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构筑共轭聚合物基S型异质结分子内和界面电场以实现高效光催化制氢

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第3期58卷 194-205页

作者：王乐乐程文瑶王嘉鑫杨娟刘芹芹江苏大学材料科学与工程学院江苏镇江212013

能源短缺与环境问题已成为阻碍社会经济发展的重要因素,并对人类生活质量产生了深远影响,成为重大的全球性挑战.传统的一次能源,如煤、石油和天然气,正面临着日益严重的短缺问题,同时,水体污染日趋严重.因此,迫切需要寻找绿色、可持续... 详细信息

能源短缺与环境问题已成为阻碍社会经济发展的重要因素,并对人类生活质量产生了深远影响,成为重大的全球性挑战.传统的一次能源,如煤、石油和天然气,正面临着日益严重的短缺问题,同时,水体污染日趋严重.因此,迫切需要寻找绿色、可持续的能源解决方案.其中,利用太阳能进行光解水制氢以及降解水中污染物,被视为一种极具潜力和前景的能源利用方式.然而,目前的光催化剂普遍面临光生载流子容易复合、迁移速率缓慢等问题,这些问题限制了光生电荷的寿命,往往只有几十皮秒,从而降低了其在氧化还原反应中的有效性和光催化效率.因此,开发高效、稳定的光催化剂成为了当前研究的热点和迫切需求.本文报道了一种新型光催化剂的合成与应用.首先,将1,6-二溴芘分子作为富电子供体(D)引入到氮化碳(g-C_(3)N_(4))中,合成了以C‒N键连接的g-C_(3)N_(4)-1,6-二溴芘(CNPy)材料.随后,通过多种手段对样品进行了表征.X射线衍射图谱、傅里叶红外光谱和核磁共振图谱证明了1,6-二溴芘分子的成功引入.氮气等温吸附脱附曲线结果表明,与纯g-C_(3)N_(4)相比,芘基的引入增加了g-C_(3)N_(4)的比表面积,暴露出更多的活性位点.X射线光电子能谱和表面电荷密度测试结果证实了CNPy分子内电场的成功构建.当以铂为助催化剂时,CNPy-0.2(包含200 mg CNPy)表现出较高的光催化产氢性能,产率达到6.1mmol·g^(–1)·h^(–1).在此基础上,为了进一步提升催化性能,将CNPy与具有宽光谱响应范围和匹配能带结构的CdSe纳米颗粒进行复合,构筑了具有双电场(分子内和界面电场)的CdSe/CNPy S型异质结光催化剂.X射线衍射图谱、扫描电子显微镜及透射电子显微镜测试结果证实了CdSe与1,6-二溴芘修饰的g-C_(3)N_(4)的成功复合,且CdSe纳米颗粒(200 nm左右)均匀地分布在CNPy上.此外,通过原位X射线光电子能谱、电子顺磁共振波谱和开尔文探针力显微镜等表征手段证实了S型异质结的形成以及CdSe与CNPy之间存在内建电场.光电化学表征进一步证实了CdSe/CNPy S型异质结具有高效的载流子分离效率.能带结构分析结果表明,该CdSe/CNPy S型异质结在光激发后保留了CNPy的较强氧化能力与CdSe的较强还原能力.在无Pt作助催化剂的情况下,测试了CdSe/CNPy S型异质结的析氢与降解性能.结果显示,优化后的复合材料100%CdSe/CNPy-0.2在光催化产H2反应中,产率高达1.16 mmol·g^(–1)·h^(–1),分别是纯CNPy-0.2,CdSe和100%CdSe/CN的58倍,2.2倍和2.32倍.此外,该S型异质结材料表现出较好的光催化降解四环素性能,在全光谱照射下,降解效率高达97%.多次循环数据显示,该S型异质结材料表现出良好的稳定性.综上所述,本研究通过分子结构设计,在共轭聚合物分子内引入内建电场,并结合异质结界面工程策略,构筑了具有双电场的S型异质结光催化材料.该材料表现出高效的光催化析氢和污染物降解性能,为提升共轭半导体基光催化材料的性能提供了新思路.

关键词： g-C_(3)N_(4) 分子内电场界面电场 S型异质结构光催化剂

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基于相位成像的番茄果实糖度检测

中国激光 2024年第3期51卷 96-104页

作者：徐一新戴海宸张月于陆新徐媛媛季颖江苏大学物理与电子工程学院江苏镇江212013

果蔬品质检测在其生长、储存各环节都具有重要意义,同时也是栽培、保存方案制订的依据。针对果蔬种植过程中对样本全域生理信息定量实时获取的需求以及现有检测技术的不足,本文从宏观生长的微观物质基础和相位成像机理出发,以番茄果实... 详细信息

果蔬品质检测在其生长、储存各环节都具有重要意义,同时也是栽培、保存方案制订的依据。针对果蔬种植过程中对样本全域生理信息定量实时获取的需求以及现有检测技术的不足,本文从宏观生长的微观物质基础和相位成像机理出发,以番茄果实糖度检测为例,提出了一种果蔬生理信息的相位检测方法,基于细胞相位图像提取两个相位参量并联合宏观糖度值构建数据立方体对番茄糖度分布进行了表征。该方法可根据需要对任意局部区域进行采样检测,无须对细胞样本进行预处理,只需要采集任意角度下的一幅相位图即可,具有数据量小、计算简便的优势,整个分析过程只需要0.5 s左右。与现有成熟检测方法的对照实验表明,细胞相位参量与糖度值表现出了明显的正相关性,且对局部糖度差异敏感。所提方法与高光谱成像检测结果具有良好的一致性。该相位检测表征方法操作简便,运算速度快,可为番茄糖度乃至其他果蔬的多种生理特性快速检测提供参考。

关键词：生物光学番茄果实糖度品质检测相位成像相位参量

模型约束与机器学习下的植物类胡萝卜素和叶绿素含量反演方法

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光谱学与光谱分析 2024年第8期44卷 2174-2182页

作者：汤馥睿徐媛媛耿芫蔡顾斌杨帆李雨晨季颖江苏大学物理与电子工程学院江苏镇江212000

叶绿素和类胡萝卜素含量是评价植物健康状况的一个重要指标。PROSPECT模型与机器学习耦合反演植被生化特性已得到广泛应用。但由于叶片方向半球反射率因子(DHRF)光谱和二向反射率因子(BRF)光谱之间的差异,耦合模型的应用范围受到限制。... 详细信息

叶绿素和类胡萝卜素含量是评价植物健康状况的一个重要指标。PROSPECT模型与机器学习耦合反演植被生化特性已得到广泛应用。但由于叶片方向半球反射率因子(DHRF)光谱和二向反射率因子(BRF)光谱之间的差异,耦合模型的应用范围受到限制。为此,以北美地区植物叶片光谱数据库(EcoSIS)作为实验数据集,提出PROSPECT模型作为机器学习的附加约束形成混合数据集,对此混合数据集利用连续小波变换(CWT)产生的小波系数谱和一阶导(FD)产生谱,提出三种全光谱域和VNIR光谱子域下的植物叶片叶绿素、类胡萝卜素的光谱特征变量筛选策略,即是:竞争性自适应重加权算法(CARS)、连续投影算法(SPA)和主成分分析法(PCA)。由此,基于上述2×2×3=12种不同光谱处理方法、特征提取方法组合,分别建立了植物叶片叶绿素和类胡萝卜素含量的人工神经网络(ANN)预测模型。进而开展了不同模型下的预测精度对比分析,结果表明:PROSPECT模型约束下的模拟数据一定程度增强了机器学习的训练集质量;经一阶导、小波变换处理的光谱能较好地减少DHRF模拟光谱和BRF实测光谱间的偏差,并在结合特征提取算法CARS后进一步提升了预测表现。在全光谱域下的FD+CARS组合对叶片叶绿素的反演效果最佳,测试集R2为0.8064,RMSE为2.9114;在VNIR光谱子域下的CWT+CARS组合对叶片类胡萝卜素最佳,测试集R2为0.7972,RMSE为0.4141。该方法可为研究人员从叶片BRF光谱及其他近端反射率图像更精确、高效地提取植物叶片生化特征提供参考。

关键词：光谱数据模型约束小波系数谱一阶导数谱叶绿素类胡萝卜素精准反演

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声学黑洞加筋板结构的声振特性分析

船舶力学 2024年第3期28卷 442-449页

作者：温华兵黄惠文史自强郭俊华江苏科技大学能源与动力学院江苏镇江212100

基于声学黑洞与加强筋这两种结构设计出声学黑洞加筋板,通过建立声学黑洞加筋板、加强筋的有限元模型,对两种结构的声辐射特性、振动能量分布与传递特性开展研究。仿真结果表明:在高于截止频率时声学黑洞加筋板的辐射声功率级比普通加... 详细信息

基于声学黑洞与加强筋这两种结构设计出声学黑洞加筋板,通过建立声学黑洞加筋板、加强筋的有限元模型,对两种结构的声辐射特性、振动能量分布与传递特性开展研究。仿真结果表明:在高于截止频率时声学黑洞加筋板的辐射声功率级比普通加筋板降低8~20 dB,由于敷设的局部阻尼使聚集在声学黑洞区域的振动能得到有效的耗散,因此其振动水平下降明显且与声场耦合变弱;通过分析振动能量分布特性验证了声学黑洞加筋板结构大部分动能聚集在声学黑洞区域,减弱整体结构的振动水平;振动传递特性揭示了声学黑洞加筋板受声学黑洞聚能与加强筋阻振的叠加效应,相比于普通加筋板,声学黑洞加筋板具有更优的减振降噪性能。

关键词：声学黑洞加强筋减振降噪声辐射功率流

具有bcc结构的β型钛或锆系合金的低模量机制

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稀有金属 2024年第5期48卷 745-752页

作者：侯艳嫔吴亭慧郭顺刘海霞程晓农江苏大学材料科学与工程学院江苏镇江212013

低弹性模量的三元β型钛或锆系合金中的体心立方(bcc)结构多处于不稳定状态,因此难以通过制备单晶的方式来直接测定单晶弹性常数。利用原位同步辐射高能X射线衍射(SXRD)技术和Eshelby-Kroner-Kneer弹塑性自洽模型,获取了具有bcc结构的三... 详细信息

低弹性模量的三元β型钛或锆系合金中的体心立方(bcc)结构多处于不稳定状态,因此难以通过制备单晶的方式来直接测定单晶弹性常数。利用原位同步辐射高能X射线衍射(SXRD)技术和Eshelby-Kroner-Kneer弹塑性自洽模型,获取了具有bcc结构的三元Ti-33Nb-4Sn,Ti-35Nb-4Sn,Zr-12Nb-4Sn和Zr-4Mo-4Sn多晶合金的单晶弹性常数,成功解决了此类合金难以通过制备单晶来直接获得单晶弹性常数的技术瓶颈,揭示了具有bcc结构的多晶β型钛或锆系合金的低模量机制。结果表明,与二元β型TiV,TiCr和TiNb单晶合金相比,经冷轧退火处理的Ti-33Nb-4Sn和Ti-35Nb-4Sn合金和固溶处理的Zr-12Nb-4Sn和Zr-4Mo-4Sn合金具有较低的■剪切模量C′和超低的{001}剪切模量C_(44)。基于Hill近似理论进一步分析可知,三元β型Ti-33Nb-4Sn,Ti-35Nb-4Sn,Zr-12Nb-4Sn和Zr-4Mo-4Sn合金较低的剪切模量C′以及超低的剪切模量C_(44),是此类合金呈现较低杨氏模量E_(H)的原因。通过合理的成分设计及热机械处理降低合金的剪切模量C′和C_(44),可望获得与人骨模量相近的超低模量钛或锆合金。

关键词： β型钛或锆系合金低弹性模量同步辐射X射线衍射(SXRD) 弹性常数

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一种聚类分析驱动种子调度的模糊测试方法

软件学报 2024年第7期35卷 3141-3161页

作者：张文陈锦富蔡赛华张翅刘一松江苏大学计算机科学与通信工程学院江苏镇江212013 江苏省工业网络安全技术重点实验室(江苏大学) 江苏镇江212013

作为当前被广泛应用的自动化软件测试技术,模糊测试的首要目标是尽可能多地探索被测程序的代码区域以达到更高的覆盖率,从而检测出更多的漏洞或者错误.现有的模糊测试方法大多是根据种子的历史突变数据来调度种子,实现起来比较简单,但... 详细信息

作为当前被广泛应用的自动化软件测试技术,模糊测试的首要目标是尽可能多地探索被测程序的代码区域以达到更高的覆盖率,从而检测出更多的漏洞或者错误.现有的模糊测试方法大多是根据种子的历史突变数据来调度种子,实现起来比较简单,但忽略了种子所探索程序空间的分布情况,导致测试工作可能会陷入只对程序的某单一区域进行探测,造成测试资源的浪费.提出一种基于聚类分析驱动种子调度的模糊测试方法Cluzz.首先,Cluzz结合种子执行路径覆盖的分布来分析种子在特征空间上的区别,使用聚类分析对种子在程序空间中的执行分布情况进行划分.然后,根据不同种子簇群的路径覆盖模式与聚类分析结果对种子进行优先级评估,探索稀有代码区域并优先调度评估得分较高的种子.其次,通过种子评估得分为种子分配能量,将突变得到的有趣输入保留并进行归类以更新种子簇群信息.Cluzz根据更新后的种子簇群重新评估种子,以确保测试过程中种子的有效性,从而在有限时间内探索更多的未知代码区域,提高被测程序的覆盖率.最后,将Cluzz实现在3个当前主流的模糊器上,并在8个流行的真实程序上进行大量测试工作.结果表明:Cluzz检测独特崩溃的平均数量是普通模糊器的1.7倍,在发现新边缘数量方面,平均优于基准模糊器22.15%.此外,通过与现有种子调度方法进行对比,Cluzz的综合表现要优于其他基准模糊器.

关键词：模糊测试软件安全聚类分析种子调度能量分配

茶树喷灌防霜中植株储水/冰量动态变化与影响因素研究

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农业机械学报 2024年第2期55卷 180-187页

作者：潘庆民鹿永宗张志金矿宋佳伟胡永光江苏大学农业工程学院镇江212013

喷灌是园艺作物有效的防霜技术之一。为确定茶树喷灌防霜需水量和节约水资源,需研究喷灌过程中植株的储水/冰量动态变化及影响因素。本文设计了一种防滴落、茎杆水收集及称量组合装置,可直接精确获取整株茶树的储水/冰量;试验分析非冻... 详细信息

喷灌是园艺作物有效的防霜技术之一。为确定茶树喷灌防霜需水量和节约水资源,需研究喷灌过程中植株的储水/冰量动态变化及影响因素。本文设计了一种防滴落、茎杆水收集及称量组合装置,可直接精确获取整株茶树的储水/冰量;试验分析非冻结和冻结、微量和摇臂2类喷头条件下储水/冰量变化的异同;最后探究了冻结下微量喷头喷灌时长对储冰量和茎杆水量的影响。研究结果表明,非冻结条件下,茶树储水量变化经历积累、动平衡和干燥3个阶段;冻结条件下的储冰量随喷灌进行持续增加,并在停喷后较长时间内保持不变,即积累和保持阶段,随后依次经历融化流失和干燥阶段;相同喷灌压力和时长下,微量喷头的储水量和储冰量分别是摇臂喷头的1.2倍和2.0倍;微量喷头喷灌时长对最大储水量无明显影响,约为0.22 kg,最大储冰量则随喷灌时长的增加而显著增加,1.5 h的储冰量是0.5 h的2.9倍。微量喷头作用的茎杆水量,在非冻结和冻结条件下也较高,分别是摇臂喷头的3.0倍和2.7倍。本文研究了茶树植株表面储水/冰量变化及影响因素,改进了灌木类植物冠层截留量的测量方法,为提升防霜效果和实现精准喷灌奠定了基础。

关键词：茶树防霜喷灌冠层截留储水量储冰量

同质相吸与差异偏好机制驱动的智慧群体结构演化

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系统工程理论与实践 2024年第1期44卷 372-386页

作者：刘鹏王一凡刘惠宇王慧蓉江苏科技大学经济管理学院镇江212100 江苏科技大学深蓝研究院镇江212100

智慧群体所展现出兼具局部聚集性与全局整体性的结构状态引发了学界对其潜在机制的探查.现有主流解释是基于社会资本的结构镶嵌和结构洞机制的组合,对于基于个体属性的同质相吸和差异偏好机制的探讨相对不足.此外,相关工作往往采用多主... 详细信息

智慧群体所展现出兼具局部聚集性与全局整体性的结构状态引发了学界对其潜在机制的探查.现有主流解释是基于社会资本的结构镶嵌和结构洞机制的组合,对于基于个体属性的同质相吸和差异偏好机制的探讨相对不足.此外,相关工作往往采用多主体建模方法,在一定程度上脱离了真实网络且不具备关系形成的预测能力.对此,本文运用数据分析与深度学习相结合的方法,探查了同质相吸和差异偏好机制对于智慧群体结构演化的驱动作用.研究结果表明,本文所考察的两个不同领域智慧群体的协作网络经历三个阶段的演化后(即松散聚簇、链状结构、小世界状态),展现出较好的局部聚集性与全局整体性.其中,同质相吸机制推动相似个体汇聚形成聚簇;差异偏好机制促使聚簇间连接的形成.研究结果不仅有助于进一步认识智慧群体结构演化的内在动力机制,也为复杂网络结构演化机制的分析工作从深度学习视角提供了一个新的思路;同时,对于利用社会智力资源实施开放式创新的管理实践也具有一定的借鉴意义.

关键词：智慧群体结构演化深度学习同质相吸差异偏好

丛枝菌根真菌提高入侵杂草南美蟛蜞菊对除草剂的耐受性

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植物生态学报 2024年第5期48卷 651-659页

作者：胡蝶蒋欣琪戴志聪陈戴一张雨祁珊珊杜道林江苏大学农业工程学院江苏镇江212013 江苏大学环境与安全工程学院环境生态研究所江苏镇江212013 江苏大学京江学院江苏镇江212013

入侵杂草南美蟛蜞菊(Sphagneticola trilobata)的优势生长严重危害本土植物群落和生态系统的稳定性。近年来,化学防治依然是最主要的杂草防控手段。丛枝菌根真菌(AMF)作为一种菌根共生体,在宿主植物的生长和抵抗外界环境胁迫中起到重要... 详细信息

入侵杂草南美蟛蜞菊(Sphagneticola trilobata)的优势生长严重危害本土植物群落和生态系统的稳定性。近年来,化学防治依然是最主要的杂草防控手段。丛枝菌根真菌(AMF)作为一种菌根共生体,在宿主植物的生长和抵抗外界环境胁迫中起到重要的作用。该研究通过温室控制实验设置4种处理方式:对照组、只接种AMF、只喷施除草剂以及喷施除草剂并接种AMF,以验证AMF是否在入侵杂草南美蟛蜞菊响应除草剂中起到重要作用。结果显示:在草甘膦铵盐除草剂的胁迫下,南美蟛蜞菊的菌根侵染率、泡囊数以及菌根侵染丰度等级占比都显著上升;相比于只喷施除草剂处理,接种AMF显著增加南美蟛蜞菊的叶面积、地上生物量和根冠比,显著减少黄酮醇相对含量以及叶片损害数。首次发现与AMF的共生能缓解除草剂对入侵杂草南美蟛蜞菊的胁迫。因此,在杂草的化学防治过程中,与AMF的共生可能极大提高杂草对除草剂的抗性,可为入侵杂草的有效防控提供新的思考途径。

关键词：南美蟛蜞菊丛枝菌根真菌草甘膦铵盐除草剂植物微生物互作