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金红石TiO2材料热电子弛豫动力学第一性原理计算研究

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中国科学:物理学力学天文学 2025年第1期 113-121页

作者：师展郑镇法郑奇靖赵瑾中国科学技术大学物理系中国科学技术大学精准智能化学重点实验室中国科学技术大学合肥国家实验室中国科学技术大学合肥国家微尺度物理科学研究中心美国匹兹堡大学物理与天文系

在太阳能转化过程中,激发态热载流子的动力学行为决定了能量转化的效率.我们采用动量空间非绝热分子动力学（NAMDk）方法研究了金红石TiO2体系中的热电子弛豫过程.研究中,我们选择了两种初始能量的热电子,其动量都位于Γ点,能量分别为Ei... 详细信息

在太阳能转化过程中,激发态热载流子的动力学行为决定了能量转化的效率.我们采用动量空间非绝热分子动力学（NAMDk）方法研究了金红石TiO2体系中的热电子弛豫过程.研究中,我们选择了两种初始能量的热电子,其动量都位于Γ点,能量分别为Eini=0.64 eV和Eini=2.75 eV.结果显示,热电子弛豫过程主要包括两个阶段:（1）首先,热电子被散射到第一布里渊区的等能面上,形成热电子系综,此过程能量基本保持不变,只有动量发生变化,称为动量弛豫过程.对于Eini=0.64 eV和Eini=2.75 eV两种情况,动量弛豫时间均在15-25 fs之间;（2）随后,热电子系综作为一个整体逐渐弛豫至导带底,这一阶段称为能量弛豫过程,其中Eini=0.64 eV和Eini=2.75 eV的能量弛豫时间分别为39和97 fs.在热电子弛豫过程中,其能量通过电声耦合转移给体系晶格,激发更多的声子,TiO2是一种离子晶体,在热电子弛豫过程中,Fr?hlich电声耦合起到了关键作用,导致大部分热电子的能量转移至Γ点的A1g声子,激发了Ti-O拉伸的纵光学支声子.我们的研究为理解金红石TiO2体内的热电子弛豫与能量转化过程提供了新的理论基础.

关键词：第一性原理计算电声耦合热电子弛豫动量空间非绝热分子动力学

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基于多源数据的城市CO2源汇高空间分辨网格的构建方法研究

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光学学报 2025年

作者：孙二昌王先华叶函函吴时超施海亮李超安源中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学技术大学中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室

城市为CO2主要排放区，贡献了人为CO2排放总量的70%左右，是全球碳监测研究的重点区域。基于大气CO2浓度的“自上而下”方法能为全球范围的城市提供近实时的排放信息，是全球碳盘点的关键技术。目前在“自上而下”的城市排放估算中，先... 详细信息

城市为CO2主要排放区，贡献了人为CO2排放总量的70%左右，是全球碳监测研究的重点区域。基于大气CO2浓度的“自上而下”方法能为全球范围的城市提供近实时的排放信息，是全球碳盘点的关键技术。目前在“自上而下”的城市排放估算中，先验源汇数据一般来自于全球化石燃料CO2排放清单（ODIAC）和植被生长模型（VPRM）的输出，先验信息的空间不确定性高，较大的估算偏差难以满足高空间分辨的城市排放估算需求。本文利用多源地理数据来降低先验源汇的空间不确定性，并基于OCO-3卫星的XCO2数据对源汇空间优化的效果进行评估。结果显示，应用优化后的CO2源汇数据能更好地模拟出局地CO2浓度变化，与观测的一致性更高；在三个分析案例中，共有690个有效观测点被用于评估，模拟与观测的相关性分别提升了0.2、0.11、0.10,XCO2偏差分别降低了0.12、0.07、0.07 ppm。这些结果表明优化后的CO2源汇能够更加真实地反映源汇分布情况，可为“自上而下”方法提供高空间分辨率、低空间不确定性的反演先验值。

关键词：城市的CO 源汇 “自上而下”估算反演先验值高空间分辨率空间降尺度 OCO-3

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大容量钠离子电池热失控特性实验研究

储能科学与技术 2025年

作者：李勇琦李志远闻有为王成东段强领王青松南方电网调峰调频发电有限公司储能科研院中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室

钠离子电池因其原料丰富、成本低廉等优势，在电化学储能领域展现出广阔的应用潜力。然而，随着钠离子电池在储能系统中的逐步推广，其安全性问题日益凸显，已成为国内外研究的热点。本文系统研究了钠离子电池在过热条件下的热失控行为... 详细信息

钠离子电池因其原料丰富、成本低廉等优势，在电化学储能领域展现出广阔的应用潜力。然而，随着钠离子电池在储能系统中的逐步推广，其安全性问题日益凸显，已成为国内外研究的热点。本文系统研究了钠离子电池在过热条件下的热失控行为，并对比分析了不同正极材料对电池危害性的影响。研究结果表明，与Na3V2(PO4)3电池相比，NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2电池具有更低的热失控触发温度、更短的触发时间以及更高的表面温度，表明其热失控危害性更高。恒容密闭罐体实验结果显示，钠离子电池在热失控过程中会产生大量气体，其中NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2和Na3V2(PO4)3电池的产气量分别为14.58 mol和13.16 mol，爆炸下限分别为7.5%和8.0%。本研究结果可为钠基储能电站的安全设计及风险防控提供重要的理论依据和技术支撑。

关键词：钠离子电池热失控行为产气行为爆炸危害性

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超临界地质流体的形成与演化

中国科学:地球科学 2025年第1期 38-51页

作者：倪怀玮肖益林熊小林刘显东高春晓陈伊翔李云国李万财郭璇王洋洋谭东波张力中国科学技术大学岩石圈演化与环境演变全国重点实验室中国科学技术大学深空探测实验室/地球和空间科学学院中国科学院广州地球化学研究所南京大学地球科学与工程学院吉林大学超硬材料国家重点实验室

本文全面阐述了超临界地质流体的形成、演化、性质和效应.在地球内部,特殊组分的加入或温度压力的升高使H2O和硅酸盐的混溶性增强,形成同时含有大量H2O和硅酸盐溶质的超临界地质流体.在以伟晶岩体系为代表的岩浆-热液体系中,超临界地质... 详细信息

本文全面阐述了超临界地质流体的形成、演化、性质和效应.在地球内部,特殊组分的加入或温度压力的升高使H2O和硅酸盐的混溶性增强,形成同时含有大量H2O和硅酸盐溶质的超临界地质流体.在以伟晶岩体系为代表的岩浆-热液体系中,超临界地质流体的形成受控于熔体-流体临界曲线.在以俯冲板片为代表的变质岩体系中,超临界地质流体的形成受控于第二临界端点.实验结果表明,伟晶岩体系中硼和氟的存在使得地壳深度可能形成超临界地质流体,而俯冲板片则要迟至近100km深度才会释放超临界地质流体.富含H2O和解聚结构单元（单体、二聚体等）赋予了超临界地质流体独特的物理性质,包括低密度、低弹性模量、低黏度、高扩散系数和高电导率.超临界地质流体可以有效迁移包括高场强元素和重稀土元素在内的多种元素.超临界地质流体的化学特征能被交代地幔和幔源熔体继承,这可以解释弧岩浆氧化性.超临界地质流体可通过旋节分解发生相分离形成熔体网络.俯冲带岩石和伟晶岩中发现的多相流体包裹体可能是超临界地质流体的残留物.超临界地质流体可以造成俯冲板片顶部附近的低速高导异常,并且可能与中源地震存在联系.超临界地质流体可能在伟晶岩及其矿床的形成过程中起到了关键作用.

关键词：超临界地质流体混溶俯冲带伟晶岩

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基于ODE扩散模型的多类异常检测和定位

智能系统学报 2025年

作者：蒋世杰夏秀山翟伟曹洋中国科学技术大学自动化系中国科学技术大学先进技术研究院

多类异常检测和定位旨在训练一个单一模型，在多类场景下该模型能够识别出偏离正常的异常区域。最近基于扩散模型的方法在该项任务中表现出色而开始受到关注，然而，现有方法侧重于改进扩散模型去噪网络，通过添加更多约束，保持多步生... 详细信息

多类异常检测和定位旨在训练一个单一模型，在多类场景下该模型能够识别出偏离正常的异常区域。最近基于扩散模型的方法在该项任务中表现出色而开始受到关注，然而，现有方法侧重于改进扩散模型去噪网络，通过添加更多约束，保持多步生成的高一致性，实现更高的重构性能，但更多的采样步数也意味着更高的计算开销。为此，本文提出了一种基于常微分方程(ordinary differential equations， ODE)扩散模型的多类异常检测和定位方法，只需一步即可实现高质量的重构生成，同时引入时间步感知网络来缓解采样步数少可能导致的一致性和恒等捷径问题，从而进一步提高重构质量。在通用的基准数据集MVTec-AD上进行的实验结果表明，本文方法在精度上可与当前最先进方法相媲美，但是计算量更低速度更快，满足了工业异常检测和定位的高精度和实时性需求。

关键词：缺陷检测异常检测异常定位扩散模型去噪网络常微分方程无监督学习时间步感知

MC-ICP-MS 测定岩石标准物质的钒同位素组成

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岩矿测试 2025年第1期44卷 63-74页

作者：徐丽怡于慧敏丁昕黄方中国科学技术大学地球和空间科学学院岩石圈演化与环境演变全国重点实验室安徽合肥230026 中国科学院比较行星学卓越创新中心中国科学技术大学安徽合肥230026

随着分析方法的发展和分析精度的提升,钒同位素已经越来越多地被用于各种地质过程研究。为了确保钒同位素分析测试过程中,可以有效地监控数据的准确度和精度,方便国际各实验室之间的数据对比,同时考虑到早期国际上常用美国地质调查局(US... 详细信息

随着分析方法的发展和分析精度的提升,钒同位素已经越来越多地被用于各种地质过程研究。为了确保钒同位素分析测试过程中,可以有效地监控数据的准确度和精度,方便国际各实验室之间的数据对比,同时考虑到早期国际上常用美国地质调查局(USGS)的标准物质面临着库存不足等问题,本文采用多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)测定了一系列国际地质标准物质和国家地质标准物质的钒同位素组成,δ51V值的测试精度优于0.08‰。本文选取的标准物质主要来自日本地质调查局(GSJ)和中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所(IGGE),包括一个安山岩(JA-1),三个玄武岩(JB-3、JB-1b和GBW07105),一个辉长岩(JGb-1),一个辉绿岩(GBW07123)以及一个土壤(GBW07454),钒含量范围为77~635μg/g,涵盖了目前大部分火成岩和部分土壤等天然样品含量的范围。这些标准物质除了土壤GBW07454,其他标准物质的钒同位素组成未曾被报道。经测量表明,辉长岩标准物质JGb-1具有最高δ51V值,为−1.05‰±0.08‰,安山岩标准物质JA-1具有最低δ51V值,为−0.34‰±0.06‰,其余标准物质的δ51V值变化范围为−0.72‰~−0.81‰,均落在MORB范围内。本文对这些标准物质钒同位素组成的报道,丰富了钒同位素研究的标准物质数据库,有助于未来在更多领域开展钒同位素研究。

关键词：钒同位素火成岩 MC-ICP-MS 标准物质高精度分析方法

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基于MOPA结构的1950 nm低重频大能量Figure-9皮秒锁模光纤激光器系统

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中国激光 2025年

作者：潘勇剑路桥潘浩张东马挺中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室中国科学技术大学南京信息工程大学自动化学院上海科乃特激光科技有限公司

本文首次报道了一种基于MOPA结构的Figure-9低重频大能量掺铥锁模皮秒光纤激光器系统。激光振荡器直接输出脉冲宽度为46 ps,重复频率为20 MHz,平均输出功率为24.6 mW，对应单脉冲能量为1.23 nJ。通过腔外声光调制器（AOM）对输出脉冲序... 详细信息

本文首次报道了一种基于MOPA结构的Figure-9低重频大能量掺铥锁模皮秒光纤激光器系统。激光振荡器直接输出脉冲宽度为46 ps,重复频率为20 MHz,平均输出功率为24.6 mW，对应单脉冲能量为1.23 nJ。通过腔外声光调制器（AOM）对输出脉冲序列进行脉冲拾取，将重复频率由20 MHz降低至20 kHz，并且基于自行设计的全光纤主振荡功率放大（MOPA）结构将重复频率20 kHz下的输出单脉冲能量提升至50μJ。据我们所知，这也是目前基于MOPA结构的全光纤Figure-9掺铥锁模皮秒激光器系统中所能实现的最大单脉冲能量输出。

关键词：锁模光纤激光器低重频大能量皮秒 MOPA

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基于自研光谱仪的痕量气体光解速率测量研究

光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 15-23页

作者：李浩然曾议朱磊窦科刘志宏常振江宇司福祺中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境科学与技术重点实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学科学岛分院安徽合肥230026 合肥大学生物食品与环境学院安徽合肥230601

光解速率及其测量技术最早由德国科学家提出,21世纪初Metcon公司开发了光解速率测量仪,该技术在国内得到关注,部分高校和公司对光解速率测量系统开展了研究和开发。国外产品一般体积较大,价格昂贵。国内产品中光谱仪、接收器等核心器件... 详细信息

光解速率及其测量技术最早由德国科学家提出,21世纪初Metcon公司开发了光解速率测量仪,该技术在国内得到关注,部分高校和公司对光解速率测量系统开展了研究和开发。国外产品一般体积较大,价格昂贵。国内产品中光谱仪、接收器等核心器件仍依赖于国外进口,易受国外技术封锁影响。在我国“十四五”国家重点研发计划中“大气与土壤、地下水污染综合治理”重点专项对化学气候综合站检测技术与装备需求引导下,研制了测量大气物质光解速率的光谱仪系统,并满足其核心部件国产化的要求。系统采用自主设计的小型光谱仪作为核心部件,配合各向均匀响应的光学接收器,经实验室光学定标后测得各种物质的光解速率。该系统工作波段为285~430 nm,时间分辨率可达0.1 s,可测物质包括NO_(2)、HONO、HCHO、H_(2)O_(2)等,与国外进口测量仪器对比,各气体物质光解速率的测量误差小于5%,相关性均超过0.93。采用该系统在合肥市董铺岛对大气中气体光解速率开展了长时间的连续监测。对NO_(2)光解速率变化趋势以及NO_(2)光解速率与浓度间的相关性进行分析,发现光解反应与驱动光化反应的能量密切相关,晴天的光解速率数值明显高于阴天与雨天。发现NO_(2)光解速率与浓度的积分曲线间存在一种经验公式,相关性大于0.9,可通过测量NO_(2)光解速率对NO_(2)浓度的累积量进行估计。该系统实现了核心部件的国产化,整体结构简单、便携,方便外场试验安装的同时,降低成本,提高经济性。研究为大气污染综合监测治理提供数据支撑,对各地区的环境监测及污染预防具有参考意义。

关键词：光解速率光谱仪辐亮度光学接收器

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基于液氖液氮梯级蓄冷的液氢储能中冷能回收利用研究

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化工学报 2025年

作者：张赵雪李正宇崔文慧王倩王志平龚领会中国科学院理化技术研究所低温科学与技术重点实验室中国科学院大学中山先进低温技术研究院

为了解决液氢储能中能量时空错配问题及优先匹配合适应用场景，采用液氖、液氮、二氧化碳等工质联合梯级蓄冷的方法回收冷能，而后预冷旁路氢气再并入液化器补偿冷量以减小耗功。使用Aspen HYSYS软件建立蓄冷、释冷、冷能补偿等流程，... 详细信息

为了解决液氢储能中能量时空错配问题及优先匹配合适应用场景，采用液氖、液氮、二氧化碳等工质联合梯级蓄冷的方法回收冷能，而后预冷旁路氢气再并入液化器补偿冷量以减小耗功。使用Aspen HYSYS软件建立蓄冷、释冷、冷能补偿等流程，并在优先回收低温区冷能的同时，从耦合跨临界CO2燃料电池余热利用循环等方面进行优化。结果表明，无增压蓄冷更有利于直接补偿液化器，氢气出口温度可达到273.7K，?效率为81.65%。增压后蓄冷更侧重于增加输出功，且膨胀产生更多高温区冷能，如在130K膨胀时氢气出口温度为299K，能量效率为86.07%，?效率为50.86%。对氦布雷顿两级膨胀和氢双压克劳特两种氢液化循环模拟计算均表明，补偿冷量可以有效降低液化耗功且提高?效率。

关键词：氢液化冷能回收利用相变二氧化碳