不同孔道BAS上的解离能,结果表明DME更容易在8-MR的BAS上解离从而进行后续反应.随后,探究了SSZ-13笼的空间限域效应对主副反应的影响机制.通过比较金属负载量相近的Na/H-SSZ-13和Cs/H-SSZ-13上CO插入甲氧基形成烯酮的反应势垒,证实了较大尺寸金属离子的引入增加了主反应速控步的能垒.为了揭示空间限域对副反应的影响,比较了反应后催化剂的热重、气质联用等表征结果,并利用密度泛函理论计算了副反应的关键物种(七甲基苯正离子)在Na/H-SSZ-13和Cs/H-SSZ-13上的吸附能,证实了SSZ-13的笼状结构体积是影响MA选择性的关键因素.金属负载后SSZ-13笼空间减少,可以有效地抑制副反应关键物种的形成,从而提高主反应选择性.综上,本文不仅对SSZ-13分子筛催化二甲醚羰基化反应机理进行了全面解析,并通过实验设计,改变了SSZ-13分子筛的孔道结构和笼结构空间,突出了分子筛限域效应在二甲醚羰基化反应中的重要作用.本文研究结果为设计具有较高选择性的沸石催化剂提供一定的参考.

摘要：射频离子阱作为离子捕获系统的核心器件,广泛应用于化学反应动力学、原子分子物理、精密测量和离子光谱等领域.离子阱可以与低温制冷机相结合,将离子储存、富集并冷却至低温,从而为后续实验提供极大便利,例如高分辨光谱学。本文详细描述了一种射频线电极四极杆离子阱的结构设计,该离子阱利用六个线电极作为传统四极杆离子阱的一个圆柱形电极模拟双曲面.研究模拟了离子阱内的电场分布和离子运动轨迹,用以考察所设计的射频线电极四极杆离子阱的性能,研究表明它能够将离子囚禁束缚在一个很小的空间.基于所设计的离子阱支撑部件、离子阱腔体、电极和印刷电路板,结合所选择的材料进行了传热学模拟。模拟的温度分布表明,所设计的射频线电极四极杆离子阱与液氢低温制冷机结合使用,可以将离子冷却到5K以下的低温.这项工作将有助于推动离子阱技术在精密光谱学中的应用。