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微反应器中连续还原胺化反应的研究进展

化工进展 2024年第1期43卷 186-197页

作者：张家昊李盈盈徐彦琳尹佳滨张吉松清华大学化学工程系化学工程联合国家重点实验室北京100084

还原胺化反应是一种把醛(酮)转化为胺类物质的有效方法。还原胺化反应路径复杂,影响因素众多,合适的反应条件能够提升反应效率和选择性。本文总结了还原胺化反应常见的催化体系及催化剂、溶剂、温度、底物性质以及氨/水/酸的加入对反应... 详细信息

还原胺化反应是一种把醛(酮)转化为胺类物质的有效方法。还原胺化反应路径复杂,影响因素众多,合适的反应条件能够提升反应效率和选择性。本文总结了还原胺化反应常见的催化体系及催化剂、溶剂、温度、底物性质以及氨/水/酸的加入对反应的影响。基于这些影响因素,进一步介绍了连续微反应器技术在还原胺化过程中的应用,总结了以伯胺/仲胺/叔胺为目标产物的连续还原胺化过程、以硝基化合物为原料的连续还原胺化过程、酶催化及无催化剂的连续还原胺化过程。微反应器中的温度控制、传质强化和停留时间分布能进一步实现反应强化和选择性提升。基于微反应器的连续还原胺化技术及该技术与新型催化材料的结合有望在胺类物质的生产领域扮演越来越重要的角色。

关键词：还原胺化多相反应微反应器连续合成催化剂

基于Transformer架构的城市街景语义分割方法研究

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光电子·激光 2024年

作者：熊炜赵迪孙鹏刘粤湖北工业大学电气与电子工程学院美国南卡罗来纳大学计算机科学与工程系

针对部分Transformer网络在进行城市街景图像分割时，没有充分利用网络中的多尺度特征和上下文信息，导致分割结果部分大目标存在孔洞、小目标边缘分割不精细等缺陷。本文提出了基于Transformer架构的以提取多尺度特征和汇聚上下文信息... 详细信息

针对部分Transformer网络在进行城市街景图像分割时，没有充分利用网络中的多尺度特征和上下文信息，导致分割结果部分大目标存在孔洞、小目标边缘分割不精细等缺陷。本文提出了基于Transformer架构的以提取多尺度特征和汇聚上下文信息为主的Trans-AsfNet方法解决此问题。该分割方法引入了Swin Transformer作为新的特征提取网络，加强信息的长距离依赖；提出了一种自适应子空间特征融合模块(Adaptive Subspace Feature Fusion， ASFF)加强网络对多尺度特征的提取能力，同时设计了一种有效全局上下文聚合模块(Efficient Global Context Aggregation， EGCA)提升网络的上下文信息聚合能力，利用丰富的多尺度信息进行特征解码与信息补偿，然后聚合不同尺度的上下文信息以强化理解目标的语义信息，进而消除大目标孔洞，提高小目标像素边缘分割精度。将Trans-AsfNet方法通过CamVid城市街景数据集验证测试，实验结果表明，该网络基本可以消除分割孔洞缺陷、提升小目标边缘的分割效果，在CamVid测试集上MIoU达到了69.5%。

关键词： Transformer 城市街景上下文信息语义分割特征融合

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微分散液滴的光纤检测研究

化工学报 2024年第1期75卷 211-220页

作者：温唯谷袁志宏王凯骆广生清华大学化学工程系北京100084 清华大学化学工程联合国家重点实验室北京100084

微分散是微化工技术的重要组成部分,传统利用显微摄像分析和统计微分散液滴的方法成本高,不易推广。提出了一种基于光纤传感的微分散液滴在线检测技术,该方法基于漫反射光纤、光纤传感器、数据采集卡和LabVIEW程序实现了微通道内液滴生... 详细信息

微分散是微化工技术的重要组成部分,传统利用显微摄像分析和统计微分散液滴的方法成本高,不易推广。提出了一种基于光纤传感的微分散液滴在线检测技术,该方法基于漫反射光纤、光纤传感器、数据采集卡和LabVIEW程序实现了微通道内液滴生成频率和长度的在线检测,满足0.21 mm以上直径液滴的检测,检测频率上限为500 Hz,当液滴通过光纤时间超过15 ms时,还可检测液滴长度。研究结果表明光纤直径和光纤传感器响应时间是影响该方法检测性能的主要因素,与相似平台对比,以较低的成本实现了较高检测性能。

关键词：微通道微分散光电检测光纤传感器液滴检测

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碱性离子膜内强化离子传递策略及研究进展

化工学报 2024年

作者：庞茂斌徐子昂甄翊含许琴林董澄刘京王保国清华大学化学工程系

碱性离子膜（阴离子交换膜）作为电解水制氢、二氧化碳还原等电化学过程的关键材料，在传递离子、分隔阴阳两极和阻隔气体渗透方面，具有重要应用价值。现有碱性离子膜起源于电渗析过程，其离子传导率偏低，无法满足电化学过程对高电流... 详细信息

碱性离子膜（阴离子交换膜）作为电解水制氢、二氧化碳还原等电化学过程的关键材料，在传递离子、分隔阴阳两极和阻隔气体渗透方面，具有重要应用价值。现有碱性离子膜起源于电渗析过程，其离子传导率偏低，无法满足电化学过程对高电流密度、高稳定性需求。针对电解水制氢过程对高通量、低电阻、低能耗的需求，本文从膜内离子传递过程出发，结合氢氧根传递特点，分析满足综合性能需求的碱性离子膜结构特征，重点阐述膜内强化离子传递策略。归纳分析最新研究成果，分类讨论交联、定向排列、微相分离以及构筑微孔等具体策略，指明高性能碱性离子膜研究路径，促进以电解水制氢为代表的电化学反应器技术发展。

关键词：碱性离子膜自由体积理论离子传递离子传导率电解水

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低温锂电池电解液的研究与应用

储能科学与技术 2024年第7期 2224-2242页

作者：陆洋闫帅帅马骁刘誌章伟立刘凯清华大学化学工程系

随着电动汽车和消费电子领域的快速发展，由锂电池主导的现代新能源市场对电化学储能技术的性能要求愈发多元化。锂电池的有效工作温度范围是影响其实际应用的关键性能之一，但是在低温环境下，商用碳酸酯基电解液的电导率明显下降，黏... 详细信息

随着电动汽车和消费电子领域的快速发展，由锂电池主导的现代新能源市场对电化学储能技术的性能要求愈发多元化。锂电池的有效工作温度范围是影响其实际应用的关键性能之一，但是在低温环境下，商用碳酸酯基电解液的电导率明显下降，黏度上升，电极和电解液中锂离子的迁移变得困难，导致电池放电容量下降，循环寿命缩短，严重限制了锂电池的实际应用范围，因此，设计高性能的低温电解液用于提高锂电池低温性能是拓宽锂电池实际应用范围的关键。本文针对性分析了锂电池低温性能衰退的原因，从传统电解液优化和新型低温电解液两个方面综述了低温电解液的研究发展现状，归纳总结了低温电解液中有关溶剂、溶质、添加剂和溶剂化结构的相关研究。本文着重介绍了优化锂离子去溶剂化过程在低温电解液设计中的指导性意义，强调了微观溶剂化结构对理解低温下的界面和锂离子的迁移行为的关键作用，旨在从更全面的角度、更有效地指导未来低温电解液的设计，为低温环境下大容量储能系统研究提供借鉴。

关键词：锂离子电池锂金属电池低温电解液溶剂化结构

碳基催化剂用于两电子氧还原合成过氧化氢的研究进展

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化工进展 2024年

作者：许琴王保国清华大学化学工程系

电化学两电子氧还原反应(2e-ORR)制备过氧化氢(H2O2)是一种可替代工业蒽醌法的绿色环保且安全高效的技术路线，具有广阔发展前景。然而，受限于缓慢的氧还原反应(ORR)动力学以及竞争的四电子反应过程，开发具有高氧还原反应活性以及两... 详细信息

电化学两电子氧还原反应(2e-ORR)制备过氧化氢(H2O2)是一种可替代工业蒽醌法的绿色环保且安全高效的技术路线，具有广阔发展前景。然而，受限于缓慢的氧还原反应(ORR)动力学以及竞争的四电子反应过程，开发具有高氧还原反应活性以及两电子选择性的高性能催化剂是目前研究的核心关键。近年来，碳基材料因其储量丰富、成本低廉、结构易于调控等优势，被广泛应用于2e-ORR合成H2O2领域，并取得了显著的研究进展。基于此，本文首先简要介绍了氧还原过程的基本原理以及催化剂的一般评价方法，指出了构建高效催化剂的基本设计指导原则。然后重点综述了近年来碳基催化剂用于2e-ORR制备H2O2的最新研究进展，针对非金属碳基材料和过渡金属碳基材料两大类，细致讨论并总结了异相原子掺杂、缺陷工程、孔结构工程、单原子局部微环境调控等催化剂活性位点优化策略对提升催化性能的作用效果。最后，针对H2O2生产介质、催化剂结构-性能关系以及在工业级电流密度下稳定生产H2O2三方面，展望了未来两电子氧还原合成H2O2领域未来发展的挑战及方向。

关键词：两电子氧还原反应过氧化氢电化学合成碳基催化剂选择性

用于蒸汽裂解产物成分预测的集成迁移学习框架

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化工进展 2024年第5期43卷 2880-2889页

作者：郑可欣江雨欣毕可鑫赵祺铭陈少臣王冰冰任俊宇吉旭邱彤戴一阳四川大学化学工程学院四川成都610065 帝国理工化学工程学院英国伦敦SW72AZ 清华大学化学工程系北京100084

回顾了蒸汽裂解过程建模的方法,阐述了工业实际情况中面临的数据匮乏问题。面对石油化工行业大量的小数据集建模需求,充分利用历史生产数据,提出了一种集成迁移学习框架。首先,利用充足的数据在特定工况下建立了基本的深度学习模型。然... 详细信息

回顾了蒸汽裂解过程建模的方法,阐述了工业实际情况中面临的数据匮乏问题。面对石油化工行业大量的小数据集建模需求,充分利用历史生产数据,提出了一种集成迁移学习框架。首先,利用充足的数据在特定工况下建立了基本的深度学习模型。然后,利用小数据集将迁移学习技术应用于新的工况,源域的专家知识通过基于参数的方法转移到目标领域。最后,引入集成学习来整合获得的迁移学习模型,从而提高性能。在几个实际案例上进行实践,研究了该模型框架的性能。为了更好地理解模型,还进一步实施了层可迁移性分析和SHapley Additive exPlanation(SHAP)特征重要性分析。结果说明该方法训练出的模型具有良好的准确性、稳定性、计算效率和可解释性,可以满足工业需求。

关键词：模型迁移学习集成学习算法模型可解释性石油预测神经网络

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机器学习势及其在分子模拟中的应用综述

化工学报 2024年第4期75卷 1241-1255页

作者：刘东飞张帆刘铮卢滇楠清华大学化学工程系北京100084

分子动力学模拟已经成为化工过程和技术研发的重要工具,但经典分子动力学模拟的精度不足和从头计算分子动力学模拟的高昂计算成本,制约了分子模拟技术的广泛应用。机器学习技术的出现和发展使得基于机器学习势的分子模拟快速发展起来,... 详细信息

分子动力学模拟已经成为化工过程和技术研发的重要工具,但经典分子动力学模拟的精度不足和从头计算分子动力学模拟的高昂计算成本,制约了分子模拟技术的广泛应用。机器学习技术的出现和发展使得基于机器学习势的分子模拟快速发展起来,该方法兼具速度快与准确性高的优势,将极大地加速分子模拟技术在化工中的应用。首先回顾了机器学习势的发展历程,给出了构建机器学习势模型的原则,介绍了数据集构建、模型训练和模型迁移与应用等,分析了不同类型的机器学习势的特点和局限性,最后对机器学习势的应用前景进行了展望。

关键词：机器学习势分子模拟计算化学热力学

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大语言模型在储能研究中的应用

储能科学与技术 2024年

作者：袁誉杭高宇辰张俊东高岩斌王超珑陈翔张强清华大学化学工程系绿电化工中心

在碳达峰、碳中和的大背景下，储能科学作为一门信息密集、多学科交叉的研究领域，迫切需要新研究方法以应对其日益复杂的难题与挑战。随着人工智能技术的快速发展，大语言模型在文本处理、信息收集与整合、图片与视频生成等领域取得了... 详细信息

在碳达峰、碳中和的大背景下，储能科学作为一门信息密集、多学科交叉的研究领域，迫切需要新研究方法以应对其日益复杂的难题与挑战。随着人工智能技术的快速发展，大语言模型在文本处理、信息收集与整合、图片与视频生成等领域取得了巨大的成功，其应用也在逐渐延伸至自然科学研究领域，并在提升科研效率等方面展现出了巨大的潜力，有望助力储能科学应对未来挑战。本文首先以ChatGPT为例，回顾了人工智能和大语言模型领域的重大进展，从社会生活和科学研究两方面分析了这些进展所产生的影响，整理了国内重点的大语言模型；然后结合储能领域的具体案例介绍大语言模型的基本概念及原理，并从信息处理、信息生成和系统集成三个方面详细探讨大语言模型在储能研究中的应用，凸显这一全新研究方法的实际效果与发展前景；最后结合具体时代背景，指出大语言模型与储能交叉研究的挑战与未来发展方向，并对这一新领域做出总结和展望。

关键词：大语言模型人工智能储能技术二次电池