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可解释机器学习和大数据挖掘预测分子在MOFs中的扩散性能

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可解释机器学习和大数据挖掘预测分子在MOFs中的扩散性能

作者：郭淑雅广州大学

学位级别：硕士

在金属有机框架（MOF）用于气体分离和多向催化转化领域中,扩散往往对工艺的整体速率有显著影响,因此确定金属有机框架内分子扩散率有重要的意义。由于MOF数量的巨大增加,将分子模拟方法（Molecular Dynamic,MD）与机器学习（Machine Le... 详细信息

在金属有机框架（MOF）用于气体分离和多向催化转化领域中,扩散往往对工艺的整体速率有显著影响,因此确定金属有机框架内分子扩散率有重要的意义。由于MOF数量的巨大增加,将分子模拟方法（Molecular Dynamic,MD）与机器学习（Machine Learning,ML）相结合将成为准确、快速评估数千种材料的扩散性能的一种非常有用的方法。1.本研究利用分子模拟计算9种纯气体（Kr、Xe、CH4、N2、H2S、O2、CO2、H2和He）在Co RE-MOFs中的扩散性以及由9种纯气体分别组成的36种二元气体对的扩散选择性(Sdiff（i/j）)。以MOF物理描述符和分子物理性质作为描述符,建立了4种不同的ML模型来预测气体在MOFs中的扩散特性,综合对比发现LGBM表现最好（平均R2=0.962）。为了检查ML模型的可转移性,外推预测了C2H6在Co RE-MOFs中的扩散特性,结果表明开发的LGBM模型可以准确预测分子在MOF中的扩散特性,并且,这种模型计算分子扩散率比分子动力学模拟快了五个数量级。随后,使用训练好的LGBM模型设计为软件,可以协助工作者快速准确计算分子在多孔晶体材料中的扩散性。最后,基于训练好的LGBM模型结合沙普利加性解释（Shapley additive explanation,SHAP）方法进行可解释性分析,发现气体分子的极化性差异（ΔPol）是影响扩散选择性最关键的因素。基于本文的重要结论,本工作为以扩散为主导的二元气体对的分离和CO2甲烷化催化剂应用方面筛选了最优MOFs。2.本研究通过分子动力学模拟计算了具有CH4、C2H6、C3H8、C4H10、C5H12、C6H14、C7H16（简称C1-C7）和二氧化碳在Co RE-MOFs中的扩散性能及其28种二元混合物的扩散选择性。通过单变量分析及引入MOF的几何、化学描述符、分子的物理性质和分子指纹等多维描述符,显著提升了预测模型的准确性,其中轻量级极限梯度树（LGBM）的高准确度优于其他模型。结合SHAP技术,识别了MOF的最小孔径（PLD）、分子极化率差（ΔPol）和相对分子质量差（ΔM）是影响分子扩散和选择性的主导因素。此外,新引入的化学描述符以及最优指纹位的分析为MOF材料的设计和气体分离性能的优化提供了新的见解。本研究利用可解释机器学习模型,深入探讨了15种分子和64对理想二元混合物在6013个Co RE-MOFs中的扩散性能,并通过结合SHAP技术进行的大数据分析,揭示了MOFs结构与性能之间的深层关系。研究成果显示,采用可解释机器学习模型辅助的高通量计算筛选(（High-Throughput Computational Screening,HTCS）方法不仅加快了多孔材料扩散性能的计算和筛选过程,还能挖掘出性能与结构之间未被发现的深层次联系。本项工作为实验和模拟研究MOFs结构与气体性质之间的关系提供了新的视角,并实现了分子扩散率的快速预测,开辟了MOFs研究与应用的新方向。

关键词：可解释性机器学习金属有机框架扩散性选择性极化率

“互联网+”背景下初中语文作文教学的新思路和新方法探究

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中国新通信 2024年第11期26卷 158-160页

作者：邴雅楠兰州市第二十二中学

针对初中生在语文课程学习过程中出现的写作兴趣低、写作思路乱、写作素材少、写作质量差等问题,本文基于“互联网+”,对初中语文作文教学方法及策略展开了新思考。探究结合“互联网+”优化初中语文作文教学中审题、立意、列提纲与评改... 详细信息

针对初中生在语文课程学习过程中出现的写作兴趣低、写作思路乱、写作素材少、写作质量差等问题,本文基于“互联网+”,对初中语文作文教学方法及策略展开了新思考。探究结合“互联网+”优化初中语文作文教学中审题、立意、列提纲与评改四个环节,并分别给出了案例分析,以期减轻初中生语文写作负担与压力,提高学生语文写作质量与书面表达能力。

关键词： “互联网+” 初中语文语文作文教学作文教学

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基于三方演化博弈的乡村公共阅读服务精准供给研究

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图书馆学研究 2024年第5期 32-41页

作者：严贝妮于淑妹王露雅安徽大学管理学院国家新闻出版署安徽大学新闻传播学院编辑出版学系安徽大学大数据与统计学院

新时代随着乡村振兴战略和文化强国战略深入推进,如何满足乡村居民阅读需求,实现公共阅读服务精准供给已迫在眉睫。从经济学视角,构建政府、多元供给主体和读者三方演化博弈系统模型,探讨模型各因素对公共阅读精准供给的影响。研究表明:... 详细信息

新时代随着乡村振兴战略和文化强国战略深入推进,如何满足乡村居民阅读需求,实现公共阅读服务精准供给已迫在眉睫。从经济学视角,构建政府、多元供给主体和读者三方演化博弈系统模型,探讨模型各因素对公共阅读精准供给的影响。研究表明:(1)增加读者收益,提升社会收益,对多元供给主体进行负向激励有利于提高公共阅读精准供给;(2)适度的政府投入和正向激励有利于乡村公共阅读服务精准供给;(3)增加读者阅读成本不利于乡村公共阅读服务精准供给。最后指出乡村公共阅读服务精准供给的现存困境并提出发展策略。

关键词：乡村振兴战略公共阅读服务精准供给演化博弈

基于筛选学习网络的六自由度目标位姿估计算法

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计算机应用 2024年第6期44卷 1920-1926页

作者：邴雅星王阳萍雍玖白浩谋兰州交通大学电子与信息工程学院兰州730070 甘肃省人工智能与图形图像处理工程研究中心(兰州交通大学) 兰州730070 兰州理工大学计算机与通信学院兰州730050

针对在复杂场景下对弱纹理目标位姿估计的准确性和实时性问题,提出基于筛选学习网络的六自由度(6D)目标位姿估计算法。首先,将标准卷积替换为蓝图可分离卷积(BSConv)以减少模型参数,并使用GeLU(Gaussian error Linear Unit)激活函数,能... 详细信息

针对在复杂场景下对弱纹理目标位姿估计的准确性和实时性问题,提出基于筛选学习网络的六自由度(6D)目标位姿估计算法。首先,将标准卷积替换为蓝图可分离卷积(BSConv)以减少模型参数,并使用GeLU(Gaussian error Linear Unit)激活函数,能够更好地逼近正态分布,以提高网络模型的性能;其次,提出上采样筛选编码信息模块(UFAEM),弥补了上采样关键信息丢失的缺陷;最后,提出一种全局注意力机制(GAM),增加上下文信息,更有效地提取输入特征图的信息。在公开数据集LineMOD、YCB-Video和Occlusion LineMOD上测试,实验结果表明,所提算法在网络参数大幅度减少的同时提升了精度。所提算法网络参数量减少近3/4,采用ADD(-S) metric指标,在lineMOD数据集下较Dual-Stream算法精度提升约1.2个百分点,在YCB-Video数据集下较DenseFusion算法精度提升约5.2个百分点,在Occlusion LineMOD数据集下较像素投票网络(PVNet)算法精度提升约6.6个百分点。通过实验结果可知,所提算法对弱纹理目标位姿估计具有较好的效果,对遮挡物体位姿估计具有一定的鲁棒性。

关键词：目标姿态估计蓝图可分离卷积注意力机制关键点深度学习

海水-富盐空气对BaTiO_(3)及Ni-BaTiO_(3) MLCC介电性能的影响

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功能材料 2024年第1期55卷 1179-1186页

作者：梁博张云飞张梦雅万淇通黄祺薇邴丽娜沈振江海南师范大学物理与电子工程学院海口571158

将BaTiO_(3)陶瓷和82 nF的Ni-BaTiO_(3)MLCC放置在海水及富盐空气两种恶劣环境下,利用阻抗分析仪、SEM及EDS探究处理0、24、48、72 h后性能的变化规律及腐蚀机理。结果表明,放置在海水中,BaTiO_(3)陶瓷在不同时间低频(10^(2)~10^(3)Hz)... 详细信息

将BaTiO_(3)陶瓷和82 nF的Ni-BaTiO_(3)MLCC放置在海水及富盐空气两种恶劣环境下,利用阻抗分析仪、SEM及EDS探究处理0、24、48、72 h后性能的变化规律及腐蚀机理。结果表明,放置在海水中,BaTiO_(3)陶瓷在不同时间低频(10^(2)~10^(3)Hz)相对介电常数与介电损耗增加,且增加幅度巨大,在24 h陶瓷表面产生明显的保护膜,而在富盐空气下的陶瓷,72 h内介电性能变化范围小,表面没有明显的保护膜产生,但具有一定的腐蚀痕迹。82 nF的MLCC放置在海水及富盐空气72 h内高频(10^(5)~10^(6)Hz)电容值及介电损耗变化明显,这由盐分浸入内部结晶所导致,但其表面同样没有保护膜产生,这可能与电容器表面的氧化物涂层有关。

关键词： BaTiO_(3)陶瓷 Ni-BaTiO_(3)MLCC 腐蚀机理介电性能

Fe-Al_(2)O_(3)/SBA-15催化臭氧氧化水中布洛芬

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环境化学 2024年第3期43卷 828-833页

作者：邴吉帅陈丽连云港市环境科技服务中心连云港222005 江苏省海洋资源开发研究院连云港222002 清华大学环境学院北京100084

以嵌段共聚物为模板剂,在酸性条件下水热合成SBA-15.将铁、铝负载于SBA-15表面制备Fe-Al_(2)O_(3)/SBA-15介孔分子筛催化剂,并将其用于催化臭氧氧化水中布洛芬(IBU).透射电子显微镜、X射线衍射、氮气吸附-脱附表征结果表明,铁、铝均匀... 详细信息

以嵌段共聚物为模板剂,在酸性条件下水热合成SBA-15.将铁、铝负载于SBA-15表面制备Fe-Al_(2)O_(3)/SBA-15介孔分子筛催化剂,并将其用于催化臭氧氧化水中布洛芬(IBU).透射电子显微镜、X射线衍射、氮气吸附-脱附表征结果表明,铁、铝均匀负载于SBA-15表面,保持SBA-15有序的介孔结构,具有较大的比表面积.不同催化剂活性评价结果表明,铁、铝的负载显著提高SBA-15催化臭氧氧化水中布洛芬的活性,反应60 min后,Fe-Al_(2)O_(3)/SBA-15的TOC去除率为90%,而Al_(2)O_(3)/SBA-15、Fe/SBA-15和SBA-15的TOC去除率分别为65%、50%和36%,单独臭氧氧化仅为26%.实验结果表明,铁、铝的协同作用有利于臭氧分解为羟基自由基、超氧自由基和活性原子氧,布洛芬和小分子有机酸吸附于催化剂表面从而有利于有机物的矿化.催化剂重复利用6次后仍保持较高的催化活性和稳定性.

关键词： Fe-Al_(2)O_(3)/SBA-15 催化臭氧氧化布洛芬活性氧

有机蒙脱石/聚氨酯海绵复合气凝胶去除疏水性有机污染物性能

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硅酸盐学报 2024年第10期 3205-3216页

作者：何诗雅刘相君韦寿淑陈情泽朱润良中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室/广东省矿物物理与材料开发重点实验室中国科学院深地科学卓越创新中心中国科学院大学

疏水性有机污染物对生态系统和人类健康造成了严重危害，亟需开发低成本、高效、环保及可再生的吸附剂用于去除疏水性有机污染物。通过超声溶胀和冷冻干燥法制得密度低（34.61 mg/cm3）、疏水性强和可燃性低的有机蒙脱石/聚氨酯海绵复... 详细信息

疏水性有机污染物对生态系统和人类健康造成了严重危害，亟需开发低成本、高效、环保及可再生的吸附剂用于去除疏水性有机污染物。通过超声溶胀和冷冻干燥法制得密度低（34.61 mg/cm3）、疏水性强和可燃性低的有机蒙脱石/聚氨酯海绵复合气凝胶。对该复合气凝胶的形貌和结构进行了分析，并探究了其对疏水性有机污染物、油和有机溶剂的吸附/吸收能力。结果表明：有机蒙脱石/聚氨酯海绵复合气凝胶对苯蒸汽的静态吸附量可达682.3mg/g，对溶液中双酚A和硝基苯的吸附量分别为339.8 mg/g和137.0 mg/g，对不同油和有机溶剂的吸收量为20.8～37.0 g/g，且具有良好的可重复利用性。此外，有机蒙脱石/聚氨酯海绵复合气凝胶对实际污水中的有机物也有较好的吸收性能（7.12 g/g），且易于回收利用，有望作为一种高效的蒙脱石基吸附材料应用于污染控制领域。

关键词：蒙脱石气凝胶吸附有机污染物油/水分离

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汾河谷地大气环境容量与大气污染过程的数值模拟与敏感性分析

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大气科学学报 2024年第4期47卷 604-619页

作者：王孜澈茅宇豪郭淑雅刘振鑫南京信息工程大学环境科学与工程学院/江苏省大气环境监测与污染控制重点实验室/江苏省大气环境与设备技术协同创新中心江苏南京210044

对汾河谷地及太原市在2015年1月的一次重污染过程运用WRF-Chem模式进行污染过程的数值模拟、观测验证和地形敏感性实验,分析了河谷地形对区域污染过程和大气环境容量的影响机制。结果表明:太原市及周边汾河谷地大气边界层环流和大气污... 详细信息

对汾河谷地及太原市在2015年1月的一次重污染过程运用WRF-Chem模式进行污染过程的数值模拟、观测验证和地形敏感性实验,分析了河谷地形对区域污染过程和大气环境容量的影响机制。结果表明:太原市及周边汾河谷地大气边界层环流和大气污染传输受天气系统、地形和城市化共同影响;地形环流强度明显强于太原城市热岛环流,且对其发展存在明显抑制作用,从而限制了城市大气环境容量,加剧城市近地面大气污染物的堆积和空气质量恶化;研究区域大气环境容量受气象主导风向影响:当天气主导风向偏南北向,也即与狭长的汾河谷地走向一致时,有利于该区域大气污染物的扩散清除,而当天气主导风向偏东西向时,则该区域大气环境容量明显减小,且近地面大气污染物浓度与大气环境容量之间呈强相关性,相关系数达到0.74;当地形敏感组实验中取消太原市周边河谷地形特征时,上述相关系数降低到0.21。

关键词：汾河谷地大气环境数值模拟 WRF-Chem 地形高度与地表利用类型山谷风环流

基于高光谱成像技术的玉米种子发芽特性无损检测研究

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基于高光谱成像技术的玉米种子发芽特性无损检测研究

作者：邴阳仲恺农业工程学院

学位级别：硕士