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静电纺丝法合成S型异质结CoTiO_(3)/g-C_(3)N_(4)纳米纤维及其增强的可见光光催化活性研究

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第4期59卷 237-249页

作者：杨令坤李宗军王鑫李铃铃陈哲吉林化工学院材料科学与工程学院吉林吉林132022 宁夏大学化学化工学院国家实验化学教学示范中心煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室宁夏银川750021

随着社会的高速发展,化石燃料的消耗量急剧上升,这不仅导致了能源的短缺,而且引发了二氧化碳(CO_(2))及其他有害气体的过量排放,造成环境污染.利用太阳能将CO_(2)光催化转化为碳基燃料是解决上述问题的一种有效途径.在众多半导体光催化... 详细信息

随着社会的高速发展,化石燃料的消耗量急剧上升,这不仅导致了能源的短缺,而且引发了二氧化碳(CO_(2))及其他有害气体的过量排放,造成环境污染.利用太阳能将CO_(2)光催化转化为碳基燃料是解决上述问题的一种有效途径.在众多半导体光催化材料中,钙钛矿氧化物(CoTiO_(3))由于具有独特的电子和晶体结构以及较好的稳定性而备受关注.然而,由于单一半导体光催化剂中光生电子-空穴对的复合率较高,导致其催化还原CO_(2)的能力有限,制约了其在可见光催化反应中的实际应用.研究发现,构建异质结是提高半导体光催化还原CO_(2)效率的重要策略之一,因此寻找可与CoTiO_(3)能带结构很好匹配的半导体材料至关重要.近年来,有机聚合物g-C_(3)N_(4)因具有独特的层状结构、较好的热稳定性和化学稳定性,对可见光响应性能良好而受到人们的关注.本研究旨在构建g-C_(3)N_(4)与CoTiO_(3)的S型异质结,以优化体系中光生载流子分离效率,从而有效提升光催化性能.本文首先采用静电纺丝法制备出CoTiO_(3)纳米纤维,然后通过一步煅烧法构建CoTiO_(3)/g-C_(3)N_(4)S型异质结光催化剂.X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪、扫描电镜和透射电镜结果证实成功制得了CoTiO_(3)/g-C_(3)N_(4)复合光催化剂.在可见光照射下,测试了不同CoTiO_(3)质量百分含量(0.5%,1%,1.5%,2%和3%,命名为0.5%CTO/CN,1%CTO/CN,1.5%CTO/CN,2%CTO/CN和3%CTO/CN)的CoTiO_(3)/g-C_(3)N_(4)S型异质结光催化剂对CO_(2)的还原能力(反应时间为4 h).结果发现,2%CTO/CN催化剂显示出最高的光催化性能,其催化生成CO和CH4的产率分别为46.5和0.825 mol g^(-1) h^(-1),且生成CO的选择性为98.3%.同时,为了进一步验证光催化性能增强规律,作为补充实验,进行了盐酸四环素(TCH)、土霉素(OTC)和氧氟沙星(OFX)光催化降解实验.结果表明,2%CTO/CN表现出最高的光催化降解效率,2%CTO/CN在光催化CO_(2)还原和抗生素降解方面均表现出较好的催化性能,这归因于g-C_(3)N_(4)与CoTiO_(3)之间S型异质结的形成.此外,为了讨论光催化还原CO_(2)的选择性,采用原位红外和理论计算得到中间体的活化过程及其吉布斯自由能,并利用同位素标定实验进一步确认了光催化还原CO_(2)反应产物中碳源均来自于CO_(2)气氛.经过稳态荧光、时间分辨荧光、瞬态光电流响应和电化学阻抗图谱测试进一步验证表明,2%CTO/CN异质结的形成降低了光生电子-空穴对的复合率和界面电荷转移电阻,为电荷转移提供了更好的路径,从而提高了光催化性能.为了深入探究S型异质结的反应机理,通过原位X射线光电子能谱、原位电子顺磁共振和密度泛函理论计算研究了光照前后界面处电子流向.具体来说,在g-C_(3)N_(4)和CoTiO_(3)接触之前,g-C_(3)N_(4)的功函数小于CoTiO_(3),费米能级高于CoTiO_(3);当g-C_(3)N_(4)和CoTiO_(3)接触时,电子会从g-C_(3)N_(4)转移到CoTiO_(3),直到它们的费米能级达到平衡.此时,g-C_(3)N_(4)侧的界面电子耗尽,CoTiO_(3)侧的界面电子富集,使g-C_(3)N_(4)的带边向上弯曲带正电,而CoTiO_(3)的带边向下弯曲带负电.从而,在CTO/CN的界面处形成了内建电场(IEF),阻碍电子从g-C_(3)N_(4)向CoTiO_(3)的持续流动.光照时,光子同时被CoTiO_(3)和g-C_(3)N_(4)吸收,激发电子从价带跃迁至相应的导带.随后,在形成的IEF驱动下,CoTiO_(3)中的光生电子倾向于迁移到g-C_(3)N_(4),与g-C_(3)N_(4)中的光生空穴结合,使得体系中还原性和氧化性更强的电子和空穴得以保留,从而进一步提高光催化性能.综上,S型电荷转移途径不仅促进了光生载流子的分离,使得更多电子参与反应,而且同时保留了还原性和氧化性较强光生电子和空穴,因此,CTO/CN在光催化还原CO_(2)和降解抗生素方面表现出较好的性能.本文为基于g-C_(3)N_(4)的S型异质结材料在CO_(2)光还原和抗生素降解领域的应用提供参考.

关键词：静电纺丝 S型异质结 g-C_(3)N_(4) 光催化降解光催化还原CO_(2)

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城市群轨道交通直通线路优化设置方法

吉林大学学报（工学版） 2024年第3期54卷 711-718页

作者：吴文静熊康贝贾洪飞罗清玉吉林大学交通学院长春130022

为满足城市群范围内旅客直达出行需求,提出了以多层次轨道交通衔接为基础的直通线路规划方案,探讨了不同方案带来的客运系统增益效果。基于超网络理论构建了城市群超网络模型,量化了旅客超路径的广义出行费用。构建了直通线路最优选择... 详细信息

为满足城市群范围内旅客直达出行需求,提出了以多层次轨道交通衔接为基础的直通线路规划方案,探讨了不同方案带来的客运系统增益效果。基于超网络理论构建了城市群超网络模型,量化了旅客超路径的广义出行费用。构建了直通线路最优选择方案的双层规划模型:上层规划综合考虑运输商的利润和设置直通线路所节约的旅客出行成本;下层规划为城市群多方式交通系统的平衡分配模型,采用遗传算法和相继平均法求解上下层模型。最后,以京津冀城市群内衔接主要枢纽的客运线路为例对模型进行有效性验证,对直通线路设置规模的合理性进行论证。结果表明:在北京首都国际机场、北京站、北京西站、北京南站和天津站这5个枢纽之间,可开通备选直通线路11条,最佳直通线路编号为1、2、5、6、7、9;目前合理的直通线路规模为3条,开通之后的系统效益将提升28.03%,旅客平均出行时间降低10.02%。

关键词：综合运输轨道直通线路双层规划模型城市群出行超网络广义出行费用

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基于位置跟踪的机械臂多电机新型滑模控制策略

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吉林大学学报（工学版） 2024年第5期54卷 1443-1458页

作者：王宏志王婷婷兰淼淼徐硕长春工业大学计算机科学与工程学院长春130012

为了解决多电机驱动的机械臂系统在复杂环境运行时,其关节位置容易受到负载等外界干扰,导致位置的跟踪误差及同步误差较大,造成系统工作性能下降等问题,提出了一种新型多电机环形耦合控制策略(NRCC)。NRCC中设置了同步比例系数保证多电... 详细信息

为了解决多电机驱动的机械臂系统在复杂环境运行时,其关节位置容易受到负载等外界干扰,导致位置的跟踪误差及同步误差较大,造成系统工作性能下降等问题,提出了一种新型多电机环形耦合控制策略(NRCC)。NRCC中设置了同步比例系数保证多电机协调运行;设计了自抗扰补偿控制器和相邻平均误差处理器,自抗扰补偿控制器通过相邻平均误差信号对电机位置控制信号进行二次补偿,减小了多电机间的同步误差;同时,提出了一种自适应神经模糊推理系统(ANFIS)优化的新型指数趋近率滑模跟踪控制器(ANFIS-SMC)和扰动观测器保证电机的位置跟踪性能。仿真结果表明:该控制策略有效地减小了多电机间的同步误差,保证了电机的高精度跟踪性能。

关键词：控制理论与控制工程机械臂多电机环形耦合控制自适应神经模糊推理系统滑模跟踪控制器

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折/衍混合光学系统在纳型星敏感器中的应用

光子学报 2024年第6期53卷 251-263页

作者：邓骞张国玉孟遥孙高飞杜宗育长春理工大学光电工程学院长春130022 光电测控与光电信息传输技术教育部重点实验室长春130022 吉林省光电测控仪器工程技术研究中心长春130022

微纳卫星是一种新兴的微小卫星,与之适配的纳型星敏感器的光学系统应在小型化的同时实现大相对孔径、高成像质量。针对这一需求,由星敏感器的系统设计精度和探测星等分配了光学系统设计参数及指标,设计了一种全视场17°、焦距25 mm、相... 详细信息

微纳卫星是一种新兴的微小卫星,与之适配的纳型星敏感器的光学系统应在小型化的同时实现大相对孔径、高成像质量。针对这一需求,由星敏感器的系统设计精度和探测星等分配了光学系统设计参数及指标,设计了一种全视场17°、焦距25 mm、相对孔径1∶1.086、光学系统总长36.4 mm的七片式折衍混合结构的星敏感器光学系统。根据衍射元件的负色散特性,用折衍混合透镜代替常规材料正负透镜组合的方式减少了镜片数量,缩短了光学系统长度,并提高了光学系统的成像质量,使点扩散函数趋于正态分布,有利于质心提取精度的提高。所设计的光学系统在3×3像元内的能量集中度超过90%;最大畸变仅0.013%;全视场垂轴色差小于0.6μm。通过标量衍射理论计算衍射元件在520~780 nm内衍射效率可以达80%以上,通过杂散光分析软件ASAP对系统进行了视场内鬼像分析,系统在多级衍射时探测目标成像光斑路径下的光通量与最亮鬼像光斑路径下的光通量之比大于3.17×10^(4),验证了在极限星等为6.5时满足信噪比大于8.1的结论。最后对所设计的系统进行了公差分析,结果表明加工后该光学系统可满足微纳卫星对星敏感器的使用要求。

关键词：纳型星敏感器光学设计折衍混合光学系统大相对孔径衍射面鬼像

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N,N-二甲基甲酰胺促进的富勒烯稠合噁唑啉衍生物的合成

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有机化学 2024年第1期44卷 242-250页

作者：徐利军李宗军韩福社高翔中国科学院长春应用化学研究所绿色化学与过程实验室长春130022 中国科学技术大学应用化学与工程学院合肥230026 吉林化工学院材料科学与工程学院吉林132022

富勒烯稠合噁唑啉衍生物的合成已建立多种方法,但绝大多数方法仅限于芳香族类底物.发展了一种N,N-二甲基甲酰胺(DMF)促进富勒烯C60与酰胺类底物在碱性条件下合成富勒烯稠合噁唑啉的方法,该方法对脂肪族和芳香族酰胺均具有较好的兼容性,... 详细信息

富勒烯稠合噁唑啉衍生物的合成已建立多种方法,但绝大多数方法仅限于芳香族类底物.发展了一种N,N-二甲基甲酰胺(DMF)促进富勒烯C60与酰胺类底物在碱性条件下合成富勒烯稠合噁唑啉的方法,该方法对脂肪族和芳香族酰胺均具有较好的兼容性,能以27%~62%的收率成功合成了一系列富勒烯稠合噁唑啉衍生物.实验结果表明N,N-二甲基甲酰胺(DMF)在此反应中作为共溶剂,可以显著提高目标化合物的收率.现场可见近红外吸收光谱和对照实验研究表明,富勒烯稠合噁唑啉二负离子是反应的关键中间体,DMF有利于此二负离子的生成并对此二负离子起到稳定作用.电化学性质研究显示,富勒烯稠合噁唑啉产物的噁唑啉环上不含取代基和含芳基取代基的衍生物,其起始还原电位相对于C60无明显变化,但噁唑啉环上含脂肪烷基的衍生物的起始还原电位有较大负移,达到0.1 V.

关键词：富勒烯稠合噁唑啉衍生物亲核反应 N,N-二甲基甲酰胺现场可见近红外吸收光谱电化学性质

基于硫化铅量子点可饱和吸收体的锁模光纤激光器

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光子学报 2024年第6期53卷 145-152页

作者：高博峰王路张贺张崇长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室长春130022 陆军驻长春地区第一军事代表室长春130033

通过优化后的热注入法制备得到硫化铅胶体量子点,再利用匀胶机两步旋涂的方法使材料平铺在小块羧甲基纤维素薄膜上,并将其作为可饱和吸收体应用于光纤激光器中,实现稳定的锁模。制备的硫化铅量子点可饱和吸收薄膜的调制深度和饱和强度... 详细信息

通过优化后的热注入法制备得到硫化铅胶体量子点,再利用匀胶机两步旋涂的方法使材料平铺在小块羧甲基纤维素薄膜上,并将其作为可饱和吸收体应用于光纤激光器中,实现稳定的锁模。制备的硫化铅量子点可饱和吸收薄膜的调制深度和饱和强度分别约为26.46%和6.75 MW/cm^(2),非饱和损耗为6.42%。测试结果表明该薄膜具有更小的非饱和损耗以及更好的重复性和一致性。采用该薄膜作为可饱和吸收体的光纤激光器能在47 mW的泵浦功率处开始实现自启动锁模,且能够实现长时间稳定的锁模激光输出。研究结果为硫化铅量子点可饱和吸收体在光纤激光器中的后续应用奠定了基础。

关键词：光纤激光器锁模热注入法硫化铅量子点可饱和吸收体自启动

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直链淀粉含量对玉米淀粉-茶多酚乳液凝胶稳定性质的影响

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食品科学 2024年第6期45卷 41-47页

作者：王然长春职业技术学院食品与生物学院吉林长春130033

将不同直链含量的玉米淀粉分别与茶多酚(tea polyphenols,TP)进行共热反应,制备玉米淀粉-TP凝胶,并将其用于稳定食品级乳液凝胶。通过检测不同直链含量的玉米淀粉-TP凝胶及其稳定的乳液凝胶的微观结构、流变学特性和乳化性能,探究直链... 详细信息

将不同直链含量的玉米淀粉分别与茶多酚(tea polyphenols,TP)进行共热反应,制备玉米淀粉-TP凝胶,并将其用于稳定食品级乳液凝胶。通过检测不同直链含量的玉米淀粉-TP凝胶及其稳定的乳液凝胶的微观结构、流变学特性和乳化性能,探究直链淀粉含量对玉米淀粉-TP凝胶稳定的乳液凝胶性质的影响。结果发现,不同直链含量的玉米淀粉凝胶中TP的保留量不同,致使玉米淀粉-TP凝胶的微观结构不同。随着直链淀粉含量减少,玉米淀粉-TP凝胶稳定乳液凝胶中的油滴尺寸减小,乳液凝胶的黏度和黏弹性增加,说明乳液凝胶中形成了网络结构。通过冷冻电子显微镜观察发现,随着直链淀粉含量减少,乳液凝胶中形成了结构紧密的网络基质。这些凝胶网络基质附着在油滴周围,阻碍油滴聚结,从而保持乳液凝胶长期稳定。本研究为食品工业开发淀粉基乳液凝胶以及生物活性成分递送载体提供了一定的理论依据。

关键词：玉米淀粉茶多酚乳液凝胶微观结构流变性

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EGCG对淀粉基乳液凝胶性质的影响

农业工程学报 2024年第4期40卷 329-336页

作者：王然长春职业技术学院食品与生物学院长春130033

为探究表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechin gallate,EGCG)对蜡质玉米淀粉凝胶及其稳定的乳液凝胶性质的影响,该研究在制备淀粉凝胶的过程中添加EGCG,研究EGCG对淀粉凝胶结构性质、流变性质和乳化性质的影响。结果发现,添加EGCG... 详细信息

为探究表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechin gallate,EGCG)对蜡质玉米淀粉凝胶及其稳定的乳液凝胶性质的影响,该研究在制备淀粉凝胶的过程中添加EGCG,研究EGCG对淀粉凝胶结构性质、流变性质和乳化性质的影响。结果发现,添加EGCG可导致淀粉凝胶网络结构孔径增加、剪切应力和黏弹性增加。通过激光共聚焦荧光显微镜和冷冻电镜观察发现,不同EGCG添加量的淀粉凝胶能够在油滴表面形成不同的包覆结构,其中,EGCG添加量为12%的淀粉凝胶在油滴表面形成了均匀的凝胶网络包覆结构,能够抑制油滴聚结,形成的乳液凝胶在室温下贮藏1 a仍然具有良好的物理稳定性。这表明添加EGCG的淀粉凝胶能够作为乳化剂和凝胶剂用于构建食品级乳液凝胶,对食品和药品工业开发新型淀粉基乳液递送载体具有潜在应用价值。

关键词：玉米淀粉乳液凝胶表没食子儿茶素没食子酸酯微观结构流变性

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基于梯度转移和自编码器的红外与可见光图像融合

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吉林大学学报（工学版） 2024年第6期54卷 1777-1787页

作者：李延风刘名扬胡嘉明孙华栋孟婕妤王奥颖张涵玥杨华民韩开旭长春理工大学计算机科学技术学院长春130022 长春理工大学人工智能学院长春130022 北部湾大学电子与信息工程学院广西钦州535011

针对红外与可见光图像融合过程中图像特征提取不充分、易丢失中间层信息和训练时间长的问题,本文提出一种基于梯度转移结合自编码器的端到端轻量级图像融合网络结构。该网络结构由编码器、融合层和解码器三部分组成。首先,将Bottleneck... 详细信息

针对红外与可见光图像融合过程中图像特征提取不充分、易丢失中间层信息和训练时间长的问题,本文提出一种基于梯度转移结合自编码器的端到端轻量级图像融合网络结构。该网络结构由编码器、融合层和解码器三部分组成。首先,将Bottleneck块引入编码器当中,利用卷积层和Bottleneck块对输入的红外图像和可见光图像进行特征提取得到深度特征图,将梯度提取算子引入融合层,对获得的深度特征图进行处理获得对应的梯度图。其次,将每张深度特征图和对应的梯度图在融合层通过融合层策略对应融合,重新设计损失函数,将融合后的特征图和梯度图进行拼接并输入解码器进行解码重建出融合图像。最后,选取目前的代表性融合方法进行对比验证,在SF、MI、VIF、Qabf、SCD、AG、EN和SD 8个融合质量评估指标上,前七个指标性能提升显著,分别提高57.4%、54.6%、28.3%、74.2%、23.8%、43.1%、1.3%,第八个指标性能接近。并进行网络模型参数分析和时间复杂度对比实验,本文算法模型参数为12352,算法用时为1.1246 s。实验结果表明:本文方法可以快速生成目标清晰、轮廓明显、纹理突出、符合人类视觉感受的融合图像。

关键词：计算机应用机器视觉红外图像可见光图像图像融合梯度转移自编码器