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Bioinspired supramolecular macrocycle hybrid membranes with enhanced proton conductivity

Nano Research 2024年第2期17卷 797-805页

作者： pengfei Yang Linlin Xu Panagiotis Trogadas Marc-Olivier Coppens Yang lan Centre for Nature Inspired Engineering Department of Chemical EngineeringUniversity College LondonLondon WC1E 7JEUK

Enhancing the proton conductivity of proton exchange membranes(PEMs)is essential to expand the applications of proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs).Inspired by the proton conduction mechanism of bacteriorhodopsin,cucurbit[n]urils(CB[n],where n is the number of glycoluril units,n=6,7,or 8)are introduced into sulfonated poly(ether ether ketone)(SPEEK)matrix to fabricate hybrid PEMs,employing a nature-inspired chemical engineering(NICE)methodology.The carbonyl groups of CB[n]act as proton-conducting sites,while the host–guest interaction between CB[n]and water molecules offers extra protonconducting pathways.Additionally,the molecular size of CB[n]aids in their dispersion within the SPEEK matrix,effectively bridging the unconnected proton-conducting sulfonic group domains within the SPEEK membrane.Consequently,all hybrid membranes exhibit significantly enhanced proton conductivity.Notably,the SPEEK membrane incorporating 1 wt.%CB[8](CB[8]/SPEEK-1%)demonstrates the highest proton conductivity of 198.0 mS·cm^(−1) at 60°C and 100%relative humidity(RH),which is 228%greater than that of the pure SPEEK membrane under the same conditions.Moreover,hybrid membranes exhibit superior fuel cell performance.The CB[8]/SPEEK-1%membrane achieves a maximum power density of 214 mW·cm^(−2),representing a 140%improvement over the pure SPEEK membrane(89 mW·cm^(−2))at 50°C and 100%RH.These findings serve as a foundation for constructing continuous proton-conducting pathways within membranes by utilizing supramolecular macrocycles as fuel cell electrolytes and in other applications.

关键词： supramolecular macrocycle proton conductivity cucurbit[n]uril proton exchange membrane fuel cell

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Cu nanowire array with designed interphases enabling high performance Si anode toward flexible lithium-ion battery

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Nano Research 2024年第3期17卷 1516-1524页

作者： pengfei Su Ziqi Zhang Linshan Luo Zhiyong Zhang Chaofei lan Yahui Li Shaowen Xu Shanpeng Pei Guangyang Lin Cheng Li Xiang Han Wei Huang Songyan Chen Fujian Provincial Key Laboratory of Semiconductors and Applications Collaborative Innovation Center for Optoelectronic Semiconductors and Efficient DevicesDepartment of PhysicsXiamen UniversityXiamen 361005China College of Materials Science and Engineering Nanjing Forestry UniversityNanjing 210037China Science and Technology on Analog Integrated Circuit Laboratory Chongqing 400060China Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute Co. Ltd.Jinan 250013China

To meet the growing demand for wearable smart electronic devices,the development of flexible lithium-ion batteries(LIBs)is essential.Silicon is an ideal candidate for the anode material of flexible lithium-ion batteries due to its high specific capacity,low working potential,and earth abundance.The largest challenge in developing a flexible silicon anode is how to maintain structural integrity and ensure stable electrochemical reactions during external deformation.In this work,we propose a novel design for fabricating core–shell electrodes based on a copper nanowire(CuNW)array core and magnetron sputtered Si/C shell.The nanowire array structure has characteristics of bending under longitudinal stress and twisting under transverse stress,which helps to maintain the mechanical stability of the structure during electrode bending and cycling.The low-temperature annealing generates a small amount of Cu3Si alloy,which enhances the connection strength between Si and the conductive network and solves the poor conductivity problem of Si,which is known as a semiconductor material.This unique configuration design of CuNW@Si@C-400℃ leads to stable long cycle performance of 1109 mAh∙g^(-1) after 1000 cycles and excellent rate performance of 500 mAh∙g^(-1) at a current density of 10 A∙g^(-1).Furthermore,the CuNW@Si@C-400℃||LiFePO_(4)(LFP)full battery demonstrates excellent flexibility,with a capacity retention of more than 96%after 100 bends.This study provides a promising strategy for the development of flexible lithium-ion batteries.

关键词： flexible lithium-ion battery silicon anode magnetron sputtering core–shell electrode Cu nanowire array

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Attosecond probing and control of charge migration in carbon-chain molecule

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Advanced Photonics 2023年第5期5卷 33-40页

作者： Lixin He Yanqing He Siqi Sun Esteban Goetz Anh-Thu Le Xiaosong Zhu pengfei lan Peixiang Lu Chii-Dong Lin Huazhong University of Science and Technology Wuhan National Laboratory for Optoelectronics and School of PhysicsWuhanChina University of Connecticut Department of PhysicsStorrsConnecticutUnited States Wuhan Institute of Technology Hubei Key Laboratory of Optical Information and Pattern RecognitionWuhanChina Kansas State University Department of PhysicsManhattanKansasUnited States

In quantum mechanics,when an electron is quickly ripped off from a molecule,a superposition of new eigenstates of the cation creates an electron wave packet that governs the charge flow inside,which has been called charge migration(CM).Experimentally,extracting such dynamics at its natural(attosecond)timescale is quite difficult.We report the first such experiment in a linear carbon-chain molecule,butadiyne(C_(4)H_(2)),via high-harmonic spectroscopy(HHS).By employing advanced theoretical and computational tools,we showed that the wave packet and the CM of a single molecule are reconstructed from the harmonic spectra for each fixed-in-space angle of the molecule.For this onedimensional molecule,we calculate the center of charge (t) to obtain v_(cm),to quantify the migration speed and how it depends on the orientation angle.The findings also uncover how the electron dynamics at the first few tens to hundreds of attoseconds depends on molecular structure.The method can be extended to other molecules where the HHS technique can be employed.

关键词： attosecond charge migration high-harmonic spectroscopy single-molecule harmonic dipole machine learning

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All-optical attosecond time domain interferometry

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National Science Review 2021年第10期8卷 15-22页

作者： Zhen Yang Wei Cao Yunlong Mo Huiyao Xu Kang Mi pengfei lan Qingbin Zhang Peixiang Lu Wuhan National Laboratory for Optoelectronics and School of Physics Huazhong University of Science and Technology Hubei Key Laboratory of Optical Information and Pattern Recognition Wuhan Institute of Technology CAS Center for Excellence in Ultra-intense Laser Science

Interferometry, a key technique in modern precision measurements, has been used for length measurement in engineering metrology and astronomy. An analogous time-domain interferometric technique would represent a significant complement to spatial domain applications and require the manipulation of interference on extreme time and energy scales. Here, we report an all-optical interferometer using laser-driven high order harmonics as attosecond temporal slits. By controlling the phase of the temporal slits with an external field, a time domain interferometer that preserves both attosecond temporal resolution and hundreds of me V energy resolution is implemented. We apply this exceptional temporal resolution to reconstruct the waveform of an arbitrarily polarized optical pulse, and utilize the provided energy resolution to interrogate the abnormal character of the transition dipole near the Cooper minimum in argon. This novel attosecond interferometry paves the way for high precision measurements in the time-energy domain using all-optical approaches.

关键词： interferometry attosecond all-optical precision measurement

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基于工业化应用视角的低浓度甲烷催化燃烧催化剂研究进展

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石油炼制与化工 2024年第2期55卷 121-127页

作者：徐鑫李志齐健严媛杨鹏飞黄岚应急管理部信息研究院北京100029 中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室

甲烷是具有快速增温效应的短寿命强势温室气体,我国以井工开采为主的煤矿开采方式使煤矿甲烷成为我国能源活动甲烷排放的最主要来源,但目前针对低浓度甲烷仍没有高效的利用方式。甲烷催化燃烧可在较低温度下将甲烷完全转化为二氧化碳,... 详细信息

甲烷是具有快速增温效应的短寿命强势温室气体,我国以井工开采为主的煤矿开采方式使煤矿甲烷成为我国能源活动甲烷排放的最主要来源,但目前针对低浓度甲烷仍没有高效的利用方式。甲烷催化燃烧可在较低温度下将甲烷完全转化为二氧化碳,是一种高效、环保的利用方式,有利于减少资源能源浪费,兼具环境、安全和能源效益。甲烷分子具有较高的结构稳定性,尤其是低浓度甲烷在温和条件下催化燃烧更具挑战性。基于工业应用视角,围绕实际工况条件对催化剂的要求,重点从催化剂的活性、热稳定性、机械稳定性和抗毒稳定性等4个方面的研究进展进行综述,分析甲烷催化燃烧催化剂应用面临的难点及未来发展趋势,旨在为开发适用于工业化应用的乏风瓦斯甲烷催化燃烧催化剂研究提供参考借鉴。

关键词：低浓度甲烷催化燃烧催化剂

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Full experimental determination of tunneling time with attosecond-scale streaking method

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Light(Science & Applications) 2022年第8期11卷 1903-1908页

作者： Miao Yu Kun Liu Min Li Jiaqing Yan Chuanpeng Cao Jia Tan Jintai Liang Keyu Guo Wei Cao pengfei lan Qingbin Zhang Yueming Zhou Peixiang Lu Wuhan National Laboratory for Optoelectronics and School of Physics Huazhong University of Science and Technology430074WuhanChina Jiangsu Key Laboratory of Micro and Nano Heat Fluid Flow Technology and Energy Application School of Physical Science and TechnologySuzhou University of Science and Technology215009SuzhouChina Optics Valley Laboratory 430074HubeiChina

Tunneling is one of the most fundamental and ubiquitous processes in the quantum world.The question of how long a particle takes to tunnel through a potential barrier has sparked a long-standing debate since the early days of quantum mechanics.Here,we propose and demonstrate a novel scheme to accurately determine the tunneling time of an electron.In this scheme,a weak laser field is used to streak the tunneling current produced by a strong elliptically polarized laser field in an attoclock configuration,allowing us to retrieve the tunneling ionization time relative to the field maximum with a precision of a few attoseconds.This overcomes the difficulties in previous attoclock measurements wherein the Coulomb effect on the photoelectron momentum distribution has to be removed with theoretical models and it requires accurate information of the driving laser fields.We demonstrate that the tunneling time of an electron from an atom is close to zero within our experimental accuracy.Our study represents a straightforward approach toward attosecond time-resolved imaging of electron motion in atoms and molecules.

关键词： tunneling quantum scheme

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混合所有制改革的治理效应研究:综述与展望

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重庆理工大学学报（社会科学） 2024年第4期38卷 157-166页

作者：王攀娜吴银玲兰鹏飞重庆理工大学会计学院重庆400054

坚持以“混”促“改”为方向的所有制改革是新一轮国企改革成功的关键,混合所有制改革过程中如何发挥异质性股东的治理效应,成为当下重要的议题。从混改的动因、混改与公司治理、混改的经济后果,以及影响因素4个方面,对混合所有制改革... 详细信息

坚持以“混”促“改”为方向的所有制改革是新一轮国企改革成功的关键,混合所有制改革过程中如何发挥异质性股东的治理效应,成为当下重要的议题。从混改的动因、混改与公司治理、混改的经济后果,以及影响因素4个方面,对混合所有制改革的现有研究进行梳理,发现现有研究存在不足,遂提出未来进一步研究的方向:不同类型的国有企业混改动机的差异,党组织参与治理与公司治理的关系及其效果,“反向混改”中委派高层参与治理的效果,制度环境、市场化程度、行业竞争程度、信息披露机制等对混合所有制改革的影响。该研究可以为混合所有制改革的相关研究和实践提供有益的启示。

关键词：所有制改革混合所有制改革国企改革公司治理治理效应

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高平均功率高次谐波光源的研究进展(特邀)

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光子学报 2024年第6期53卷 13-25页

作者：孟黎辉兰鹏飞陆培祥华中科技大学武汉光电国家研究中心物理学院武汉430074

阿秒激光脉冲(10-18 s)具有超高的时间分辨率,可以用于实现原子分子内的电子动力学的探测,这使阿秒科学成为超快光学领域里最受关注的研究前沿。传统的钛宝石飞秒激光驱动的高次谐波阿秒脉冲平均功率较低。最近,高平均功率的掺镱激光发... 详细信息

阿秒激光脉冲(10-18 s)具有超高的时间分辨率,可以用于实现原子分子内的电子动力学的探测,这使阿秒科学成为超快光学领域里最受关注的研究前沿。传统的钛宝石飞秒激光驱动的高次谐波阿秒脉冲平均功率较低。最近,高平均功率的掺镱激光发展迅速,为产生高功率高次谐波阿秒脉冲提供了良好的驱动源。本文回顾了近二十年高重频的高次谐波光源的平均功率和最高光子能量逐步提高的研究进展,并介绍了高重频高次谐波阿秒脉冲在泵浦探测实验和相干成像等方面的应用和前景。

关键词：高次谐波阿秒脉冲高平均功率极紫外掺镱激光器

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豫北两熟区不同夏播作物对后茬冬小麦中后期群体微环境及产量的影响

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麦类作物学报 2024年第4期44卷 485-495页

作者：邵云杨俊华刘玘王鹏飞王岚河南师范大学生命科学学院河南新乡453007

为探讨不同夏播作物前茬对后茬冬小麦生长和产量的影响,在河南省新乡市获嘉县开展田间二因素试验,设置两个不同施肥水平(常规施肥和不施氮肥)和三种夏播作物前茬(玉米、大豆和花生),分析小麦拔节期至成熟期叶面积指数(LAI)、叶夹角(LA)... 详细信息

为探讨不同夏播作物前茬对后茬冬小麦生长和产量的影响,在河南省新乡市获嘉县开展田间二因素试验,设置两个不同施肥水平(常规施肥和不施氮肥)和三种夏播作物前茬(玉米、大豆和花生),分析小麦拔节期至成熟期叶面积指数(LAI)、叶夹角(LA)、光合有效辐射(PAR)、叶片叶绿素含量(SPAD)、叶绿素荧光(F_(v)/F_(m)),以及土壤含水量(SWC)、土壤温度(Ts)和土壤呼吸速率(Rs)变化,并在成熟期测定小麦产量及其构成因素。结果表明,与常规施肥(CK)相比,不施氮肥条件下不同前茬的小麦LA略增,而LAI、IPAR、SPAD、F_(v)/F_(m)、SWC、Ts和Rs均有所降低。不施氮肥条件下,花生前茬的小麦LAI、IPAR、SPAD、F_(v)/F_(m)、SWC、Ts和Rs均显著低于其他两种前茬(P<0.05),其中花生、大豆和玉米前茬的SWC较CK的降幅分别为13.56%、13.39%和10.77%。与CK相比,不施氮肥条件下,花生前茬的小麦LA较CK的增幅在3种前茬中居中,小麦株型较为紧凑,有利于改善植株下层光合辐射,为群体生长创造良好的光合和土壤条件,其产量较玉米和大豆前茬分别高20.0%和21.9%;玉米前茬的整体表现不如大豆和花生前茬,但其和花生前茬的小麦千粒重和群体数均较高,因而产量居中;大豆前茬的小麦结实小穗数和干物质量较高,但其小麦千粒重较低,最终籽粒产量也较低。综合来看,在两熟种植模式中,选用花生作为冬小麦的前茬作物是豫北地区一年两熟区作物配置的一种较优选择。

关键词：豫北地区一年两熟制冬小麦前茬作物产量群体生长

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黄河流域中游地下水干旱演变规律及其对植被变化的响应

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灌溉排水学报 2024年第5期43卷 105-112页

作者：黄润泽武蓉张三策兰鹏飞姚宁西北农林科技大学陕西杨凌712100

【目的】明确黄河流域中游地下水干旱时空演变规律。【方法】基于GRACE/GRACE-FO卫星数据和GLDAS数据计算标准化地下水干旱指数SGDI,利用改进的Mann-Kendall趋势检验研究和识别黄河流域中游的地下水干旱时空演变规律,利用Spearman相关... 详细信息

【目的】明确黄河流域中游地下水干旱时空演变规律。【方法】基于GRACE/GRACE-FO卫星数据和GLDAS数据计算标准化地下水干旱指数SGDI,利用改进的Mann-Kendall趋势检验研究和识别黄河流域中游的地下水干旱时空演变规律,利用Spearman相关分析研究地下水干旱对植被变化的响应。【结果】①黄河流域中游地下水储量异常以-0.027mm/d的速率变化,时空分布极不均匀。②地下水干旱时间上分布不均匀,在2018年之后发生中度甚至重度的地下水干旱,且SGDI的Theil-Sen变化率为-4.10×10^(-4)/d,未来地下水干旱有显著的增加趋势。③地下水干旱空间上分布不均匀,干旱增加趋势面积占比为63.02%,未来干旱恶化趋势增加,出现自西南向东北加剧现象。④植被变化对地下水干旱的驱动作用不显著。【结论】黄河流域中游地下水干旱较严重,地下水干旱对植被变化存在不显著的响应。

关键词： GRACE 地下水干旱指数时空变化成因分析黄河流域中游

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