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集成有CNTs和Ni-Ni(OH)_(2)异质结构的电解析氢自支撑薄膜催化剂

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第7期62卷 287-295页

作者：赵万成马加朋田栋康宝涛夏方诠成婧吴亚军王梦遥武刚济南大学化学化工学院山东济南250022 纽约州立大学布法罗分校化学与生物工程系纽约美国

氢气是一种重要的能量储存载体.通过电解水析氢的方式,可以将其他可再生能源转化为电能,并以化学能的形式储存于氢气中.为了提高电解析氢过程的能量转化效率、降低能耗,需要高活性的析氢催化剂.这些催化剂不仅应具有巨大的比表面积,还... 详细信息

氢气是一种重要的能量储存载体.通过电解水析氢的方式,可以将其他可再生能源转化为电能,并以化学能的形式储存于氢气中.为了提高电解析氢过程的能量转化效率、降低能耗,需要高活性的析氢催化剂.这些催化剂不仅应具有巨大的比表面积,还应具备适中的氢吸附能和较强的解离水的能力.铂基催化剂在电解析氢方面展现出了显著的优势,而同族的镍基催化剂因其高性价比而备受关注.然而,在电解析氢过程中,镍基催化剂存在氢吸附强度高和解离水能力弱两个重要缺陷,这导致析氢过程动力学不理想.因此,本文的研究思路是探索如何在镍基催化剂中引入功能性组分,以平衡氢吸附能和催化水解离的能力,从而实现析氢性能的提升.研究表明,碳纳米管(CNTs)可以改善催化剂的电解析氢性能,而Ni(OH)_(2)则可以提升催化剂解离水的能力.因此,本文采用复合电沉积法制得CNTs-Ni薄膜,并通过原位氧化在其表面形成Ni-Ni(OH)_(2)异质结构,构建了包含CNTs和Ni-Ni(OH)_(2)两种功能组分的CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)薄膜.该薄膜展现出与Pt/C相当的析氢活性和更出色的稳定性.微观形貌分析显示,CNTs的引入使CNTs-Ni薄膜具有复杂的三维结构,镍以高度褶皱的微球形态均匀负载在CNTs表面,形成巨大的比表面积.电化学测试和模拟计算结果证实,CNTs-Ni薄膜的析氢活性较纯镍有显著提高,这归因于其巨大的电化学活性面积以及CNTs对析氢过程动力学的积极影响.当优化沉积时间和CNTs表面镍的负载量时,CNTs-Ni薄膜的电化学活性面积和析氢活性均得到显著提升.进一步氧化处理后,通过X射线光电子能谱和X射线衍射等测试手段证实了Ni-Ni(OH)_(2)异质结构的形成,并观察到电化学活性面积的增大和析氢活性的改善.此外,深入研究发现,随着氧化时间的延长,单位电化学活性面积上的析氢活性出现下降.结合析氢过程的背景电流分析推测,在析氢过程中CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)表面发生氢氧化镍的还原,重新生成的镍活性位点对提升析氢过程动力学起到关键作用.但过长的氧化时间可能会破坏镍活性位点的再生.基于此理论构建的计算模型验证了CNTs和异质结构对析氢活性的协同增强作用,使氢的吸附自由能达到理想值,理论上氢在复合薄膜表面的析出过电位接近于0 V.因此,在碱性溶液中,集成有CNTs和Ni-Ni(OH)_(2)异质结构的CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)析氢催化剂表现出优异的性能,其氢气起始析出电位为0 V,当阴极电流密度分别为10和50 mA/cm^(2)时,析氢过电位也仅为65和109 mV.综上所述,本文通过复合电沉积和原位氧化的方式获得了CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)自支撑析氢催化剂,不仅体现出明显的几何效应,而且也对析氢过程的动力学产生了积极影响.这种整合多种功能性组分的方式,为未来设计和制备高活性、高性价比的电解析氢材料提供了新的思路.

关键词： Ni-Ni(OH)_(2)异质结构电解催化剂析氢反应碳纳米管吸附自由能

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高能核-核碰撞和原子核结构专题·编者按

中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第9期54卷 1-1页

作者：贾江涌马余刚宋慧超周善贵美国纽约州立大学石溪分校复旦大学北京大学中国科学院理论物理研究所

高能核-核碰撞致力于实验室制造和研究夸克-胶子等离子体(quark-gluon plasma, QGP),并探索强相互作用物质的相变和相图.自相对论重离子对撞机(Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC)和大型强子对撞机(Large Hadron Collider, LHC)的... 详细信息

高能核-核碰撞致力于实验室制造和研究夸克-胶子等离子体(quark-gluon plasma, QGP),并探索强相互作用物质的相变和相图.自相对论重离子对撞机(Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC)和大型强子对撞机(Large Hadron Collider, LHC)的重离子碰撞实验运行以来,各种实验证据表明夸克-胶子等离子体已经产生.相对论流体力学及耦合模型关于集体流的计算表明夸克-胶子等离子体是近乎完美的流体.

关键词：大型强子对撞机原子核结构相对论流体力学集体流实验证据 QGP

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拔尖创新人才培养的理论基础和实践思路

高等学校文科学术文摘 2024年第3期41卷 103-104页

作者：戴耘纽约州立大学美国纽约州12222

一、识别问题:创新人才的预测效度和选拔识别从研究和测评的实践看,在某些能力的维度上(比如数学、语文、物理、音乐、美术),早期识别的特质有一定的长距预测效度。但是,任何早期选拔都无法解决遗漏可造之才的问题(即“虚假阴性”“错... 详细信息

一、识别问题:创新人才的预测效度和选拔识别从研究和测评的实践看,在某些能力的维度上(比如数学、语文、物理、音乐、美术),早期识别的特质有一定的长距预测效度。但是,任何早期选拔都无法解决遗漏可造之才的问题(即“虚假阴性”“错误地拒绝”),这会使部分人才失去机会。但无差别培养一定会存在效率问题(即浪费资源),即太多人要么动力不足要么能力不够(即“虚假阳性”“错误地接纳”)。

关键词：拔尖创新人才培养预测效度实践思路创新人才识别问题早期识别动力不足选拔

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浅谈极区空间物理学的科学革命

极地研究 2024年第1期36卷 80-83页

作者：宋璞麻州大学罗威尔分校空间科学实验室和物理系马萨诸塞州罗威尔市01854

极区空间物理学重要的研究方向之一是剖析南北两极的热层、电离层和磁层的耦合问题。本文简明扼要地描述了极区空间物理学的一场革命——即理论框架的革新。这场科学革命是用磁流体力学理论取代电机工程理论,目前进行得比较缓慢,但将在... 详细信息

极区空间物理学重要的研究方向之一是剖析南北两极的热层、电离层和磁层的耦合问题。本文简明扼要地描述了极区空间物理学的一场革命——即理论框架的革新。这场科学革命是用磁流体力学理论取代电机工程理论,目前进行得比较缓慢,但将在今后的30~50年彻底改变人们对于热层-电离层-磁层的认知。

关键词：热层-电离层-磁层耦合磁流体力学理论电机工程理论磁层亚暴场向电流极区空间物理学

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当前世界科技发展趋势和我们应采取的对策

自然杂志 2002年第1期24卷 1-6页

作者：杨振宁纽约州立大学石溪分校物理系理论物理研究所

近 3 0年来 ,全世界正以一定的加速度向高科技工业发展 .可以看到 ,今天世界的结构有三个重大的因素 ,就是科学、工业和经济 .这三个重大因素互相影响 ,科学的发展影响了工业的发展 ,反过来工业的发展又回馈科学 .同样工业影响经济、经... 详细信息

近 3 0年来 ,全世界正以一定的加速度向高科技工业发展 .可以看到 ,今天世界的结构有三个重大的因素 ,就是科学、工业和经济 .这三个重大因素互相影响 ,科学的发展影响了工业的发展 ,反过来工业的发展又回馈科学 .同样工业影响经济、经济影响工业 ,经济影响科学、科学影响经济 .这个连锁关系是今天整个世界发展的一个重要因素 .

关键词：世界科技发展趋势教育体制中国科技政策

利用区域地震资料监测朝鲜地下核试验的研究进展

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地球与行星物理论评(中英文) 2024年

作者：赵连锋谢小碧何熹张蕾杨庚姚振兴中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理重点实验室美国加州大学圣克鲁兹分校地球物理与行星物理研究所

根据朝鲜6次地下核试验在中国东北及邻近地区产生的宽频带区域地震资料，中国科学院地质与地球物理研究所地震学学科组发展了一套用于监测地下核试验的地震学方法，主要包括震级测量和当量估计、高精度震中定位以及爆炸与天然地震事件... 详细信息

根据朝鲜6次地下核试验在中国东北及邻近地区产生的宽频带区域地震资料，中国科学院地质与地球物理研究所地震学学科组发展了一套用于监测地下核试验的地震学方法，主要包括震级测量和当量估计、高精度震中定位以及爆炸与天然地震事件识别等.在全球范围内，存在多个用于震级-当量转换的经验公式，确定何种公式适合于朝鲜半岛地区至关重要.通过搜集一组用于地震测深的化学爆炸的当量和埋深，并以这些已知爆炸源作为量规事件，能够标定朝鲜地下核试验场的震级-当量关系，从而实现对朝鲜地下核爆进行当量估计.在精确定位方面，发展了利用多事件之间波形互相关方法精确测定它们之间的走时差从而完成高精度相对震中定位.通过进一步利用Pn和Pg等多震相数据还实现了对核爆深度的相对定位.在爆炸震源识别方面，利用统计处理方法分析研究了不同类型事件所产生地震波的特征，包括6次地下核试验、4次天然地震和3次化学爆炸，以及一些矿区塌陷等.结果发现P和S类型波的振幅比，例如Pn/Lg、Pg/Lg和Pn/Sn等，在2 Hz以上能够较好区分各类震源.其中爆炸震源产生的振幅比显著高于天然地震的值.特别是，通过计算谱振幅比的台网平均值能够显著提高识别的可靠性.利用中国东北和附近地区地震台网所提供的数据可以准确地将朝鲜地下核试验从周边天然地震事件中识别出来.该方法同时得到化学爆炸的P/S谱振幅比值介于核爆炸和天然地震的群组之间.

关键词：爆炸当量估计震源相对定位爆炸和天然地震识别朝鲜地下核试验

碰撞激活诱导的双势阱势能面可以实现9-甲基-8-氧鸟嘌呤-9-甲基腺嘌呤碱基对阳离子自由基的质子转移

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Chinese Journal of Chemical Physics 2024年第2期37卷 330-340,I0022-I0039,I0104页

作者： May Myat Moe 刘剑波美国纽约城市大学皇后学院化学与生物化学系纽约11367 美国纽约城市大学研究生院纽约10016

8-氧鸟嘌呤(OG)是最常见的核碱基氧化损伤,它在复制过程中可以用Hoogsteen的模式与腺嘌呤(A)错误配对.0G.A碱基对不仅可以诱发G·C→T·A的颠换突变,而且由于OG的电离势和氧化电位低于天然DNA碱基更容易受到电离辐射和单电子氧化的影响... 详细信息

8-氧鸟嘌呤(OG)是最常见的核碱基氧化损伤,它在复制过程中可以用Hoogsteen的模式与腺嘌呤(A)错误配对.0G.A碱基对不仅可以诱发G·C→T·A的颠换突变,而且由于OG的电离势和氧化电位低于天然DNA碱基更容易受到电离辐射和单电子氧化的影响,本文报道了[9MOG·9MA]^(·+)碱華对阳离子自由基的形成.和碰撞诱导解离,该碱基对利用9-甲基8-氧鸟嘌呤(9MOG)和9-甲基腺嘌呤(9MA)模拟相对应的核苷酸.实验通过电喷雾产生Cu(Ⅱ)碱基复合物继之以氧化分离产生[9MOG·9MA]^(·+),并使用导向离子束串级质谱仪检测[9MOG·9MA]^(·+)的碰撞诱导解离、通过测量在不同碰撞能量下的解离产物和反应截面,可以得出[9MOG-H]+[9MA+H]^(+)(主要解离通道)和9MOG^(·+)+9MA(次要通道)的0 K解离阈能分别为1.8和1.65 eV.使用密度泛函理论对[9MOG·9MA]^(·+)的结构计算发现其所有重要构象都发生了质子转移生成[9MOG-H]^(·)·[9MA+H]^(+).另一方面,9MOG^(·+)+9MA的解离通道却需要9MOG^(·+)9MA作为中间体.看似矛盾的结果可以用碰撞活化后反应势能面上出现的双重势阱和由此触发的激发态质子转移平衡([9MOG-H]^(·)·[9MA+H]^(+))^(*)→←(9MOG6(·+)·9MA)^(*)来解释.本文实验和理论研究揭示了这种生物学上重要的非规范碱基对如何在氧化和电离损伤时发生解离.

关键词：碱基对阳离子自由基碰撞诱导解离碱基对内质子转移反应势能面电喷雾电离质谱导向离子束散射

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统计力学中的某些严格可解问题

低温与超导 1989年第3期17卷 1-11页

作者：杨振宁戴显熹美国纽约州立大学(石溪)理论物理研究所上海复旦大学物理系

杨振宁教授最先发展的Bethe Ansatz理论经过二十多年的发展，愈来愈显示其重大的科学意义。对现代统计力学严格可解模型、最子反散射理论起着极其核心的作用。1080年Andrei(美国)Wiegmann(苏联)等分别独立严格解出量子统计中举世瞩目的K... 详细信息

杨振宁教授最先发展的Bethe Ansatz理论经过二十多年的发展，愈来愈显示其重大的科学意义。对现代统计力学严格可解模型、最子反散射理论起着极其核心的作用。1080年Andrei(美国)Wiegmann(苏联)等分别独立严格解出量子统计中举世瞩目的Kondo模型，就是运用杨先生的理论。这使这个理论锦上添花。目前还与数学上新发展的结理论(Node Theory)和辫理论(Brdi Theory)建立密切联系。

关键词：统计力学严格可解 BetheAnsatz理论最子反散射理论 Kondo模型结理论辫理论

心律失常的多尺度建模、计算与动力学理论进展综述

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物理学报 2024年

作者：黄晓东贺彬烜宋震弭元元屈支林胡岗华南理工大学物理与光电学院鹏城实验室清华大学心理与认知科学系加州大学洛杉矶分校医学院UCLA 北京师范大学物理系

心律失常是当前生物物理交叉学科中发展得比较成熟的一个分支，在实验和理论方面均取得了丰硕的成果．近年来，随着实验数据的积累，人们在多个尺度上发现了更丰富多样的心律失常诱因，这对物理学的研究提出了新的需求和挑战．因此，心... 详细信息

心律失常是当前生物物理交叉学科中发展得比较成熟的一个分支，在实验和理论方面均取得了丰硕的成果．近年来，随着实验数据的积累，人们在多个尺度上发现了更丰富多样的心律失常诱因，这对物理学的研究提出了新的需求和挑战．因此，心肌系统的多尺度建模、计算和动力学分析是心律失常领域进一步发展的关键．本文旨在对这个课题做一个阶段性的回顾，扼要介绍心肌多尺度建模的基本理念和方法，并以尺度为脉络，介绍近年来在心律失常机制理论方面取得的若干重要成果．现有成果表明，非线性动力学、斑图动力学和统计物理对心律失常的基本认识和理论的发展有重要的意义．未来的研究应在拓展模型尺度(向更微观和宏观方向拓展模型)，解决心律失常基础动力学问题(如非均匀系统的稳定性、斑图的相变理论)，以及解决更复杂而基本的生理医学问题（如心率变异、人群心律失常发生概率风险的评估）等方面继续深入探索．

关键词：生物物理非线性动力学可激发介质心律失常多尺度建模