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二氧化碳捕集-转化一体化技术研究进展

科学通报 2024年第8期69卷 1012-1024页

作者：胡登王星博陈新庆孙楠楠魏伟中国科学院上海高等研究院二氧化碳光子科学建制化研究中心上海201210 中国科学院上海高等研究院中国科学院低碳转化科学与工程重点实验室上海201210

CO_(2)捕集利用与封存(CO_(2)capture,utilization,and storage,CCUS)是一项新兴的、可实现传统化石能源大规模低碳利用的重要技术.然而,传统的CCUS技术成本过高,极大阻碍了其推广和应用.CO_(2)捕集-转化一体化技术是一种在CCUS自身框... 详细信息

CO_(2)捕集利用与封存(CO_(2)capture,utilization,and storage,CCUS)是一项新兴的、可实现传统化石能源大规模低碳利用的重要技术.然而,传统的CCUS技术成本过高,极大阻碍了其推广和应用.CO_(2)捕集-转化一体化技术是一种在CCUS自身框架内发展出的集成型CCUS技术.在该过程中,排放源的CO_(2)被吸收剂或吸附剂捕集后,无须经过高能耗的解吸过程而直接与共反应物进行反应,转化为下游产品,从而有望大幅降低减排成本,是一种全新的高效、低能耗CO_(2)减排技术.本文以CO_(2)捕集-转化一体化技术制备不同产品为出发点,从技术方案、材料构建、反应机理等方面进行综述,分析了一体化技术制备不同产品的研究现状和现存问题,探讨了该类技术的发展趋势.

关键词：碳中和碳捕集碳转化一体化

锂电池正极材料化学及形貌的X射线纳米谱学成像研究

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1239-1244页

作者：高若阳张玲陶芬汪俊苏博毕志杰杜国浩邓彪肖体乔中国科学院上海应用物理研究所研究中心上海201800 中国科学院大学北京100049 中国科学院上海高等研究院上海光源中心上海201204 青岛大学物理科学学院山东青岛266071

锂离子电池高镍三元正极材料是储能领域的研究热点之一,多次循环后材料内部化学不均匀性与形貌缺陷,会造成电池失效与性能衰退,深入了解电池容量衰减变化及其原因需要对材料进行快速、高效无损的观测和分析。基于同步辐射的硬X射线全场... 详细信息

锂离子电池高镍三元正极材料是储能领域的研究热点之一,多次循环后材料内部化学不均匀性与形貌缺陷,会造成电池失效与性能衰退,深入了解电池容量衰减变化及其原因需要对材料进行快速、高效无损的观测和分析。基于同步辐射的硬X射线全场透射显微镜(TXM)是一种可无损研究物质内部结构且具有纳米分辨的成像技术。随着高亮度、高性能同步辐射光源的发展,同步辐射的TXM技术获得了快速发展,使得TXM成像方法具有更高的实验效率和空间分辨率。X射线纳米谱学成像(TXM-XANES)是将TXM与X射线吸收近边结构谱(XANES)有机结合的成像方法,TXM-XANES能够从纳米尺度上表征微米级能源材料的内部元素空间分布及化学态等信息,解决了常规方法由于表征材料局部区域而缺乏整体表征,或表征集合平均值特性而错过材料局部化学状态变化的问题。TXM-XANES作为基于TXM发展的多模态联合表征技术,已逐渐成为能源材料研究的重要实验方法之一。介绍了上海光源纳米三维成像线站及TXM成像系统,阐述了X射线纳米谱学成像方法的原理及其特点。X射线纳米谱学成像和纳米CT方法对锂离子电池正极高镍层状三元氧化物材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)(NCM622)粉体进行了表征,获得了纳米尺度下NCM622单颗粒样品中Ni元素化学态的空间分布信息及单颗粒的三维结构信息。对电池材料的三维X射线纳米谱学成像方法进行了介绍和展望。

关键词：纳米谱学成像全场透射X射线显微镜锂电池同步辐射

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多酶协同预处理厨余垃圾技术优化

化工进展 2024年

作者：胡盼盼肖梦瑶王娜史吉平刘莉中国科学院上海高等研究院上海有机固废生物转化工程技术研究中心

酶预处理是缓解厨余垃圾厌氧消化过程中水解速率受限的有效手段，为提高预处理协同厌氧消化技术对厨余垃圾的生物转化效率，使用不同生物酶对厨余垃圾进行预处理，以水解效率为指标，探究适宜的酶种类、用量和处理时间。根据可溶性化学... 详细信息

酶预处理是缓解厨余垃圾厌氧消化过程中水解速率受限的有效手段，为提高预处理协同厌氧消化技术对厨余垃圾的生物转化效率，使用不同生物酶对厨余垃圾进行预处理，以水解效率为指标，探究适宜的酶种类、用量和处理时间。根据可溶性化学需氧量（soluble chemical oxygen demand， SCOD）的含量变化可知，当预处理条件为700 U/g纤维素酶、400 U/g酸性蛋白酶、80 U/g α-淀粉酶和300 U/g糖化酶共同预处理16 h时，预处理效果最优，酶解液的SCOD、可溶性还原糖和游离氨基酸含量分别达到89200.00 mg/L、39.91 g/L和43.26 g/L，是对照组的2.74、2.45和1.44倍。此外，预处理组淀粉、纤维素等大分子有机物含量也显著降低。经济核算显示，含水率80%的厨余垃圾的多酶协同预处理成本约为381.38元/t，最终“预处理+干式厌氧消化”的总收益约为189.95元/t。结果表明，多酶协同预处理有效促进了厨余垃圾不溶性大分子物质的水解，改善了底物流动性，便于微生物的接触和直接利用，为后续厌氧消化提供更多有利条件。同时，多酶协同预处理条件的优化为厨余垃圾“预处理+厌氧消化”的实际工程应用提供了理论参考。

关键词：厨余垃圾预处理多酶协同厌氧消化条件优化

以金属有机骨架为源制备单原子电催化剂用于能量转换的最新进展

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第4期59卷 38-81页

作者：宋宁江吉周洪士欢王赟李春梅董红军江苏大学化学化工学院绿色化学与化工技术研究院江苏镇江212013 武汉工程大学环境生态与生物工程学院化学与环境工程学院绿色化学工程过程教育部重点实验室磷资源开发利用教育部工程研究中心新型催化材料湖北省工程研究中心湖北武汉430205

化石燃料的过度使用导致了严重的环境问题,因此,迫切需要人们对能源生产和储存方式进行变革.电催化在清洁能源转换中发挥着重要的作用,是推动可持续能源生产技术不断发展的重要驱动力.单原子催化剂(SACs)因具有独特的物理和化学性质而... 详细信息

化石燃料的过度使用导致了严重的环境问题,因此,迫切需要人们对能源生产和储存方式进行变革.电催化在清洁能源转换中发挥着重要的作用,是推动可持续能源生产技术不断发展的重要驱动力.单原子催化剂(SACs)因具有独特的物理和化学性质而表现较高的电催化活性,因而成为研究热点.通过调控金属单原子的配位环境,可以有效调节SACs的几何和电子结构,进而优化电催化效率.金属有机骨架(MOFs)具有孔结构丰富、表面积大和配体可调节等结构特性,因此在制备SACs方面表现出巨大潜力.本文旨在总结以MOFs为前驱体制备SACs的最新进展,深入探讨单原子空间分布、配位结构和电子结构等局部配位环境对电催化活性的影响.此外,对密度泛函理论在研究SACs电催化反应中的应用进行了讨论和分析.本文系统地介绍了以MOFs为前驱体制备SACs的合成策略、表征方法、电催化应用和反应机理的研究进展,并对其未来的发展进行了展望.首先,概述了以MOFs为原料制备SACs的多种策略,分析了各自的优缺点及改进方向.然后,介绍了SACs的结构表征及电催化反应机理的原位表征技术,剖析了现有技术面临的挑战.再后,重点介绍了一些经典的制备SACs案例,对以MOFs为源制备的SACs在电催化析氢反应、析氧反应、氧还原反应、CO_(2)还原反应及氮还原消除等的应用进行了系统总结,并简要回顾了其在光催化、热催化、酶催化方向的应用.最后,探讨了SACs面临的挑战及解决方案:(1)目前采用的以MOFs为源制备SACs方法存在能耗高、污染环境等问题,应开发出环保可持续的合成方法以降低生产成本,并将其对环境的影响降到最低.(2)应利用原子水平控制技术制备双原子或三原子多功能电催化剂,并根据SACs的应用场景调整其配位结构,以优化性能.(3)需研发更先进的测试仪器,解决测试结果区域化、效率低、测试与实际结果存在偏差以及测试成本较高等问题.(4)基于SACs的结构特性,结合先进的测试仪器与理论计算,深入探究反应机理,为新一代电催化剂的设计提供指导.(5)随着信息技术的多维、多样和复杂化发展,可以借助机器学习,设计和开发新型SACs,推动电催化领域的持续创新.综上,本文系统地介绍了以MOFs为材料制备SACs的优势、设计原理、表征手段,并对SACs在电催化应用方面的研究进展与面临的挑战进行了总结,希望能为SACs相关方面的研究提供有价值的参考和借鉴.

关键词：电催化金属-有机框架化合物单原子催化剂合成策略能源转化反应

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氧化物神经元器件及其神经网络应用

无机材料学报 2024年第4期39卷 345-358页

作者：李宗晓胡令祥王敬蕊诸葛飞中国科学院宁波材料技术与工程研究所宁波315201 宁波工程学院电子与信息工程学院宁波315211 中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心上海200031 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100029 浙江大学温州研究院温州325006

目前,人工智能在人类社会发挥着越来越重要的作用,以深度学习为代表的人工智能算法对硬件算力的要求也越来越高。然而随着摩尔定律逼近极限,传统冯·诺依曼计算架构越来越难以满足硬件算力提升的迫切需求。受人脑启发的新型神经形态计... 详细信息

目前,人工智能在人类社会发挥着越来越重要的作用,以深度学习为代表的人工智能算法对硬件算力的要求也越来越高。然而随着摩尔定律逼近极限,传统冯·诺依曼计算架构越来越难以满足硬件算力提升的迫切需求。受人脑启发的新型神经形态计算采用数据处理与存储一体架构,有望为开发低能耗、高算力的新型人工智能技术提供重要的硬件基础。人工神经元和人工突触作为神经形态计算系统的核心组成部分,是当前研究的前沿和热点。本文聚焦氧化物人工神经元,从神经元数学模型出发,重点介绍了基于氧化物电子器件的霍奇金–赫胥黎神经元、泄漏–累积–发射神经元和振荡神经元的最新研究进展,系统分析了器件结构、工作机制对神经元功能模拟的影响规律。进一步,根据不同尖峰发射动态行为,阐述了基于氧化物神经元硬件的脉冲神经网络和振荡神经网络的研究进展。最后,讨论了氧化物神经元在器件、阵列、神经网络等层面面临的挑战,并展望了其在神经形态计算等领域的发展前景。

关键词：氧化物神经元器件类脑计算神经形态计算人工神经网络综述

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煤矸石改性方法及其资源环境利用研究进展

化学学报 2024年第5期82卷 527-540页

作者：张华林赵梦飞江晓亮田少静滕泽栋李庭刚中国科学院过程工程研究所中国科学院绿色过程与工程重点实验室中国科学院绿色过程制造创新研究院战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心北京市过程污染控制工程技术研究中心中国科学院赣江创新研究院中国科学院稀土重点实验室江西省稀土清洁生产重点实验室江西理工大学冶金工程学院中国科学院大学生物药制备与递送重点实验室(中国科学院)生化工程国家重点实验室

煤矸石是一种煤炭开采和洗选过程中产生的典型工业废弃物,其大量的堆积造成了较大的环境问题.通过不同的改性方法对煤矸石进行改性,可以显著提升其在环境保护、资源回收方面的应用潜力.改性煤矸石在环境应用方面的研究涉及多个领域,这... 详细信息

煤矸石是一种煤炭开采和洗选过程中产生的典型工业废弃物,其大量的堆积造成了较大的环境问题.通过不同的改性方法对煤矸石进行改性,可以显著提升其在环境保护、资源回收方面的应用潜力.改性煤矸石在环境应用方面的研究涉及多个领域,这些应用不仅有助于减轻煤矸石对环境的压力,而且可以通过回收和再利用,为环境保护和经济发展提供新的动力,实现煤矸石综合利用的可持续发展.本综述从煤矸石的环境问题出发,强调了通过改性技术提升其环保潜力的重要性并详细分析了改性煤矸石在废水处理、土壤修复、建筑材料制备等方面的应用,并探讨了面临的挑战和未来发展方向,为煤矸石资源化利用奠定了基础.

关键词：煤矸石改性方法环境应用资源化

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化工冶金跨行业耦合二氧化碳循环利用技术

洁净煤技术 2024年第4期30卷 171-178页

作者：李双德李振荣董笑陈为刘一凡李少鹏程景才李会泉陈运法中国科学院过程工程研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 中国科学院山西煤炭化学研究所山西太原030001 中国科学院上海高等研究院上海201210

双碳战略是国家重大战略,也是推动国家经济高质量可持续发展的必由之路。我国碳达峰到碳中和时间短、任务重。我国化工冶金每年碳排放约36亿t,约占全国工业碳排放量的36%,此外化工冶金废气、固废、废热产生量大、堆存量多、难利用、循... 详细信息

双碳战略是国家重大战略,也是推动国家经济高质量可持续发展的必由之路。我国碳达峰到碳中和时间短、任务重。我国化工冶金每年碳排放约36亿t,约占全国工业碳排放量的36%,此外化工冶金废气、固废、废热产生量大、堆存量多、难利用、循环利用率低。发展化工冶金低碳化转型和变革,是我国工业领域双碳目标实现的根本保证。我国化工冶金历时百年,已发展成熟,仅通过原料燃料替代及绿色工艺转型减碳容量有限,亟需开展化工冶金跨行业耦合与循环利用技术变革,深入推动工业领域减碳。我国化工冶金大多是孤立、非循环连续工艺过程,引起跨行业耦合难、循环利用难度大的问题。针对上述问题,首先分析了化工冶金行业碳排放治理现状及国家战略需求;其次,提出了废气与废热耦合热化学转化制高质气体、废气与废气耦合定向催化制高端化学品、废气与固废耦合制低碳材料3个减碳增效策略。结合其技术发展现状和趋势,提出了拟重点发展的化工冶金跨行业耦合二氧化碳循环利用技术,以期为工业低碳绿色发展提供支撑。

关键词：化工冶金二氧化碳碳减排跨行业耦合循环利用

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餐厨垃圾生物减量菌种筛选及加菌方式优化

化工进展 2024年

作者：邵毅恒杨宁赵玥李保国刘莉上海有机固废生物转化工程技术研究中心中国科学院上海高等研究院上海理工大学健康科学与工程学院

餐厨垃圾中含水率与有机物含量高，若处置不当极易造成环境污染。生物减量技术能有效降低餐厨垃圾中水分与有机物，减轻后期处置压力，达到减量化的目的。为提高餐厨垃圾生物减量效率，通过研究菌株生长特性以及单菌餐厨垃圾生物减量实... 详细信息

餐厨垃圾中含水率与有机物含量高，若处置不当极易造成环境污染。生物减量技术能有效降低餐厨垃圾中水分与有机物，减轻后期处置压力，达到减量化的目的。为提高餐厨垃圾生物减量效率，通过研究菌株生长特性以及单菌餐厨垃圾生物减量实验，从实验室前期研究筛得的10株菌中筛选出4株高效降解餐厨垃圾菌制得复配菌剂，以生物强化的方式加入餐厨垃圾的自产热降解体系中，可使反应高温期提前1d到达，挥发性固体去除率（VSR）提高6.72%～25.82%。并通过分段加菌进一步加速了反应进程，VSR相较于一次性加菌提高了3.87%，研究表明分段加菌方式更适用于餐厨垃圾自产热降解反应。

关键词：餐厨垃圾生物减量降解分段加菌优化

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锑化物超晶格红外探测器研究进展与发展趋势

红外与激光工程 2024年第3期53卷 61-71页

作者：张杰黄敏党晓玲刘益新陈颖超陈建新装备发展部某中心北京100034 中国科学院上海技术物理研究所上海200083

锑化物超晶格红外探测器具有均匀性好、暗电流低和量子效率较高等优点,其探测波长灵活可调,可以覆盖短波至甚长波整个红外谱段,是实现高均匀大面阵、长波、甚长波及双色红外探测器的优选技术,得到了国内外相关研究机构的关注和重视,近... 详细信息

锑化物超晶格红外探测器具有均匀性好、暗电流低和量子效率较高等优点,其探测波长灵活可调,可以覆盖短波至甚长波整个红外谱段,是实现高均匀大面阵、长波、甚长波及双色红外探测器的优选技术,得到了国内外相关研究机构的关注和重视,近年来取得了突破性的进展。文中从锑化物超晶格的基本技术原理出发,梳理总结了超晶格红外探测器的发展历程和当前进展,结合超晶格技术特点的分析,初步探讨了超晶格红外焦平面后续发展趋势。

关键词：锑化物超晶格红外探测器焦平面