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新型动态保温相变Trombe墙体热性能的实验研究

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太阳能学报 2024年第2期45卷 10-15页

作者：周世强 Razaqpur Abdul Ghani 南开大学环境科学与工程学院天津300071

通过测试一间有一面是相变材料另一面是保温材料的新型动态Trombe墙体的房屋全尺寸模型,对该墙体的热性能进行实验研究。以墙体和房间的空气温度以及通过墙体的热流量和气流速率来评估其性能。结果表明:在相变过程中,温度变化相对平缓;... 详细信息

通过测试一间有一面是相变材料另一面是保温材料的新型动态Trombe墙体的房屋全尺寸模型,对该墙体的热性能进行实验研究。以墙体和房间的空气温度以及通过墙体的热流量和气流速率来评估其性能。结果表明:在相变过程中,温度变化相对平缓;墙体从玻璃获得的热量占其获得总热量的26.2%,且利用其储存的90.1%的热量对房间进行加热;在相变材料放热期间,该墙体可降低室内温度的分层且房间中部的温度至少比室外温度高3.2℃。

关键词：相变材料太阳能保温实验 Trombe墙

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质谱离子源内裂解和重排可能会为化学反应中间体的捕获带来错误信息

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质谱学报 2024年第1期45卷 111-122,I0004页

作者：赵玲玲梁驰予汪杰张新星南开大学化学学院天津300071

质谱法广泛应用于在线反应监测和高活性中间体捕获,极大助力了化学反应机理研究。微液滴具有极端的化学环境,有望捕获高活性中间体,与质谱联用可实现原位表征。有报道表明,微液滴表面的局部强酸环境可以稳定短寿命的碳正离子,结合在线... 详细信息

质谱法广泛应用于在线反应监测和高活性中间体捕获,极大助力了化学反应机理研究。微液滴具有极端的化学环境,有望捕获高活性中间体,与质谱联用可实现原位表征。有报道表明,微液滴表面的局部强酸环境可以稳定短寿命的碳正离子,结合在线质谱可以检测其信号。本文使用电喷雾电离质谱(ESI-MS)测定了一系列碳正离子的前体分子,在排除微液滴效应影响的前提下,检测到这些碳正离子信号。进一步的实验表明,受进样毛细管高温和管透镜电压的共同影响,在质谱的粗真空区域,前体物种会发生源内裂解产生碳正离子碎片,这些碎片可能会被误判为液滴反应中产生的高活性中间体,从而影响反应机理研究。本工作表明,在使用质谱进行反应监测和中间体捕获研究时,应谨慎地考察各仪器参数,尤其是离子光学系统所加电压对离子的影响,以避免对化学反应机制的误判。

关键词：电喷雾电离质谱(ESI-MS) 碳正离子源内裂解

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碳中和植物降污固碳及其机制研究进展

环境科学 2024年第6期45卷 3446-3458页

作者：陈芸周启星陶宗鑫郑彤吴康迎张嘉乐欧阳少虎南开大学环境科学与工程学院碳中和交叉科学中心天津300350

在经济发展和生态承载的双重制约下,我国实现碳中和碳达峰需要探索更多的技术手段.植物是构建陆地和海洋碳汇体系的重要载体,同时植物修复技术也是治理环境污染的一种科学手段.然而,目前的研究大多集中在植物降污(包括降低环境介质中的... 详细信息

在经济发展和生态承载的双重制约下,我国实现碳中和碳达峰需要探索更多的技术手段.植物是构建陆地和海洋碳汇体系的重要载体,同时植物修复技术也是治理环境污染的一种科学手段.然而,目前的研究大多集中在植物降污(包括降低环境介质中的污染物浓度和降解污染物两个方面)或植物固碳单一方面,而没有考虑植物降污固碳的双重效益.为挖掘植物的碳中和效应,从碳中和植物入手,深入阐述碳中和植物的降污固碳效应及其进展,评估碳中和植物与其他生物(比如动物、土壤微生物)以及环境功能材料的降污固碳潜力,并对碳中和植物与动物、微生物以及环境功能材料与生态系统协同耦合降污固碳效应的机制进行探究.最后,对碳中和植物降污固碳效应的未来研究方向提出了建设性的展望.

关键词：碳中和植物协同耦合降污修复光合固碳机制

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基于碳中和新技术的美丽中国建设

中国环境科学 2024年第4期44卷 1777-1787页

作者：周启星王辉欧阳少虎南开大学环境科学与工程学院/南开大学碳中和交叉科学中心环境污染过程与基准教育部重点实验室天津300350

碳中和技术是以减少碳排放和增加碳固定为目的,以节能、减排、增效为核心的新技术体系,主要分为三类,包括温室气体的捕集技术、温室气体的埋存技术和低碳或零碳新能源技术.将碳中和技术应用于美丽中国建设不仅可以有效推动我国能源结构... 详细信息

碳中和技术是以减少碳排放和增加碳固定为目的,以节能、减排、增效为核心的新技术体系,主要分为三类,包括温室气体的捕集技术、温室气体的埋存技术和低碳或零碳新能源技术.将碳中和技术应用于美丽中国建设不仅可以有效推动我国能源结构的转型和科学技术的进步,还能够促进生态环境的改善和绿色经济的发展.本研究通过阐述碳中和技术相关理念和发展现状,分析了实现碳中和的有效途径,并进一步讨论了碳中和技术如何助力美丽中国建设.结果表明,目前关于碳中和技术的研究领域主要有氢能领域、电化学领域、绿色化学领域、节能技术、储能技术、废物的资源回收以及合成生物学领域.这些新能源和新技术的出现不仅能够极大地提高能源的利用效率,还能够促进绿色清洁技术的发展.此外,碳中和技术也能够减少污染物的排放,增强资源的高效利用,助力低碳能源体系的建立和促进生态文明体制的健全,从而助力美丽中国建设.

关键词：碳中和技术美丽中国建设能源结构低碳能源体系

外源输入氮的有效性及形态对植物生长与生理影响的研究进展

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生态学杂志 2024年第3期43卷 878-887页

作者：张秦泽郝广李洪远南开大学环境科学与工程学院天津300350

氮(N)是控制植物结构和功能以及维持生态系统稳定的重要营养元素之一,外源输入氮素的有效性及形态的差异对植物的生长发育和生理特征产生显著的影响。由于全球气候变化和人类活动的干扰,大气氮沉降量日益增加,氮形态也发生改变,严重破... 详细信息

氮(N)是控制植物结构和功能以及维持生态系统稳定的重要营养元素之一,外源输入氮素的有效性及形态的差异对植物的生长发育和生理特征产生显著的影响。由于全球气候变化和人类活动的干扰,大气氮沉降量日益增加,氮形态也发生改变,严重破坏植物的正常生长和生态系统的平衡稳定,已成为研究学者关注的热点问题。本文综述了不同氮输入水平和形态对植物的生长、光合作用、养分吸收以及代谢酶活性等方面的影响,归纳出:①适量氮输入能促进植物生长、光合作用和养分吸收能力,但当超出植物承受的阈值后,则对其产生抑制作用;②由于植物对氮素形态吸收偏好的差异,铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)对植物的生长、光合作用、养分吸收以及代谢酶活性的影响效果不同,且适宜铵硝配比相较于单一某种氮素添加对大多数植物的促进作用更显著。提出未来的研究方向应着重考虑4个方面:①开展大尺度的长期监测控制实验;②利用分子生物学技术深入探究氮形态对植物影响的微观机理;③重点关注土壤根际环境对植物根系氮素吸收的影响;④综合分析氮输入与其他环境因子的交互作用,准确评估典型植物种群动态及群落结构变化。本研究为探究外源氮输入下植物生长生理机制和实现植物生产系统的可持续性提供理论参考。

关键词：氮输入氮素有效性氮形态植物生长植物生理生态

萘并吡喃-四苯乙烯稠合化合物的合成、光致变色与荧光性质

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高等学校化学学报 2024年第9期45卷 64-71页

作者：刘珂君魏瑞琪周睿远沈日佩韩杰喀什大学化学与环境科学学院喀什844008 南开大学化学学院先进能源材料化学教育部重点实验室天津300071

设计合成了一系列萘并吡喃-四苯乙烯稠合化合物(NP1~NP5),并研究了其光致变色及荧光性质.与萘并吡喃母体化合物NP0相比,化合物NP5的褪色速率显著提高,其褪色半衰期(τ_(1/2))达到0.75 min.该类化合物还具有光响应迅速及耐疲劳性好等优点... 详细信息

设计合成了一系列萘并吡喃-四苯乙烯稠合化合物(NP1~NP5),并研究了其光致变色及荧光性质.与萘并吡喃母体化合物NP0相比,化合物NP5的褪色速率显著提高,其褪色半衰期(τ_(1/2))达到0.75 min.该类化合物还具有光响应迅速及耐疲劳性好等优点.此外,化合物NP2的四氢呋喃溶液的荧光性质可通过紫外光照调控,即在360 nm紫外光光照前具有荧光性质,光照后荧光性质消失,但并无聚集诱导发光现象.

关键词：光功能材料萘并吡喃聚集诱导发光

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新工科背景下近代物理实验教学改革与实践

实验室研究与探索 2024年第1期43卷 174-179页

作者：陈靖孔勇发徐音陈宗强南开大学物理科学学院天津300071

以任务驱动式教学模式为核心,提高新工科创新型、应用型人才的物理实验综合素养。通过教学内容的重构、教学方法的改革、评价方式的优化等全面的教学改革与实践,将物理知识与工科相关的科学前沿相结合,充分体现物理实验是新工科研究基... 详细信息

以任务驱动式教学模式为核心,提高新工科创新型、应用型人才的物理实验综合素养。通过教学内容的重构、教学方法的改革、评价方式的优化等全面的教学改革与实践,将物理知识与工科相关的科学前沿相结合,充分体现物理实验是新工科研究基础的特征,使学生具备多学科交叉融合实验的能力,为未来培养多元化、创新型卓越工程人才提供支撑。同时,改革也促进了教学团队的教学水平提升,获得师生双向满意的教学效果。

关键词：近代物理实验任务驱动教学模式实验教学改革

分子筛限域单位点钴体系催化芳香族化合物C-H键自调节高效氧化

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第2期57卷 133-142页

作者：党健李玮杰秦斌柴玉超武光军李兰冬南开大学化学学院有机新物质创造前沿科学中心天津300071 南开大学材料科学与工程学院天津300350

通过芳香族化合物的碳-氢键活化与选择氧化,可以将廉价芳香烃类原料转化为高附加值含氧产品,因此,该反应在基础研究和工业生产中均受到广泛关注.传统的苯乙酮生产工艺存在毒性底物使用、催化剂回收困难、反应条件苛刻以及产物收率低等问... 详细信息

通过芳香族化合物的碳-氢键活化与选择氧化,可以将廉价芳香烃类原料转化为高附加值含氧产品,因此,该反应在基础研究和工业生产中均受到广泛关注.传统的苯乙酮生产工艺存在毒性底物使用、催化剂回收困难、反应条件苛刻以及产物收率低等问题.通过大量的研究探索,科研人员进一步改进其生产工艺,利用环烷酸钴作为均相催化剂,实现了无溶剂条件下分子氧直接选择氧化乙苯生成苯乙酮.相比均相催化,多相催化在催化剂回收和产物分离方面具有优势,更适合工业化生产.因此,开发用于乙苯选择氧化制苯乙酮的高效稳定多相催化体系非常重要,但具有较大挑战.本文采用原位配体保护的水热合成法将钴配合物(钴-二乙烯三胺)封装在Y型分子筛中,并经进一步焙烧去除配体成功制得Co@Y分子筛催化剂.在无溶剂、无添加剂的条件下,单位点Co作为Co@Y分子筛催化剂的活性位点可催化乙苯选择氧化生成苯乙酮.X射线粉末衍射、透射电镜、紫外可见光吸收光谱和固体核磁共振谱等结果表明,该单位点Co(Co^(2+))通过与骨架氧原子作用稳定限域在Y型分子筛中.为明确Co@Y分子筛催化剂中单位点Co在乙苯氧化反应中所起的重要作用,本文还对比了不同后合成方法所制备的Y分子筛(Co/Y,Co-Y)催化剂及工业环烷酸钴催化剂的催化性能.结果表明,在相同反应条件下,Co@Y分子筛催化剂表现出最高的催化性能,也说明在乙苯氧化反应过程中Co@Y分子筛催化剂的单位点Co有别于上述其他催化剂的活性位点.此外,在Co@Y催化剂热过滤实验中未检测出Co物种浸出,表明Co@Y分子筛催化乙苯氧化反应为多相催化过程,并且在多次循环测试后,Co@Y催化剂结构和反应活性均未发生明显变化.这两项实验均表明Co@Y催化剂具有高稳定性.值得注意的是,在乙苯氧化反应过程中观察到自加速现象,为此进行了对比实验(添加苯甲醛或1-苯乙醇的对比实验)和反应动力学分析.结果表明,痕量苯甲醛或1-苯乙醇的加入会显著改变Co@Y催化剂在乙苯氧化反应中的催化行为,痕量苯甲醛的加入可将反应表观活化能从69.7降至53.7 kJ/mol.本文也通过第一性原理密度泛函理论(DFT)计算系统研究了Co@Y分子筛催化剂单位点Co处乙苯选择氧化反应机理及反应过程中自加速现象产生的原因.DFT计算结果结合上述对比实验和反应动力学分析结果表明,加入痕量苯甲醛或者1-苯乙醇后部分乙苯会直接氧化生成苯乙酮,而非通过乙苯→1-苯乙醇→苯乙酮的途径生成苯乙酮.DFT计算结果也阐明反应过程中自加速现象的产生源于单位点Co处活性氧物种(O^(*))的生成.该活性氧物种在乙苯、苯甲醛和1-苯乙醇的氧化途径中均能自发生成,并且该物种类似“引发剂”促使后续更多链式反应的发生,在乙苯氧化反应过程中具有非常重要的作用.综上所述,本文为理解芳香族化合物碳-氢键选择氧化实验现象与催化作用机制提供了有益见解,可为理性设计开发更高效的催化剂提供新思路.

关键词：碳-氢键活化多相催化 Co@Y分子筛催化剂自加速活性氧物种

我国典型区域二氧化碳和细颗粒物精细化协同减排路径

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科学通报 2024年第10期69卷 1373-1384页

作者：赵焕许博徐晗王振宇高洁黄俊波戴启立冯银厂史国良南开大学环境科学与工程学院国家环境保护城市空气颗粒物污染防治重点实验室天津300350 南开大学环境科学与工程学院中国气象局-南开大学大气环境与健康研究联合实验室天津300350

随着碳达峰、碳中和目标的提出,我国环境保护进入减污降碳协同治理新阶段.目前研究主要探寻空气质量政策或气候政策对二氧化碳和细颗粒物的减排效益.而从二氧化碳和细颗粒物排放终端能源消费重点行业、主要能源以及主导因素等角度出发,... 详细信息

随着碳达峰、碳中和目标的提出,我国环境保护进入减污降碳协同治理新阶段.目前研究主要探寻空气质量政策或气候政策对二氧化碳和细颗粒物的减排效益.而从二氧化碳和细颗粒物排放终端能源消费重点行业、主要能源以及主导因素等角度出发,来探究我国典型区域协同减排路径精细化方法的研究则鲜见报道.本研究基于2000~2020年我国京津冀、长江三角洲、珠江三角洲典型区域能源消耗数据,首先探明了3个典型区域二氧化碳和细颗粒物终端能源消费的重点排放行业均为工业;并进一步甄别了终端能源消费重点行业中PM_(2.5)排放主要能源为煤类能源,而CO_(2)排放主要能源由煤类能源逐渐转向煤、气类能源,但煤类仍为主导地位;随后使用因素分解模型解析了能源强度、技术进步等主导因素对单位国内生产总值的二氧化碳以及细颗粒物的影响效应;最终利用能源-环境核算预测模型,基于上述研究识别的终端能源消费重点行业、主要能源以及主导因素进行情景分析,旨在判断典型区域不同情景下碳达峰情况,进而寻找协同减排最优路径.结果发现,“技术进步”因素在前期减排效果最好;“能效提升”因素的减排效果在长时期碳污协同减排将起到关键作用,表明未来针对工业排放等终端能源消费重点行业,关注煤、气类等主要能源,采取能效提升、技术进步等手段措施,能够对减污降碳协同增效目标的实现产生最佳收益.希望本研究能为我国典型区域二氧化碳和细颗粒物合理化、精细化协同减排和管控提供科学证据.

关键词：二氧化碳细颗粒物 LEAP模型情景分析协同控制精细化