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Amorphous Iridium Oxide-Integrated Anode Electrodes with Ultrahigh Material Utilization for Hydrogen Production at Industrial Current Densities

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Nano-Micro Letters 2024年第10期16卷 225-239页

作者： Lei Ding Kui Li weitian wang Zhiqiang Xie Shule Yu Haoran Yu David ACullen Alex Keane Kathy Ayers Christopher BCapuano Fangyuan Liu Pu-Xian Gao Feng-Yuan Zhang Department of Mechanical Aerospace and Biomedical EngineeringUniversity of TennesseeKnoxvilleTN 37996USA Oak Ridge National Lab Center for Nanophase Materials SciencesOak RidgeTN 37831USA Nel Hydrogen WallingfordCT 06492USA Institute of Materials Science University of ConnecticutStorrsCT 06269USA Department of Materials Science and Engineering University of ConnecticutStorrsCT 06269USA

Herein,ionomer-free amorphous iridium oxide(IrO_(x))thin electrodes are first developed as highly active anodes for proton exchange membrane electrolyzer cells(PEMECs)via low-cost,environmentally friendly,and easily scalable electrodeposition at room *** with a Nafion 117 membrane,the IrO_(x)-integrated electrode with an ultralow loading of 0.075 mg cm^(-2)delivers a high cell efficiency of about 90%,achieving more than 96%catalyst savings and 42-fold higher catalyst utilization compared to commercial catalyst-coated membrane(2 mg cm^(-2)).Additionally,the IrO_(x)electrode demonstrates superior performance,higher catalyst utilization and significantly simplified fabrication with easy scalability compared with the most previously reported ***,the remarkable performance could be mainly due to the amorphous phase property,sufficient Ir^(3+)content,and rich surface hydroxide groups in ***,due to the high activity,high cell efficiency,an economical,greatly simplified and easily scalable fabrication process,and ultrahigh material utilization,the IrO_(x)electrode shows great potential to be applied in industry and accelerates the commercialization of PEMECs and renewable energy evolution.

关键词： Ionomer-free Amorphous IrOx electrodes Ultrahigh material utilization Scalable electrodeposition Hydrogen production

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Epitaxial growth and in-plane dielectric properties of orthorhombic HoMnO_3 films

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Science China(Physics,Mechanics & Astronomy) 2014年第10期57卷 1875-1878页

作者： GAO Ping wang weitian ZHANG Wei SUN YuMing Institute of Opto-Electronic Information Science and Technology Yantai University

Orthorhombic HoMnO3(HMO) thin films were grown epitaxially on LaAlO3(001) substrates by using pulsed laser deposition technique. The films showed perfect orthorhombic crystallization and were well-aligned with the substrates. The in-plane dielectric constant and loss of HMO films were measured as functions of temperature(80–300 K) and frequency(120 Hz–100 kHz) by using coplanar interdigital electrodes. Two thermally activated dielectric relaxations were found, and the respective peaks shifted to higher temperatures as the measuring frequency increased. The in-plane dielectric properties of epitaxial orthorhombic HMO films were considered as universal dielectric response behavior, and the dipolar effects and the hopping conductivity induced by the charge carriers were used to explain the results.

关键词： dielectric properties interdigital electrodes HoMnO3 thin films orthorhombic

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Orthorhombic HoMnO_3/Nb-doped SrTiO_3 epitaxial heterojunctions fabricated by pulsed laser deposition

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Science China(Physics,Mechanics & Astronomy) 2011年第11期54卷 1977-1980页

作者： ZHAO YuJie YUAN DeHua ZHANG LiXin DAI ZhenHong wang weitian Institute of Opto-Electronic Information Science and Technology Yantai University Yantai 264005 China

Orthorhombic HoMnO 3 films with a-axis orientations were prepared epitaxially on Nb-1.0wt%-doped SrTiO 3 single crystal substrates by using the pulsed laser deposition technique to fabricate all-oxide heterojunctions.X-ray diffraction and atomic force microscopy were then used to characterize the *** temperature dependent current-voltage measurement displayed diode-like rectifying behavior,and the forward current was perfectly fitted using the thermionic emission *** ideality factor and built-in potential were suggested.

关键词： heterojunctions orientation rectifying behavior

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Behaviors of helium in vanadium:Stability,diffusion,vacancy trapping and ideal tensile strength

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Progress in Natural Science:Materials International 2013年第5期23卷 459-463页

作者： Lijiang Gui Yuelin Liu weitian wang Yinan Liu Kameel Arshad Ying Zhang Guanghong Lu Junen Yao Department of Physics and Key Laboratory of Micro-nano Measurement-Manipulation and Physics (Ministry of Education) Beihang University Department of Physics Yantai University

The behaviors of helium in vanadium including stability,diffusion,and its interaction with vacancy as well as its effects on the ideal tensile strength was investigated by a frst-principles *** activation energy barrier of helium was calculated to be 0.09 eV,which is consistent with the experimental *** results indicated that the vacancy can lead to a directed helium segregation into the vacancy to form a helium cluster since the vacancy provides a "lower atomic and electron density region" as a large driving force for helium *** is easy for a mono-vacancy to trap helium and form a Hen V *** frst-principles computational tensile test demonstrates that helium obviously decreased the tensile strength of vanadium.

关键词： Vanadium Helium Vacancy Tensile strength

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Electrochemically Grown Ultrathin Platinum Nanosheet Electrodes with Ultralow Loadings for Energy-Saving and Industrial-Level Hydrogen Evolution

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Nano-Micro Letters 2023年第9期15卷 257-274页

作者： Lei Ding Zhiqiang Xie Shule Yu weitian wang Alexander Y.Terekhov Brian K.Canfield Christopher B.Capuano Alex Keane Kathy Ayers David A.Cullen Feng-Yuan Zhang Nanodynamics and High-Efficiency Lab for Propulsion and Power Department of MechanicalAerospace&Biomedical EngineeringUT Space Institute(University of Tennessee-Knoxville)TullahomaTN 37388USA Center for Laser Applications UT Space Institute(University of Tennessee-Knoxville)TullahomaTN 37388USA Nel Hydrogen WallingfordCT 06492USA Oak Ridge National Laboratory Center for Nanophase Materials SciencesOak RidgeTN 37831USA

Nanostructured catalyst-integrated electrodes with remarkably reduced catalyst loadings,high catalyst utilization and facile fabrication are urgently needed to enable cost-effective,green hydrogen production via proton exchange membrane electrolyzer cells(PEMECs).Herein,benefitting from a thin seeding layer,bottom-up grown ultrathin Pt nanosheets(Pt-NSs)were first deposited on thin Ti substrates for PEMECs via a fast,template-and surfactant-free electrochemical growth process at room temperature,showing highly uniform Pt surface coverage with ultralow loadings and vertically well-aligned nanosheet *** with an anode-only Nafion 117 catalyst-coated membrane(CCM),the Pt-NS electrode with an ultralow loading of 0.015 mgPt cm−2 demonstrates superior cell performance to the commercial CCM(3.0 mgPt cm^(−2)),achieving 99.5%catalyst savings and more than 237-fold higher catalyst *** remarkable performance with high catalyst utilization is mainly due to the vertically well-aligned ultrathin nanosheets with good surface coverage exposing abundant active sites for the electrochemical ***,this study not only paves a new way for optimizing the catalyst uniformity and surface coverage with ultralow loadings but also provides new insights into nanostructured electrode design and facile fabrication for highly efficient and low-cost PEMECs and other energy storage/conversion devices.

关键词： Seeding layer Electrochemically grown Pt nanosheet Ultralow loadings High catalyst utilization Hydrogen evolution

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脉冲激光沉积法制备钛酸锶钡薄膜及其光电性质

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光学学报 2008年第4期28卷 804-808页

作者：王艳敏孟海卫王燕王伟田烟台大学光电信息学院山东烟台264005

用脉冲激光沉积技术制备了钛酸锶钡(Ba0.5Sr0.5TiO3)薄膜。用X射线光电子能谱和原子力显微镜分别分析了薄膜的化学组分和表面形貌。在交流信号为50mV和100kHz时测量了薄膜的介电系数和介电损耗随外加电场的变化关系,得出最高的介电可调... 详细信息

用脉冲激光沉积技术制备了钛酸锶钡(Ba0.5Sr0.5TiO3)薄膜。用X射线光电子能谱和原子力显微镜分别分析了薄膜的化学组分和表面形貌。在交流信号为50mV和100kHz时测量了薄膜的介电系数和介电损耗随外加电场的变化关系,得出最高的介电可调率达到45%。利用单光束纵向Z扫描的方法研究了薄膜的非线性光学性质,得到非线性折射率为5.04×10-6cm2/kW,非线性吸收系数为3.59×10-6m/W,测量所用光源的波长为532nm,脉宽为55ps,表明Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜有较快的非线性光学响应。

关键词：薄膜光学脉冲激光沉积介电系数非线性 Z扫描

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Effect of Ba/Sr ratio on the nonlinear optical properties of Ba_(1-x)Sr_(x)TiO_(3)(x = 0.1–0.9) thin films

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Chinese Optics Letters 2023年第4期21卷 74-79页

作者：王得鹏牛瑞峰崔立棋王伟田 School of Physics and Electronic Information Yantai UniversityShandong 264005China

Perovskite-structured barium strontium titanate[Ba_(1-x)Sr_(x)Ti O_(3),x=0.1–0.9] films have been epitaxially fabricated by using a pulsed-laser deposition *** third-order nonlinear optical properties were studied through a z-scan method,allowing the resolution of the nonlinear refractive and absorptive contributions to the *** all the samples show almost the same value of nonlinear absorption coefficient,the extracted nonlinear refractive index of the sample of x=0.3 is apparently larger than that of other *** of the nonlinear optical properties on the Ba/Sr ratio is discussed in terms of the crystal phase transformation and metal-oxygen bond length of the selected materials.

关键词： nonlinear optical properties thin films phase transformation pulsed-laser deposition

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红外分子标记测速法

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实验流体力学 2023年第5期37卷 41-48页

作者：胡臻宋子豪王巍添朱宁超星清华大学能源与动力工程系北京100084 清华大学航天航空学院北京100084

分子标记测速法(MTV)和粒子成像测速法(PIV)常被用于流动显示和流场成像测量,但在示踪粒子跟随性差、示踪粒子分布不均匀时,示踪粒子的引入会给PIV带来速度测量系统误差,而不需引入示踪粒子的MTV因荧光寿命长度限制,主要应用在高速和超... 详细信息

分子标记测速法(MTV)和粒子成像测速法(PIV)常被用于流动显示和流场成像测量,但在示踪粒子跟随性差、示踪粒子分布不均匀时,示踪粒子的引入会给PIV带来速度测量系统误差,而不需引入示踪粒子的MTV因荧光寿命长度限制,主要应用在高速和超声速流动测量中。为了发展无需示踪粒子、可适用于低速气流场的二维流速成像方法,本文介绍了一种基于激光诱导红外荧光的新型分子标记测速法,并在二氧化碳气体轴对称湍流射流中进行了速度测量与验证。在红外分子标记测速法中,通过红外脉冲激光选择性激发气体小分子的共振振动能级跃迁实现分子的标记,随后通过红外相机对不同时刻下跟随流场流动的激发态分子记录其发射荧光分布,进而处理得到流动速度场信息。通过考虑分子振动能量传递过程模型、有限荧光寿命、横向速度分量和分子扩散运动对荧光分布的影响,实现从荧光分布图像定量获取速度场分布。将该方法应用于5~51 m/s速度的二氧化碳湍流射流中,得到了射流轴向速度的径向分布,速度测量的相对不确定度优于8%,径向空间分辨率达到107μm,且该速度分布与湍流射流理论结果及前人实验测量结果符合较好。利用该方法分辨了射流在不同轴向位置的径向速度分布,观察到了射流从势核区到充分发展区的演变。利用该方法可以获得低速气流场的高分辨瞬时速度成像,后续通过提高红外激光的脉冲功率、激发效率和重复频率,可以进一步提高该方法的测量精度、空间分辨率和时间分辨率,从而有潜力在近壁面流动、微尺度流动和大梯度流动等粒子示踪不适合用场景中提供定量流场测量的有效途径。

关键词：分子标记测速法轴对称湍流气相射流红外激光诱导荧光低速气流场速度成像

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Au-BaTiO_3复合薄膜的脉冲激光沉积制备及其非线性光学效应

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光学学报 2006年第8期26卷 1265-1268页

作者：王伟田孙玉明戴振宏关东仪烟台大学光电信息科学技术学院烟台264005 中科院物理所光物理国家重点实验室北京100086

利用脉冲激光沉积技术制备了掺杂金纳米颗粒的钛酸钡复合薄膜Au-BaTiO3，用高分辨透射电镜和X射线光电子能谱对薄膜进行了表征。从透射电镜照片可以看出，制备的样品中金颗粒大小约为2～3nm，呈球形，均匀分布在载体介质中。X射线光电... 详细信息

利用脉冲激光沉积技术制备了掺杂金纳米颗粒的钛酸钡复合薄膜Au-BaTiO3，用高分辨透射电镜和X射线光电子能谱对薄膜进行了表征。从透射电镜照片可以看出，制备的样品中金颗粒大小约为2～3nm，呈球形，均匀分布在载体介质中。X射线光电子能谱给出了Ba3d、Ti2p和Au4f电子芯能级结合能，结果表明载体介质是以BaTiO3的形式存在，而Au以金属的状态掺杂其中。330-800nm范围的线性吸收谱表明样品中Au颗粒的共振吸收峰在500nm附近。用单光束纵向扫描方法测量了样品的三阶非线性光学效应，使用的光源为调Q的YAG激光器，波长为532nm，脉宽为10ns，得到的非线性折射率和非线性吸收系数分别为-2．42×10^-6esu和2．22×10μm／w，表明了Au-BaTiO3复合薄膜有较大的非线性光学响应。

关键词：薄膜光学光学非线性脉冲激光沉积 Z扫描

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基于溶液燃烧法制备NiO/ZnO纳米线异质结紫外探测器

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材料科学与工程学报 2019年第1期37卷 1-4,55页

作者：王渭天何海平叶志镇浙江大学材料科学与工程学院浙江杭州310027

本研究采用溶液燃烧法制备NiO纳米晶材料,采用水热法制备ZnO单晶纳米线,并采用提拉法将ZnO和NiO两者复合,制备出结构简单、重复性良好的NiO/ZnO异质结结构的紫外探测器。光电流测试表明其对365nm紫外光的探测灵敏度在0.9V时达到13.3。... 详细信息

本研究采用溶液燃烧法制备NiO纳米晶材料,采用水热法制备ZnO单晶纳米线,并采用提拉法将ZnO和NiO两者复合,制备出结构简单、重复性良好的NiO/ZnO异质结结构的紫外探测器。光电流测试表明其对365nm紫外光的探测灵敏度在0.9V时达到13.3。光致发光测试表明,NiO/ZnO异质结中缺陷的减少和载流子复合的抑制是其良好性能的主要原因。结果表明,燃烧法是一种有前途的制备NiO纳米晶的方法,并可用于制备性能良好的光电器件。

关键词：紫外探测器燃烧法

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