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密度泛函理论在光催化中的普遍应用

Chinese Journal of Catalysis 2024年第6期61卷 1-36页

作者：杜仕文章福祥中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室洁净能源国家实验室能源材料化学协同创新中心辽宁大连116023

在低碳发展的背景下,开发利用清洁无污染的太阳能对满足未来日益增长的能源需求至关重要.半导体光催化技术可将太阳能转化为化学能,为可再生能源的发展提供了重要支持.因此,深入理解光催化剂与光催化活性之间的内在关联,对于优化和提升... 详细信息

在低碳发展的背景下,开发利用清洁无污染的太阳能对满足未来日益增长的能源需求至关重要.半导体光催化技术可将太阳能转化为化学能,为可再生能源的发展提供了重要支持.因此,深入理解光催化剂与光催化活性之间的内在关联,对于优化和提升光催化效率至关重要.尽管科研人员在设计开发用于光催化反应的新材料方面付出了巨大努力,但对半导体的内在性质、表面活性位点和催化反应机理之间的深层次联系,仍缺乏充分的理解和认识.基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算是揭示材料内禀电子结构性质和反应过程能量变化的重要工具,正逐渐获得研究者的广泛关注.并且,随着计算方法的不断优化,该领域也取得了显著的进步.本文通过系统梳理国内外代表性研究工作,深入探讨了DFT计算在光催化领域中的广泛应用.首先,总结了DFT计算在光催化领域中的六大优势:(1)预测光催化材料的电子结构,如能带结构、能带间隙和能级;(2)预测表面反应的吸附位点、吸附能等变化;(3)在原子水平上揭示电荷转移过程,包括电子和空穴的运动;(4)阐明光催化剂与底物之间的相互作用;(5)预测光催化材料中空位、间隙和掺杂等缺陷的形成及其影响;(6)阐明光催化反应的机理细节,包括中间物种、过渡态和反应途径等.接着,简要概述了常用于第一性原理计算的软件和计算方法,并特别关注了如何利用不同策略来纠正传统DFT方法对半导体电子结构特性的不适当估计.随后,分析了基于DFT计算的半导体电子和能量特性的典型研究案例,如能带结构、态密度、电荷分布、功函数、形成能和吸附自由能等.此外,还详细阐述了半导体催化剂在多种太阳能驱动反应中的基本应用,包括析氢反应、析氧反应、氧还原反应、CO_(2)还原反应和氮还原反应等.最后,指出了DFT计算在光催化研究中的机遇与挑战,并展望了未来可能的发展方向.综上,本文系统综述了DFT计算在光催化领域中的广泛应用,旨在深入理解光催化反应中“组成-结构-功能”之间的关系,并为未来开发设计用于太阳能到化学能催化转化的高效稳定催化剂提供参考.

关键词：光催化密度泛函理论第一性原理计算电子结构能量性质

基于VMD-LSTM-ELMAN模型的国际原油价格人工智能预测研究

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成都理工大学学报（自然科学版） 2024年第1期51卷 164-180页

作者：廖婧文香港浸会大学工商管理学院中国香港999077

针对国际原油价格序列的高度非线性、非平稳性和时变性等复杂特征,本文提出一种基于变分模态分解(Variational modal decomposition, VMD)和组合预测模型LSTM-ELMAN的方法对国际原油价格进行预测。首先采用VMD方法将原始原油价格分解为... 详细信息

针对国际原油价格序列的高度非线性、非平稳性和时变性等复杂特征,本文提出一种基于变分模态分解(Variational modal decomposition, VMD)和组合预测模型LSTM-ELMAN的方法对国际原油价格进行预测。首先采用VMD方法将原始原油价格分解为不同频率的子序列;然后采用不同模型分别对高频和低频序列进行预测,利用ELMAN神经网络(Elman neural network, ELMAN)预测最后一个高频分量,长短期记忆网络(LSTM,Long short-term memory network)作为主要的预测模型来预测其他子序列;最后重构不同模型的子序列预测值,进而得到最终的预测结果。实证研究结果表明,本文所提出的VMD-LSTM-ELMAN混合模型相较于对比模型不仅能够明显提高国际原油价格的预测精度,而且在不同训练集长度和市场环境下仍能保持预测优势,具有较强的泛化性与可靠性。总体而言,基于国际原油价格的实验证明了VMD-LSTM-ELMAN是一种有效且稳定的预测模型,能够为政府和企业提供有效的智能技术支持。

关键词：原油价格预测变分模态分解长短期记忆网络 ELMAN神经网络

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混凝土跨线桥快速安装技术

桥梁建设 2024年第2期54卷 145-151页

作者：孙博文朱世峰中交特种工程有限公司湖北武汉430071 公路与桥梁高效养护及安全耐久国家工程研究中心(武汉) 湖北武汉430071

佛山里水大道跨线桥分西、中、东三幅上跨广佛高速,为消除安全隐患、提升道路使用空间,需拆除并重建里水大道广佛跨线桥。针对西幅跨线桥改造所采用的架桥机法对交通影响大、安全风险高、效率低等问题,提出采用整体移运法快速改造中、... 详细信息

佛山里水大道跨线桥分西、中、东三幅上跨广佛高速,为消除安全隐患、提升道路使用空间,需拆除并重建里水大道广佛跨线桥。针对西幅跨线桥改造所采用的架桥机法对交通影响大、安全风险高、效率低等问题,提出采用整体移运法快速改造中、东幅跨线桥。为提高施工的安全性,降低对交通的影响,采用分批次架设,梁体、墩柱首先在路外封闭区域预制,然后封闭交通,利用驮运子系统将梁体及墩柱快速移运至桥位,墩柱通过快速连接子系统与承台临时固定后移除驮运子系统,随后恢复原交通,最后进行墩柱永久固结施工。通过预制墩柱快速连接子系统和驮运子系统实现了墩、梁同步快速安装,解决了整体移运法在混凝土小箱梁安装过程中梁体易开裂的问题。实践证明,整体移运法具有施工效率高、交通影响低、安全性高、适应性强的优点。

关键词：跨线桥混凝土桥整体移运法预制墩柱墩、梁同步快速安装驮运子系统桥梁改建

基于模板剥离法制备高性能钙钛矿单晶薄膜光电探测器

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发光学报 2024年第2期45卷 195-203页

作者：单东明张瀚文张庆文张虎丁然吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室吉林长春130012

近年来,杂化钙钛矿半导体材料由于其带隙可调、吸收系数高、载流子迁移率高、成本低廉等诸多优点,在光电器件领域备受青睐,如太阳能电池、电致发光器件、光电探测器等。其中,钙钛矿单晶薄膜因其无晶界、杂质和缺陷含量低等特点,展现出... 详细信息

近年来,杂化钙钛矿半导体材料由于其带隙可调、吸收系数高、载流子迁移率高、成本低廉等诸多优点,在光电器件领域备受青睐,如太阳能电池、电致发光器件、光电探测器等。其中,钙钛矿单晶薄膜因其无晶界、杂质和缺陷含量低等特点,展现出更为优异的光学、电学特性,成为制备高性能光电器件的理想材料体系。然而,钙钛矿单晶薄膜常采用空间限域法直接生长在空穴传输层上,不可避免地将导致界面缺陷和载流子层间输运等问题,严重制约了钙钛矿单晶薄膜光电探测器的性能。为此,本文通过引入模板剥离法工艺技术,在钙钛矿单晶薄膜两侧分别蒸镀功能层材料,制备了结构为Cu/BCP/C_(60)/MAPbBr_(3)/MoO_(3)/Ag的钙钛矿单晶薄膜光电探测器。基于模板剥离法,两侧蒸镀的功能层与钙钛矿单晶薄膜接触紧密,将有效改善载流子的注入和传输;同时,优化的器件结构以及考虑能带匹配等因素可实现高灵敏、响应快速的钙钛矿单晶薄膜光电探测器。改进后器件的开关比高达3.1×10^(3),响应度可达7.15 A/W,探测率为5.39×10^(12)Jones,外量子效率达到1794%。该工作为进一步改善和提升钙钛矿单晶薄膜光电探测器的探测性能提供了一种可行性技术方案。

关键词：杂化钙钛矿半导体材料钙钛矿单晶薄膜模板剥离法光电探测器

骨质疏松性骨折患者骨代谢指标的变化及其临床意义

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中华实验外科杂志 2024年第7期41卷 1601-1604页

作者：耿洋田科席俊伟高山驻马店市中心医院关节外科驻马店463000 郑州大学第一附属医院骨科郑州450052

目的探讨骨质疏松性骨折患者骨代谢指标的变化及其临床意义。方法选取驻马店市中心医院和郑州大学第一附属医院2022年12月至2023年5月收治的65例绝经后骨质疏松性骨折患者作为研究对象, 选取同期65例绝经后骨质疏松未骨折的患者作为对... 详细信息

目的探讨骨质疏松性骨折患者骨代谢指标的变化及其临床意义。方法选取驻马店市中心医院和郑州大学第一附属医院2022年12月至2023年5月收治的65例绝经后骨质疏松性骨折患者作为研究对象, 选取同期65例绝经后骨质疏松未骨折的患者作为对照。清晨抽取静脉血, 采用化学发光法和酶联免疫吸附实验测定两组患者血清中25-羟维生素D(25-OH-VitD)、骨碱性磷酸酶(BLAP)、骨钙素(OC)、Ⅰ型胶原羧基末端肽(CTx)、Ⅰ型前胶原氨基端前肽(PINP)、甲状旁腺激素(PTH)、胰岛素样生长因子-1(IGF-1)和血清钙磷值等指标变化。分析骨折与患者血清代谢指标的相关性, 组间计量数据比较采用t检验。结果骨质疏松症患者股骨颈、股骨大转子、腰椎和Ward三角区骨密度[(0.53±0.03)、(0.51±0.04)、(0.59±0.04)、(0.60±0.11) g/cm^(2)]明显高于骨质疏松性骨折患者[(0.48±0.04)、(0.47±0.05)、(0.52±0.04)、(0.50±0.05) g/cm^(2)], 差异有统计学意义(t=6.628、5.670、10.600、6.479, P<0.05)。骨质疏松症患者25-OH-VitD和IGF-1水平[(25.91±1.85)、(164.95±14.16) ng/ml]明显高于骨质疏松性骨折患者[(19.05±2.06)、(118.02±14.13) ng/ml], 差异有统计学意义(t=19.950、18.770, P<0.05)。骨质疏松症患者BLAP、CTx、PINP、PTH、OC和血磷水平[(3.09±0.99)、(0.29±0.04)、(35.38±5.17)、(48.97±8.81)、(14.54±1.47)、(1.11±0.08) ng/ml]明显低于骨质疏松性骨折患者[(4.84±1.44)、(0.55±0.10)、(51.71±8.80)、(57.49±7.18)、(21.54±4.05)、(0.97±0.04) ng/ml], 差异有统计学意义(t=8.082、19.040、12.900、6.046、13.090、12.950, P<0.05)。BLAP、CTx、PINP、PTH、OC和血清磷水平与骨质疏松性骨折呈正相关(B=0.054、0.068、0.121、0.102、0.102、0.204, P<0.05)。25-OH-VitD和IGF-1水平与骨质疏松性骨折呈负相关(B=-0.241、-0.312, P<0.05)。结论骨代谢生化标志物25-OH-VitD、BALP、CTx、PINP、PTH、OC、IGF-1和血清磷与骨质疏松性骨折明显相关, 是骨质疏松性骨折的危险因素。

关键词：骨质疏松性骨折骨代谢骨碱性磷酸酶胰岛素样生长因子-1

中国跨市就医网络空间格局及医疗设施供需关系——基于跨市就医互联网数据

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地理研究 2024年第3期43卷 701-717页

作者：魏伟向博文武汉大学城市设计学院武汉430072 武汉大学中国发展战略与规划研究院武汉430072

以跨市就医为表征的医疗设施区域共享逐渐规模化和常态化,但既有医疗设施供需关系研究缺乏面向区域共享的理论与方法探讨。基于“城市人”理论和社会网络分析法,构建了面向区域共享的医疗设施供需关系研究框架,并采用2021—2022年互联... 详细信息

以跨市就医为表征的医疗设施区域共享逐渐规模化和常态化,但既有医疗设施供需关系研究缺乏面向区域共享的理论与方法探讨。基于“城市人”理论和社会网络分析法,构建了面向区域共享的医疗设施供需关系研究框架,并采用2021—2022年互联网就医评价数据构建跨市就医网络,遵循“跨市就医网络空间格局-医疗设施供需关系”的路径,在全国尺度进行了实证研究。研究发现:(1)我国跨市就医供给呈现为“两核多心”的空间分布,沪京及各省会城市作为供给中心连接周边高需求县市,形成了多个单中心聚集格局。(2)我国医疗设施服务区形成了华北-东北、华东、华南、西北和西南5个医疗设施一级服务区及21个医疗设施二级服务区,格局整体遵循省级行政边界、部分有所突破。(3)沪浙苏徽、川藏、陕青分区的就医活动变异系数较高(3.860~3.716),宁、鲁、闽分区的变异系数较低(2.942~2.299);沪浙苏徽、京津冀晋内蒙古、粤、鄂与陕青分区的供需匹配性较高(0.964~0.839),琼、赣与新分区的供需匹配性较低(0.453~0.41);形成了沪浙苏徽、京津冀晋内蒙古分区2个患者流入型分区,粤、陕青、鄂、川藏4个均衡型分区,及其他15个流出型分区。本文提供了区域尺度下有效阐释医疗设施供需关系特征的框架,揭示了跨市就医空间格局及其所表征的医疗设施供需关系,增益于当前医疗设施供需关系研究中跨市就医现象及区域共享视角的缺失,并可以支撑区域医疗资源配置优化。

关键词：跨市就医医疗设施供需关系区域共享 “城市人”理论社会网络分析法

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通过图注意力网络识别空间转录组中的空间域

生物医学工程学杂志 2024年第2期41卷 246-252页

作者：吴瀚文高洁江南大学江苏无锡214122

由于数据的高维和复杂性,空间转录组数据的分析一直是一个具有挑战性的问题,而聚类分析则是空间转录组数据分析的核心问题。本文提出了一种基于图注意力网络的深度学习方法,用于空间转录组数据的聚类分析。首先,对空间转录组数据进行增... 详细信息

由于数据的高维和复杂性,空间转录组数据的分析一直是一个具有挑战性的问题,而聚类分析则是空间转录组数据分析的核心问题。本文提出了一种基于图注意力网络的深度学习方法,用于空间转录组数据的聚类分析。首先,对空间转录组数据进行增强,然后使用图注意力网络对节点进行特征提取,最后使用莱顿(Leiden)算法进行聚类分析。通过聚类的评价指标发现,与传统的非空间及空间聚类方法相比,本文提出的方法具有更好的数据分析性能。实验结果表明,本文所提方法可以有效地聚类空间转录组数据,从而能够识别不同的空间区域,为研究空间转录组数据提供了新的工具。

关键词：空间转录组学图注意力网络深度学习聚类分析

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激发态氢原子光电离中的偏振效应

光学学报 2024年第16期44卷 11-19页

作者：钟铭宸万文钦皮良文姜维超深圳大学物理与光电工程学院量子精密测量研究所广东深圳518060 中国科学院西安光学精密机械研究所阿秒科学与技术研究中心陕西西安710119

通过数值求解三维含时薛定谔方程,从理论上研究了氢原子2pz激发态在不同偏振方向的线偏振激光脉冲作用下的光电子动量分布。本文研究发现,无论是处于隧穿电离区还是多光子电离区,当偏振方向与初态极化方向的夹角不为0或π/2时,光电子动... 详细信息

通过数值求解三维含时薛定谔方程,从理论上研究了氢原子2pz激发态在不同偏振方向的线偏振激光脉冲作用下的光电子动量分布。本文研究发现,无论是处于隧穿电离区还是多光子电离区,当偏振方向与初态极化方向的夹角不为0或π/2时,光电子动量分布相对于激光脉冲偏振方向是不对称的,这种不对称性源于初始电子波函数相对于激光偏振方向的不对称分布。此外,本文还讨论了实验上观察这种不对称光电子分布的可行的泵浦-探测方案。

关键词：原子与分子物理强场电离激发态偏振效应

多模光纤中的时空光场测量与成像应用(特邀)

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光学学报 2024年第10期44卷 279-293页

作者：文仲杨青刘旭浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室浙江杭州310027

介绍了多模光纤中时空光场的传输矩阵测量研究历程,总结了多模光纤在真实样本成像(荧光成像、反射成像、无标记特异性成像、多模式成像)及图像传输成像等方面的进展,探讨了深度学习、超表面、自适应信标等方案在多模光纤抗扰动成像中的... 详细信息

介绍了多模光纤中时空光场的传输矩阵测量研究历程,总结了多模光纤在真实样本成像(荧光成像、反射成像、无标记特异性成像、多模式成像)及图像传输成像等方面的进展,探讨了深度学习、超表面、自适应信标等方案在多模光纤抗扰动成像中的应用。最后展望了多模光纤快速抗扰动、高像素、广视场、多功能成像的前景。

关键词：多模光纤光场调控波前整形显微成像内窥镜