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超薄2D/2D NiPS3/C3N5异质结的界面工程促进光催化产氢

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物理化学学报 2024年第5期40卷 48-51页

作者：胡佳伟夏楷杨奥张志豪肖雯刘超张勤芳盐城工学院材料科学与工程学院盐城工学院江苏省生态环境材料重点实验室

探索高效水分解光催化剂具有获得氢能源的巨大潜力。调控异质结界面可以有效地促进电荷载流子的分离和太阳能的利用,从而提高光催化活性。本工作使用了一种机械混合辅助自组装方法来构建NiPS3（NPS）纳米片（NSs）/C3N5（CN） NSs （NPS... 详细信息

探索高效水分解光催化剂具有获得氢能源的巨大潜力。调控异质结界面可以有效地促进电荷载流子的分离和太阳能的利用,从而提高光催化活性。本工作使用了一种机械混合辅助自组装方法来构建NiPS3（NPS）纳米片（NSs）/C3N5（CN） NSs （NPS/CN）异质结,即在二维（2D） CN NSs表面紧密沉积2D NPS NSs以形成2D/2D异质结构。在可见光下,通过在去离子水和海水中分解水生成氢气来评价样品的光催化性能。与CNNSs和NPSNSs相比,NPS/CN复合材料显示出较高的光催化产氢（PHE）活性,这是由于光捕获能力增加和异质结形成的协同作用所致。然而,过量的NPS NSs沉积在CNNSs表面会降低NPS/CN中CNNSs组分的光吸收,从而降低NPS/CN复合材料的PHE活性。这表明,NPS/CN复合材料要获得良好的光催化活性,需要两个组分之间适当的质量比。优化后的光催化剂（3-NPS/CN）具有良好的结构稳定性,在可见光下PHE效率最高,为47.71 μmol·h-1,是CN NSs的2385.50倍。此外,3-NPS/CN在海水中也表现出良好的PHE活性,反应速率为8.99 μmol·h-1。采用光电化学、稳态光致发光（PL）、时间分辨光致发光（TR-PL）、稳态表面光电压（SPV）和时间分辨表面光电压（TPV）技术研究了不同光催化剂上的电荷分离和迁移。根据表征结果提出了一种可能的PHE机理。在NPS/CN光催化剂中,由于CN NSs和NPS NSs之间的电位差和强的界面电子耦合,光生电子从CN NSs的导带迅速迁移到NPS NSs的导带。然后,聚积在NPS NSs组份导带上的光生电子可以有效地还原质子生成氢气分子。同时,在三乙醇胺（TEOA）分子存在下,CN NSs和NPS NSs的价带上的光生空穴被消耗。本研究提供了一种简单的2D/2D异质结构光催化剂制备方法,该方法对于构建高效二维异质结光催化剂在能源领域中的应用具有重要价值。

关键词： C3N5纳米片 NiPS3纳米片光催化产氢异质结

GaS/Mg(OH)_(2)异质结电子结构的第一性原理研究

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物理学报 2024年第13期73卷 251-261页

作者：刘俊岭柏于杰徐宁张勤芳盐城工学院物理系盐城224051

基于第一性原理计算方法研究了GaS/Mg(OH)_(2)异质结的稳定性、电子和光学性质.结果表明,GaS/Mg(OH)_(2)异质结具有较小的晶格失配率,负的结合能和热力学稳定性而容易构建.异质结的带隙有效降低至2.021 eV,而且具有Type-Ⅱ型能带结构,... 详细信息

基于第一性原理计算方法研究了GaS/Mg(OH)_(2)异质结的稳定性、电子和光学性质.结果表明,GaS/Mg(OH)_(2)异质结具有较小的晶格失配率,负的结合能和热力学稳定性而容易构建.异质结的带隙有效降低至2.021 eV,而且具有Type-Ⅱ型能带结构,有利于光生电子-空穴对的空间分离.层间电荷转移诱导的内建电场进一步促进载流子的分离,同时有助于抑制层间电荷的复合.在双轴应变下,异质结的导带最小值和价带最大值的位置分别产生了不同程度的平移,导致带隙发生显著的变化,变化量达到了0.5 eV.而且在拉伸应变下,异质结由间接转变为直接带隙半导体,同时异质结仍保持Type-Ⅱ型能带结构.此外,应变还可以有效地调控异质结的带边位置与水分解的氧化还原电位相匹配(pH=0—7).光吸收谱显示异质结具有较强的光吸收性能,尤其在拉伸应变为3%时,光吸收发生了明显的红移.这些结果表明,GaS/Mg(OH)_(2)异质结具有可调的电子性能而在光电领域有着广阔的应用前景.

关键词：异质结电子结构应变第一性原理

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高校思政视野下德性论之发展与创新

世纪桥 2024年第8期 86-90页

作者：许莹张勤芳闽南师范大学新闻传播学院

文章从国家人才培养的战略部署角度，从高等教育思政创新、科教兴国策略、君子人格的培育发展与德性论创新四个方面分析德性论在中国高等教育现代化中的发展与创新，理解和领悟国家领导人对国家教育事业的重视与关切，呈现中国式现代化... 详细信息

文章从国家人才培养的战略部署角度，从高等教育思政创新、科教兴国策略、君子人格的培育发展与德性论创新四个方面分析德性论在中国高等教育现代化中的发展与创新，理解和领悟国家领导人对国家教育事业的重视与关切，呈现中国式现代化人才培养机制对德性思想的吸收与转化，总结国家整体教育观对中国传统德性论思想的发展与创新。

关键词：高校思政德性论中国式现代化人才培养

基于第一性原理研究铱(111)和(100)表面的原子吸附

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Chinese Journal of Chemical Physics 2022年第6期35卷 916-926,I0073页

作者： Kumneger Tadele 张勤芳盐城工学院材料科学与工程学院盐城224051 埃塞俄比亚Adama科技大学应用物理系 Adama1888

本文利用第一性原理密度泛函理论研究了九种不同的吸附原子在铱(Ir)的(111)和(100)表面上的吸附性质.探讨了Ir表面的功能化,因此吸附能、稳定的结构、态密度和磁矩,这将为进一步研究其在催化和其他表面应用中的可能展现的功能提供重要信... 详细信息

本文利用第一性原理密度泛函理论研究了九种不同的吸附原子在铱(Ir)的(111)和(100)表面上的吸附性质.探讨了Ir表面的功能化,因此吸附能、稳定的结构、态密度和磁矩,这将为进一步研究其在催化和其他表面应用中的可能展现的功能提供重要信息.研究表明,三/四重空位点是Ir(111)/(100)表面最有利的吸附位点.通过对大范围的覆盖率(从0.04到1个单层)的研究,表明吸附原子的吸附能具有很强的覆盖率依赖性.吸附能随着覆盖率的增加而增加,这意味着吸附物之间存在排斥相互作用.吸附原子和衬底电子态之间的强杂化会影响吸附性质,同时吸附原子的磁矩被抑制.通过Bader电荷分析,揭示了吸附原子和衬底之间的大量电荷转移.与(111)表面的结合相比,(100)表面吸附原子的结合更强.

关键词：铱表面吸附第一性原理计算

联产混合电解水策略实现节能电化学制氢的最新进展

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Chinese Journal of Catalysis 2023年第12期55卷 44-115页

作者： Diab khalafallah 张运祥王昊 Jong-Min Lee 张勤芳盐城工学院材料科学与工程学院江苏盐城224051 阿斯旺大学能源工程学院机械设计与材料系埃及南京大学超导电子学研究所江苏南京210023 新加坡南洋理工大学化学与生物医学工程学院新加坡盐城工学院江苏省生态环境材料重点实验室江苏盐城224051

随着全球能源需求增长和环境污染加剧,发展可持续能源减少对化石燃料(如石油、天然气和煤炭等)的消耗成为实现人类社会可持续发展的关键.氢能因其能量密度高、燃烧无污染、应用形式多样被认为是最理想的替代能源.电解水制氢包括阴极析... 详细信息

随着全球能源需求增长和环境污染加剧,发展可持续能源减少对化石燃料(如石油、天然气和煤炭等)的消耗成为实现人类社会可持续发展的关键.氢能因其能量密度高、燃烧无污染、应用形式多样被认为是最理想的替代能源.电解水制氢包括阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER),具有绿色环保、生产灵活和纯度高等特点,是理想的绿色生产技术之一.然而,阳极电解水产氧反应动力学缓慢,导致阴极的产氢效率低.此外,在电解水过程中,会产生高氧化性的过氧化氢(H_(2)O_(2)),降低电解水膜的寿命,阻碍电解水技术的实际应用.因此,亟待开发新型高效、稳定且具有高附加值的电解水催化剂.目前,电化学整体水分解(OWS)制氢技术存在安全风险、投资回报低、阳极OER动力学慢和电能消耗大等问题,将阳极氧化反应与混合电解水(HWE)装置中的HER相结合,借助热力学较好的电氧化反应取代缓慢的传统OER反应协同产氢,可以有效克服传统电解水的产率不足,解决污染排放和生物质回收问题.本文综述了协同电催化用于联产氢气和低能耗、高法拉第效率高价值产品的催化剂结构设计,揭示不同协同电催化系统的催化途径和意义,以实现更高效、零碳排放的目标.首先,介绍了HWE系统的发展现状,重点关注各种富氢物质的协同电解,例如酒精、生物质衍生物、葡萄糖和在阳极形成的高附加值化学品.与传统阳极OER工艺相比,有机/生物质底物小分子的OER表现出较低的热力学需求,降低产氢能耗.随后,详细介绍了基于阴极HER和阳极OER协同电解反应、协同催化HWE高效电极/电催化剂的合理设计,以实现高催化活性、高选择性和良好的电化学稳定性.重点讨论了新型电极/电催化剂设计、活性改进以及结构-催化活性关系提升的合成策略.再后,讨论了基于有机/生物质小分子协同HWE系统电催化的代表性研究进展和突破,强调了其在促进可持续低压制氢方面的重要作用,并回顾了近年来HWE的研究突破,同时,对一些可行性分析和机理探索进行比较,为制氢提供了新的研究方向.最后,提出了协同电催化制氢面临的挑战并展望未来的研究方向.综上,大多数电催化剂存在催化活性低、稳定性差等问题,要实现可持续、经济高效和清洁的产氢技术,仍有很多方面需要进一步的深入研究.本文综述了高效多功能HWE系统发展现状和催化剂结构设计,为电解水制氢和高附加值产品的节能联产提供一定的参考.

关键词：阳极氧化反应小有机分子混合电解水节能制氢附加值产品过渡金属协调效应活性位催化活性稳定性

超薄2D/2D NiPS/CN异质结的界面工程促进光催化产氢(英文)

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物理化学学报 2023年

作者：胡佳伟夏楷杨奥张志豪肖雯刘超张勤芳盐城工学院江苏省生态环境材料重点实验室盐城工学院材料科学与工程学院

探索高效水分解光催化剂具有获得氢能源的巨大潜力。调控异质结界面可以有效地促进电荷载流子的分离和太阳能的利用，从而提高光催化活性。本工作使用了一种机械混合辅助自组装方法来构建NiPS3(NPS)纳米片(NSs)/C3N5(CN) NSs (NPS/CN)... 详细信息

探索高效水分解光催化剂具有获得氢能源的巨大潜力。调控异质结界面可以有效地促进电荷载流子的分离和太阳能的利用，从而提高光催化活性。本工作使用了一种机械混合辅助自组装方法来构建NiPS3(NPS)纳米片(NSs)/C3N5(CN) NSs (NPS/CN)异质结，即在二维(2D) CN NSs表面紧密沉积2D NPS NSs以形成2D/2D异质结构。在可见光下，通过在去离子水和海水中分解水生成氢气来评价样品的光催化性能。与CN NSs和NPS NSs相比，NPS/CN复合材料显示出较高的光催化产氢(PHE)活性，这是由于光捕获能力增加和异质结形成的协同作用所致。然而，过量的NPS NSs沉积在CN NSs表面会降低NPS/CN中CN NSs组分的光吸收，从而降低NPS/CN复合材料的PHE活性。这表明，NPS/CN复合材料要获得良好的光催化活性，需要两个组分之间适当的质量比。优化后的光催化剂(3-NPS/CN)具有良好的结构稳定性，在可见光下PHE效率最高，为47.71 μmol·h-1，是CN NSs的2385.50倍。此外，3-NPS/CN在海水中也表现出良好的PHE活性，反应速率为8.99 μmol·h-1。采用光电化学、稳态光致发光(PL)、时间分辨光致发光(TR-PL)、稳态表面光电压(SPV)和时间分辨表面光电压(TPV)技术研究了不同光催化剂上的电荷分离和迁移。根据表征结果提出了一种可能的PHE机理。在NPS/CN光催化剂中，由于CN NSs和NPS NSs之间的电位差和强的界面电子耦合，光生电子从CN NSs的导带迅速迁移到NPS NSs的导带。然后，聚积在NPS NSs组份导带上的光生电子可以有效地还原质子生成氢气分子。同时，在三乙醇胺(TEOA)分子存在下，CN NSs和NPS NSs的价带上的光生空穴被消耗。本研究提供了一种简单的2D/2D异质结构光催化剂制备方法，该方法对于构建高效二维异质结光催化剂在能源领域中的应用具有重要价值。

关键词： C N 纳米片 NiPS 纳米片光催化产氢异质结

应用型本科院校新能源材料与器件专业wxAMPS仿真软件实践教学研究

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中文科技期刊数据库（全文版）教育科学 2023年第7期 111-114页

作者：张运祥石林王旭张勤芳盐城工学院·材料科学与工程学院江苏盐城224051

随着2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标,社会对光伏人才的需求急剧升高。新能源材料与器件专业开设的“太阳能原理与工艺”课程,作为培养光伏人才的核心专业课程,存在大量物理推导公式,发现学生普遍认为课程比较抽象、晦涩难懂、... 详细信息

随着2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标,社会对光伏人才的需求急剧升高。新能源材料与器件专业开设的“太阳能原理与工艺”课程,作为培养光伏人才的核心专业课程,存在大量物理推导公式,发现学生普遍认为课程比较抽象、晦涩难懂、理解难度大。因此,本课程将wxAMPS太阳电池模拟仿真软件引入应用型光伏人才的培养和教学实践中,通过实际软件操作激发学生的主观能动性,加深学生对太阳电池工作原理的理解,达到教学要求,培养应用型本科光伏人才。

关键词：光伏人才太阳能原理与工艺 wxAMPS 应用型本科

高等教育中线上线下多元融合教学模式的探索——以“计算机在材料科学中的应用”课程为例

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中文科技期刊数据库（全文版）教育科学 2023年第7期 17-20页

作者：石林田洪镇王旭张勤芳盐城工学院·材料科学与工程学院江苏盐城224051 北京龙讯旷腾科技有限公司北京海淀100190

2023年我国高等教育回归线下教学,基于之前线上教学积攒的经验和教训,促使线上线下多元融合教学模式成为现代化教学的发展趋势。文章以“计算机在材料科学中的应用”课程为例,通过要求学生确立研究目标,进行线下线上互动,寻求校企合作... 详细信息

2023年我国高等教育回归线下教学,基于之前线上教学积攒的经验和教训,促使线上线下多元融合教学模式成为现代化教学的发展趋势。文章以“计算机在材料科学中的应用”课程为例,通过要求学生确立研究目标,进行线下线上互动,寻求校企合作提供软硬件支持,拓展课程知识体系,并采用多元考核模式,着力探索线上线下多元融合教学模式,帮助学生系统完成学习,提升综合能力。

关键词：多元融合教学模式线下线上互动教学校企合作

基于应用型人才培养目标的“数值计算方法”课程建设探究

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教师 2023年第2期 108-110页

作者：石林潘海洋张霞王旭张勤芳盐城工学院材料科学与工程学院江苏盐城224051

为满足当前社会的实际需要,应用型高校建设被提上日程,应用型高校有其独特的存在逻辑与办学组织机制,尤其表现在应用型人才培养方面。文章作者以新能源材料与器件专业的“数值计算方法”课程为试点,在简要介绍课程建设背景的基础上,点... 详细信息

为满足当前社会的实际需要,应用型高校建设被提上日程,应用型高校有其独特的存在逻辑与办学组织机制,尤其表现在应用型人才培养方面。文章作者以新能源材料与器件专业的“数值计算方法”课程为试点,在简要介绍课程建设背景的基础上,点明课程在开展过程中存在的问题,并围绕课程建设工作展开了一系列有益探索,如借助板书详解重难点知识、强化上机实操练习、利用慕课充实教学、通过翻转课堂助力学生自学等,以期提升应用型人才培养目标下的“数值计算方法”课程建设实效。

关键词：应用型人才培养数值计算方法课程建设