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基于晶体图卷积神经网络的晶格能回归模型

化工学报 2024年

作者：郑欣雨任泽华周利柴士阳吉旭四川大学化学工程学院

晶格能是决定晶体热力学稳定性的关键物理性质，对药物多晶型稳定性的筛选具有指导意义。晶格能的获取方式通常为实验试错和基于分子/量子力学的理论计算，对于数量庞大的晶型结构，两种方法均费时费力。本研究提出了一种基于密度泛函... 详细信息

晶格能是决定晶体热力学稳定性的关键物理性质，对药物多晶型稳定性的筛选具有指导意义。晶格能的获取方式通常为实验试错和基于分子/量子力学的理论计算，对于数量庞大的晶型结构，两种方法均费时费力。本研究提出了一种基于密度泛函理论（Density Functional Theory， DFT）和晶体图卷积神经网络（Crystal Graph Convolutional Neural Networks， CGCNN）的晶格能回归模型。首先采用自洽屏蔽多体色散校正的DFT方法计算晶格能，建立了包含酸、醇、酰胺、氨基酸、酸酐等248种晶型的晶格能数据集；基于所建立的数据集，采用CGCNN进一步建立晶型和晶格能之间的定量回归模型，该模型训练集和测试集MAPE分别为1.24%和5.04%，R2分别为0.9978和0.9750，表明该模型具有较好的预测效果，可以为高通量筛选稳定的晶型提供理论指导。

关键词：晶格能多晶型密度泛函理论神经网络回归模型

机械密封动压槽激光加工工艺参数反演及槽深加工精度控制研究

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中国激光 2024年第16期51卷 305-315页

作者：陈硕刘小磊邓强国孙雪剑许恒杰毛文元昆明理工大学化学工程学院云南昆明650500

为了进一步提高机械密封动压槽槽深的加工精度,利用槽深计算模型,编写了动压槽激光加工工艺参数反演程序,同时还基于槽深误差和槽深相对误差的定义,构建了多次反演槽深加工误差的模型,开展了工艺参数单次反演及槽深加工精度多次反演的... 详细信息

为了进一步提高机械密封动压槽槽深的加工精度,利用槽深计算模型,编写了动压槽激光加工工艺参数反演程序,同时还基于槽深误差和槽深相对误差的定义,构建了多次反演槽深加工误差的模型,开展了工艺参数单次反演及槽深加工精度多次反演的控制研究,并进行了实验验证。结果表明:在单次反演研究中,利用反演程序获得的16组工艺参数反演结果与实验结果均较为吻合,槽深的最大相对误差不超过17.00%;在多次反演研究中,分别以第1次反演实验槽深小于目标槽深(槽深相对误差为17.00%)和大于目标槽深(槽深相对误差为5.55%)为案例,通过不同的反演方法进行两次反演,最终将槽深相对误差均控制在5.00%以内,满足了设计控制目标要求,实现了对机械密封动压槽槽深的精确控制。

关键词：激光技术机械密封动压槽工艺参数反演

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复合纳米流体强化换热研究进展

工程科学学报 2024年第5期46卷 937-948页

作者：吴俊杰马丽侯竣升李栋宇郝南京西安交通大学化学工程与技术学院西安710049

随着科学技术的进步,电子器件、太阳能和机械加工等系统均趋向于高功率和微型化发展.然而,这些系统内部产生的热量也随之增加,导致系统过热甚至烧毁,因此,亟需发展高效热管理系统,以及时带走系统热量.近年来,多种新型热管理技术被广泛... 详细信息

随着科学技术的进步,电子器件、太阳能和机械加工等系统均趋向于高功率和微型化发展.然而,这些系统内部产生的热量也随之增加,导致系统过热甚至烧毁,因此,亟需发展高效热管理系统,以及时带走系统热量.近年来,多种新型热管理技术被广泛研究和应用,其中,复合纳米流体强化换热技术因具有效果显著、成本低廉和无额外能耗等优势而备受关注,成为研究和应用的热点之一.本文对复合纳米流体强化换热技术的研究进展进行全面综述.首先总结了近年来复合纳米流体制备的研究现状,然后分析了复合纳米流体的一般性能、传热性能及相关影响因素,着重讨论了复合纳米流体强化换热机制.此外,还介绍了复合纳米流体在微电子、太阳能装置及散热器等领域的应用.最后,讨论了复合纳米流体强化换热技术目前面临的挑战,并提出了未来的发展方向.

关键词：复合纳米流体强化换热复合纳米颗粒微电子散热器

分子水平动力学模型和机器学习方法相结合研究废弃塑料热解

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化工学报 2024年

作者：王茂先孙启典付哲华放纪晔程易清华大学化学工程系中国石油天然气股份有限公司规划总院

随着全球塑料产量的增加，废弃塑料处理问题日益严重，热解技术作为一种将废弃塑料转化为高附加值产品的方法，引起了广泛关注。通过分子水平动力学模型与机器学习相结合的方法，研究了聚乙烯（PE）的热解过程。首先，利用分子水平动力... 详细信息

随着全球塑料产量的增加，废弃塑料处理问题日益严重，热解技术作为一种将废弃塑料转化为高附加值产品的方法，引起了广泛关注。通过分子水平动力学模型与机器学习相结合的方法，研究了聚乙烯（PE）的热解过程。首先，利用分子水平动力学模型针对不同分子量分布的PE原料，生成大规模热解数据集。然后，基于大规模数据集构建了9种机器学习模型，评估其预测能力及特征重要性，分析影响热解产物收率的关键因素。结果表明，反应时间和热解温度是主要影响因素，KNN模型在气、液相产物预测中表现最佳。通过优化机器学习模型和扩大数据集，可以显著提升热解过程的预测准确性和效率，为废弃塑料资源化提供了新的思路和方法。

关键词：热解机器学习分子水平动力学模型废弃塑料模拟废物处理

离子液体强化不饱和键差异化合物分离的研究进展

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化工进展 2024年第1期43卷 198-214页

作者：容凡丁丁泽相曹义风陈俐吭杨柳申福星杨启炜鲍宗必浙江大学化学工程与生物工程学院浙江杭州310058 浙江大学衢州研究院浙江衢州324000

结构相似物的分离是物耗和能耗最集中的化工过程之一。对于具有不饱和键差异的化合物而言,它们的物化性质极为相近,高效分离极具挑战。离子液体因其特殊的理化性质、结构可设计以及多重分子间相互作用位点等特点而广泛应用于不饱和键差... 详细信息

结构相似物的分离是物耗和能耗最集中的化工过程之一。对于具有不饱和键差异的化合物而言,它们的物化性质极为相近,高效分离极具挑战。离子液体因其特殊的理化性质、结构可设计以及多重分子间相互作用位点等特点而广泛应用于不饱和键差异化合物的分子辨识分离。本文综述了离子液体强化不饱和键差异化合物分离的研究进展,重点介绍了常温常压下为气态的低碳烃、液态的中等碳链烃及固态的天然活性同系物等代表性体系的分离,突出了离子液体分离不饱和键差异化合物的构效关系、分离机理及分离工艺流程评价,并展望了离子液体强化不饱和键差异化合物分离的未来方向。

关键词：离子液体分子辨识分离萃取选择性不饱和键

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高载量锂硫电池正极设计优化

化工进展 2024年第1期43卷 364-375页

作者：夏银萍李洲鹏汪倩倩浙江大学宁波科创中心浙江宁波315100 浙江大学化学工程与生物工程学院浙江杭州310027

高载量硫正极是研发高能量密度锂硫电池的必要先决条件。然而,硫载量的提高不可避免地会引起正极导电性不良、多硫化物转化动力学缓慢,穿梭效应加剧等问题。本文从化学工程的角度出发,重点关注高载量硫正极中的传质和反应过程,综述了性... 详细信息

高载量硫正极是研发高能量密度锂硫电池的必要先决条件。然而,硫载量的提高不可避免地会引起正极导电性不良、多硫化物转化动力学缓慢,穿梭效应加剧等问题。本文从化学工程的角度出发,重点关注高载量硫正极中的传质和反应过程,综述了性能优良的高载量锂硫电池正极设计思路。具体而言,从增强电子传导、改善锂离子传质、优化反应动力学、抑制多硫化物穿梭这四种研究思路出发,对比了不同优化策略之间的优劣性,并提出下一代高硫载量硫正极设计的探索方向。分析表明,基于吸附-催化双重功能的三维高导电正极具有巨大发展前景。从应用层面考虑,本文还关注了高载量正极设计中常被忽视的安全性问题,探讨了削弱正极诱导并从源头降低热失效风险的可行性,旨在为研究人员优化高载量(≥4mg/cm^(2))正极设计方案时提供实用指导。

关键词：锂硫电池高硫载量复合正极电化学

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镍催化可控/活性自由基聚合反应研究进展

化工学报 2024年第4期75卷 1105-1117页

作者：程骁恺历伟王靖岱阳永荣浙江大学宁波科创中心浙江宁波325000 浙江大学化学工程与生物工程学院浙江杭州310058

可控/活性自由基聚合是近年来发展的温和、聚合反应进程可控、分子结构可设计性强的自由基聚合反应技术,其核心在于活性自由基中间体与催化剂/链转移剂的可逆活化/失活过程,常用于极性单体聚合制备结构多样的有机高分子材料。镍催化剂... 详细信息

可控/活性自由基聚合是近年来发展的温和、聚合反应进程可控、分子结构可设计性强的自由基聚合反应技术,其核心在于活性自由基中间体与催化剂/链转移剂的可逆活化/失活过程,常用于极性单体聚合制备结构多样的有机高分子材料。镍催化剂具有多变的中心金属价态及多样的聚合反应机理,在可控/活性自由基聚合领域存在独特的优势。对近年来原子转移自由基聚合(ATRP)和有机金属控制的活性自由基聚合(OMRP)中的镍催化剂结构、聚合反应机理、反应行为和产物结构特征进行了综述,并对镍催化的可控/活性自由基聚合未来发展方向和应用前景进行了展望。

关键词：镍催化剂自由基聚合可控/活性自由基聚合

野大豆黄酮UDP-糖基转移酶GsUGT1的挖掘及功能表征

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中国生物工程杂志 2024年第9期44卷 23-32页

作者：杜冰洁李泳幸冯旭东李春北京理工大学化学与化工学院化学工程系生物化工研究所医药分子科学与制剂工程工业和信息化部重点实验室北京100081 清华大学化学工程系工业生物催化教育部重点实验室北京100084

野大豆(Glycine soja Siebold&Zucc.)是一种重要的粮油兼用作物,富含多种黄酮和黄酮糖苷,具有多种药理活性。糖基化可以将黄酮苷元转化为更稳定、生物活性更强、结构更多样的糖苷。通过基因组分析和酶挖掘,报道了一种来自野大豆的黄酮U... 详细信息

野大豆(Glycine soja Siebold&Zucc.)是一种重要的粮油兼用作物,富含多种黄酮和黄酮糖苷,具有多种药理活性。糖基化可以将黄酮苷元转化为更稳定、生物活性更强、结构更多样的糖苷。通过基因组分析和酶挖掘,报道了一种来自野大豆的黄酮UDP-糖基转移酶GsUGT1,该酶主要作用于甘草素7-OH位置,对6种黄酮受体具有催化活性。此外,在大肠杆菌中成功异源表达GsUGT1并对其纯化,酶学性质表征发现在pH为7.0、温度为35℃时,酶的催化活性达到最大,米氏动力学研究表明GsUGT1的催化效率k_(cat)/K_(m)为6.70×10^(-5)μmol/(L·s)。最后通过分子对接对GsUGT1的催化机制进行了初步探究。首次报道了野大豆来源的UDP-糖基转移酶GsUGT1,该酶有望成为酶法合成黄酮糖苷衍生物的有效工具。

关键词：黄酮 UDP-糖基转移酶糖基化野大豆

单晶多级孔ZSM-5分子筛酸性质对正庚烷催化裂解反应传质性能的影响

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化工进展 2024年第5期43卷 2661-2672页

作者：谢小金张晓雪刘晓玲崇明本程党国陈丰秋浙江大学化学工程与生物工程学院浙江杭州310027 浙江大学衢州研究院浙江衢州324000

采用L-赖氨酸作为介孔模板剂,通过调控铝源(偏铝酸钠)添加量改变分子筛硅铝比,在单晶分子筛内部引入晶内介孔,成功地合成了一系列具有不同硅铝比的单晶多级孔ZSM-5分子筛,研究了其酸性质对正庚烷催化裂解反应传质性能的影响。利用X射线... 详细信息

采用L-赖氨酸作为介孔模板剂,通过调控铝源(偏铝酸钠)添加量改变分子筛硅铝比,在单晶分子筛内部引入晶内介孔,成功地合成了一系列具有不同硅铝比的单晶多级孔ZSM-5分子筛,研究了其酸性质对正庚烷催化裂解反应传质性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、N2物理吸附、氨气程序升温脱附(NH_(3)-TPD)、吡啶红外(Py-IR)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等表征了单晶多级孔ZSM-5分子筛的物理结构、酸性质和微观形貌。同时,利用零长柱(ZLC)装置测试获取了正庚烷在单晶多级孔ZSM-5分子筛中的表观扩散系数,用于反映其传质性能。研究结果表明,随着硅铝比的提高,单晶多级孔ZSM-5分子筛的物理结构基本保持一致;传质性能随酸量的减少而提升,催化裂解性能随酸量的增加而提高。当单晶多级孔ZSM-5分子筛的Si/Al从80提高至140,正庚烷的表观扩散系数提升了87%以上;当单晶多级孔ZSM-5分子筛的Si/Al=80时,正庚烷的转化率最高可达97.5%,乙烯和丙烯的选择性分别为24.3%和35.1%。

关键词： L-赖氨酸硅铝比单晶多级孔ZSM-5分子筛传质催化反应