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构筑Bi纳米粒子负载BiOCl纳米片欧姆结用于光催化CO_(2)还原

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物理化学学报 2024年第7期40卷 54-57页

作者：刘高鹏李利娜王彬单宁杰董金涛季梦夏朱文帅朱剑豪夏杰祥李华明江苏大学能源研究院化学化工学院江苏镇江212013 香港城市大学物理学系材料科学及工程学系生物医学工程学系中国香港999077

煤炭、石油和天然气等能源的不断增长消耗,不仅导致不可再生能源逐渐枯竭,还使大气中的CO_(2)浓度显著上升,引发严重的能源危机和气候问题。因此,我们必须开发清洁、可持续的能源转换技术,以应对不断增长的能源需求和日益严重的环境危... 详细信息

煤炭、石油和天然气等能源的不断增长消耗,不仅导致不可再生能源逐渐枯竭,还使大气中的CO_(2)浓度显著上升,引发严重的能源危机和气候问题。因此,我们必须开发清洁、可持续的能源转换技术,以应对不断增长的能源需求和日益严重的环境危机。受到自然界光合作用的启发,光催化CO_(2)转化利用太阳能驱动,可以将CO_(2)和水转化为高附加值的化学品。经过多年的发展,人工光合作用已被认为是一种绿色、经济、可持续的方法,有望助力实现国家的碳中和发展目标。然而,现有的光催化剂存在着载流子分离效率低和活性位点不足的问题,从而导致CO_(2)光还原效率较低。为了应对这些科学问题,研究人员发现将金属纳米粒子负载到半导体材料上形成欧姆结,可以产生内建电场,有助于光生电子和空穴的分离。因此,本研究通过溶剂热法在BiOCl纳米片表面负载Bi纳米粒子,构建了Bi/BiOCl欧姆结光催化剂。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和透射电子显微镜(TEM)分析了光催化剂的成分和微观结构。利用紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)研究了催化剂的光吸收性能。通过瞬态光电流响应测试、电化学阻抗谱(EIS)和电子自旋共振谱(ESR)研究了光生电子和空穴的分离能力。由于Bi纳米粒子与BiOCl的功函数不同,二者形成的欧姆结具有优异的电荷转移特性,可以显著提高光生载流子的利用效率。此外,Bi纳米粒子还可以作为助催化剂,促进惰性CO_(2)分子的活化。光催化测试结果显示,经过300 W氙灯照射4 h后,具有最佳活性的复合材料(Bi/BiOCl-2)将CO_(2)还原为CO(34.31μmol·g^(-1))和CH_(4)(1.57μmol·g^(-1))的速率分别是BiOCl纳米片的2.55倍和4.76倍。同位素示踪实验证实,产物是CO_(2)和水分子经过光催化反应得到的。此外,根据原位傅里叶变换红外光谱(in situ FTIR)结果,发现在CO_(2)还原过程中形成了^(*)CHO、^(*)CH_(3)O、b-CO_(3)^(2-)、m-CO_(3)^(2-)、HCO_(3)^(-)、HCOOH、^(*)COOH和HCOO^(-)等中间体,并进一步提出了可能的光催化CO_(2)还原机制。经过25 h的CO_(2)光还,原反应后,CO和CH_(4)产量持续增加,同时结合XRD、XPS和TEM结果表明,制备的Bi/BiOCl-2材料具有良好的结构稳定性。这项研究为高效CO_(2)光还原催化剂的构建提供了有益的参考。

关键词： BiOCl纳米片 Bi纳米粒子 CO_(2)光还原欧姆结电子传输

基于大语言模型的人机交互移动检测机器人导航方法

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计算机集成制造系统 2024年第5期30卷 1587-1594页

作者：王湉范峻铭郑湃香港理工大学工业及系统工程学系中国香港特别行政区999077

在工业制造领域,移动机器人的广泛应用已成为提高作业安全和效率的关键。然而,现有的机器人系统只能完成预定义的导航任务,无法适应非结构化场景。为了突破这一瓶颈,提出一种基于大语言模型(LLM)的人机交互移动检测机器人导航方法,可代... 详细信息

在工业制造领域,移动机器人的广泛应用已成为提高作业安全和效率的关键。然而,现有的机器人系统只能完成预定义的导航任务,无法适应非结构化场景。为了突破这一瓶颈,提出一种基于大语言模型(LLM)的人机交互移动检测机器人导航方法,可代替操作人员进入工业环境中的危险区域进行检测,并且可以根据人类自然语言指令完成复杂的导航任务。首先,通过高分辨率网络(HRNet)模型进行场景语义分割,并在点云融合阶段将语义分割结果渲染到重建的三维场景网格模型中,得到三维语义地图;然后利用大语言模型让机器人可以理解人类的自然语言指令,并根据创建的三维语义地图生成Python代码控制机器人完成导航任务。最后,通过一系列非结构化场景下的实验验证了该系统的有效性。

关键词：人机交互大语言模型视觉语言导航智能制造工业5.0

基于尿素电氧化技术的空间站新型污水回用系统设计

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西北工业大学学报 2024年第1期42卷 173-179页

作者：王鹭张珂袁立杰郭嘉玉田彦妮长安大学建筑工程学院陕西西安710061 香港科技大学化学及生物工程学系中国香港999077

空间站中水资源的补充对实现宇航员长期在轨驻留至关重要。将航天员的尿液处理后循环回用是供水的必要途径之一,其占据了回收水量的绝大部分。然而,传统尿液处理方法存在设备庞大、流程复杂和原子利用率低等问题。因此设计了新型污水处... 详细信息

空间站中水资源的补充对实现宇航员长期在轨驻留至关重要。将航天员的尿液处理后循环回用是供水的必要途径之一,其占据了回收水量的绝大部分。然而,传统尿液处理方法存在设备庞大、流程复杂和原子利用率低等问题。因此设计了新型污水处理及回用系统:基于尿素电氧化技术处理尿液,引入甲烷燃料电池与Sabatier反应器和氢氧燃料电池联用,以进一步利用尿液处理产物,通过设计分级处理及动态调控系统,精准配置空间站内水资源。该设计系统有助于节省宝贵空间并降低处理能耗,有望提高水的回收率同时实现资源的优化配置,为空间站内水资源的循环利用提供新思路。

关键词：尿液处理空间站水回用动态调控

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聚合物多孔表界面材料的构筑及给药应用

化学进展 2024年第5期36卷 679-695页

作者：陈彦臣钱泓霖郭一蓉汪璟计剑浙江大学高分子科学与工程学系教育部高分子合成与功能构造重点实验室

药械组合医用生物材料通过药物与器械的有机组合为传统医用装置的发展提供了广阔的前景。随着临床需求不断升级，开发新型表界面工程技术及药物控释机制成为研究的热点。近年来，聚合物材料多孔表界面技术通过毛细吸附作用实现功能分子... 详细信息

药械组合医用生物材料通过药物与器械的有机组合为传统医用装置的发展提供了广阔的前景。随着临床需求不断升级，开发新型表界面工程技术及药物控释机制成为研究的热点。近年来，聚合物材料多孔表界面技术通过毛细吸附作用实现功能分子与器械的快速组合，具有负载灵活、剂量可控、释放可调的特点，为推动医用生物材料药械组合的精准化、个性化提供新的潜力。本综述首先对聚合物材料多孔表界面的制备进行了总结，包括呼吸图法、模板法、表面非溶剂诱导相分离法、刺激诱导相分离法和静电纺丝法，然后阐述了基于聚合物材料多孔表界面的功能分子递送的机理和释放行为研究，接着归纳了聚合物材料多孔表界面在靶向抗癌、心血管植介入材料、骨修复材料等领域的相关研究进展，最后总结了当今聚合物多孔表界面研究面临的挑战，并对其发展方向进行了展望。

关键词：药械组合多孔材料表界面工程药物递送

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数据驱动的半无限介质裂纹识别模型研究

力学学报 2024年第6期56卷 1727-1739页

作者：江守燕邓王涛孙立国杜成斌河海大学工程力学系南京211100

缺陷识别是结构健康监测的重要研究内容,对评估工程结构的安全性具有重要的指导意义,然而,准确确定结构缺陷的尺寸十分困难.论文提出了一种创新的数据驱动算法,将比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)与自... 详细信息

缺陷识别是结构健康监测的重要研究内容,对评估工程结构的安全性具有重要的指导意义,然而,准确确定结构缺陷的尺寸十分困难.论文提出了一种创新的数据驱动算法,将比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)与自编码器(autoencoder,AE)、因果膨胀卷积神经网络(causal dilated convolutional neural network,CDCNN)相结合用于半无限介质中的裂纹识别.在该模型中,SBFEM用于模拟波在含不同裂纹状缺陷半无限介质中的传播过程,对于不同的裂纹状缺陷,仅需改变裂纹尖端的比例中心和裂纹开口处节点的位置,避免了复杂的重网格过程,可高效地生成足够的训练数据.模拟波在半无限介质中传播时,建立了基于瑞利阻尼的吸收边界模型,避免了对结构全域模型进行计算.搭建了CDCNN,确保了时序数据的有序性,并获得更大的感受野而不增加神经网络的复杂性,可捕捉更多的历史信息,AE具有较强的非线性特征提取能力,可将高维的原始输入特征向量空间映射到低维潜在特征向量空间,以获得低维潜在特征用于网络模型训练,有效提升了网络模型的学习效率.数值算例表明:提出的模型能够高效且准确地识别半无限介质中裂纹的量化信息,且AE-CDCNN模型的识别效率较单CDCNN模型提高了约2.7倍.

关键词：数据驱动比例边界有限元法自编码器因果膨胀卷积神经网络裂纹识别

碳纳米管自交织薄膜载网的构建及用于电池中的沉积分析

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分析化学 2024年第7期52卷 1012-1019页

作者：陈芳张魏栋沈泽宇陆盈盈浙江大学化学系浙江大学化学工程与生物工程学院

透射电子显微镜（TEM）能提供材料在纳米尺度的化学信息与空间信息，是研究电池材料结构和反应机理必不可少的表征工具。由于TEM要求测试样品的厚度<0.1μm，通常的电极表面材料需要采用聚焦离子束刻蚀、超薄切片或超声分散等方法处理... 详细信息

透射电子显微镜（TEM）能提供材料在纳米尺度的化学信息与空间信息，是研究电池材料结构和反应机理必不可少的表征工具。由于TEM要求测试样品的厚度<0.1μm，通常的电极表面材料需要采用聚焦离子束刻蚀、超薄切片或超声分散等方法处理后才能用于TEM观测，而这些前处理过程极有可能丢失最真实的电极表面结构。本研究在常规TEM的铜载网上利用刮涂法制备碳纳米管自交织薄膜层，通过研究不同浓度下碳纳米管的交织状况，优化了交织膜的厚度和覆盖区域，制得新型TEM载网。将此载网作为电池正极，用于电池中电极沉积物的获取和TEM分析，得到电极表面高清晰显微结构图像。本研究为研究高能量密度金属负极中的沉积/剥离机制提供了制样新思路。

关键词：碳纳米管载网电沉积扫描电子显微镜透射电子显微镜

来源：博看期刊

浮式风机气动推力和扭矩同时满足相似条件的模型试验方法研究

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中国造船 2024年第2期65卷 86-101页

作者：郝红彬郑兴陈淑玲香港理工大学土木与环境工程学系中国香港999077 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001 江苏科技大学船舶与海洋工程学院镇江212003

在风浪水池中基于弗劳德相似开展的浮式风机模型试验无法同时满足雷诺相似,导致模型风机难以同时满足推力和扭矩相似。基于气动推力和扭矩相似条件,应用模型叶片几何重构方法重新求解模型风机的叶轮转速和叶片桨距角,提出了一种风机气... 详细信息

在风浪水池中基于弗劳德相似开展的浮式风机模型试验无法同时满足雷诺相似,导致模型风机难以同时满足推力和扭矩相似。基于气动推力和扭矩相似条件,应用模型叶片几何重构方法重新求解模型风机的叶轮转速和叶片桨距角,提出了一种风机气动推力和扭矩同时满足相似要求的试验方法。首先进行风洞模型试验,验证模型风机可在全风速范围内同时满足推力相似和扭矩相似要求;然后通过数值模拟验证实型和模型关于风机和浮式支撑平台之间相互作用的相似性,结果表明缩尺模型试验能较准确地预报实型系统的运动响应以及风机的气动推力和扭矩。

关键词：模型试验浮式风机气动推力相似气动扭矩相似

降雨入渗下边坡参数序贯概率反分析及失效概率预测

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工程力学 2024年

作者：潘敏蒋水华刘鑫宋固全黄劲松南昌大学工程建设学院南昌工程学院水利工程学院香港城市大学建筑学及土木工程学系

准确预测降雨作用下边坡失效概率是防治降雨诱发滑坡灾害的重要前提。因受地质沉积和后沉积作用，边坡土体水力参数（饱和渗透系数）及抗剪强度参数（有效黏聚力及有效内摩擦角）存在空间变异性，另外与边坡失稳频率观测值相比，考虑土... 详细信息

准确预测降雨作用下边坡失效概率是防治降雨诱发滑坡灾害的重要前提。因受地质沉积和后沉积作用，边坡土体水力参数（饱和渗透系数）及抗剪强度参数（有效黏聚力及有效内摩擦角）存在空间变异性，另外与边坡失稳频率观测值相比，考虑土体多参数空间变异性计算的降雨入渗下边坡失效概率偏大。本文提出了一种降雨入渗下边坡参数序贯概率反分析方法，依次融合“降雨前边坡保持稳定”、“经历57天弱降雨后边坡保持稳定”和“继续经历3天强降雨后边坡失稳”这三重现场观测信息，对二维非饱和边坡多空间变异土体参数进行序贯概率反分析，更新土体参数不确定性估计，进而预测目标降雨作用下边坡失效概率。结果表明：融合多重现场观测信息进行概率反分析，可有效降低土体参数不确定性估计，获得更符合实际观测的土体参数概率分布，由此预测的边坡失效概率更加合理；融合的观测信息越多，则土体参数不确定性降低的程度越大。研究成果可为多雨山区滑坡灾害风险评估及防治提供参考依据。

关键词：边坡降雨入渗空间变异性序贯概率反分析可靠度分析

基于柔性空芯光纤的NO与NO_(2)中红外吸收光谱检测(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第3期61卷 42-48页

作者：温大新高丽梅段锟吉雍彬石艺尉任伟香港中文大学机械与自动化工程学系中国香港999077 复旦大学信息科学与工程学院上海200433

报道了一种基于柔性空芯光纤和量子级联激光器(QCL)的中红外吸收光谱技术,可同时检测NO和NO_(2)气体。QCL在间歇连续波(i CW)模式下运行,结合柔性空芯光纤具有小型化传感器的潜力。分别选择1929.03 cm^(-1)和1599.91 cm^(-1)的吸收线用... 详细信息

报道了一种基于柔性空芯光纤和量子级联激光器(QCL)的中红外吸收光谱技术,可同时检测NO和NO_(2)气体。QCL在间歇连续波(i CW)模式下运行,结合柔性空芯光纤具有小型化传感器的潜力。分别选择1929.03 cm^(-1)和1599.91 cm^(-1)的吸收线用于NO和NO_(2)检测,两束激光同时耦合到内径为530μm的100 cm长的柔性空芯光纤中。直接吸收光谱首先用于展示双气体检测,QCL以iCW模式运行并结合时分复用技术,然后采用一次谐波归一化的波长调制光谱来消除非气体吸收带来的信号强度变化的影响,并研究了气体传感器的性能。对于体积分数为50×10^(-6)的NO与15×10^(-6)的NO_(2),检测精度分别评估为5.2%和4.1%。当积分时间为60 s时NO的检测限为39×10^(-9),当积分时间为50 s时NO_(2)的检测限为9.2×10^(-9)。

关键词：激光吸收光谱柔性空芯光纤间歇连续波一氧化氮二氧化氮