空间电荷主导电子束的纵向聚焦设计

在空间电荷主导电子束研究中,纵向聚焦非常重要,在输运过程中由于强空间电荷力的影响,束团将很快变长并崩溃,马里兰大学的电子环设计用于方形束团和抛物线形束团的研究,环中需要用三个感应腔对束团进行纵向聚焦.文中首先介绍了方形束团和抛物线形束团的纵向束流动力学,推导了两种束团纵向聚焦所需要的5MHz重复率高压脉冲波形,并给出了实现纵向聚焦的感应腔设计及其特殊要求.     

政府奖惩机制下零售商主导的闭环供应链微分博弈策略

本文在考虑政府奖惩机制下,研究零售商主导的闭环供应链中成员的动态均衡策略,其中制造商负责回收再制造,回收率随时间动态变化。分别构建了三种模式下的Stackelberg微分博弈模型:政府不对制造商和零售商实施奖惩机制、政府只对制造商实施奖惩机制以及政府同时对制造商和零售商实施奖惩机制。运用贝尔曼连续型动态规划理论,求解了三种模式下制造商和零售商的决策均衡结果并进行了对比分析,从消费者剩余价值和成员利润的视角证明了政府实施奖惩机制的有效性。最后通过算例对成员均衡策略进行了稳态分析和非稳态分析。研究结果表明:政府的奖惩机制能够正确引导闭环供应链成员做出最优决策,有利于减缓分散决策所带来的双重边际效应,提高消费者剩余价值。零售商分担回收责任会削减政府对制造商回收的激励作用,降低闭环供应链整体利润。相比之下,政府只对制造商实施奖惩机制是最优模式选择,可以同时提高经济和环保双重效益。     

CeO2担载Cu纳米粒子电催化CO2还原产乙烯：CeO2不同暴露晶面对催化性能的影响

Fossil fuels are expected to be the major source of energy for the next few decades. However, combustion of nonrenewable resources leads to the release of large quantities of CO₂, the primary greenhouse gas. Notably, the concentration of CO₂ in the atmosphere is increasing annually at an astounding rate. Electrochemical CO₂ reduction (ECR) to value-added fuels and chemicals using electricity from intermittent renewable energy sources is a carbon-neutral method to alleviate anthropogenic CO₂ emissions. Despite the steady progress in the selective generation of C₁ products (CO and formic acid), the production of multi-carbon species still suffers from low selectivity and efficiency. As an ECR product, ethylene (C₂H₄) has a higher energy density than do C₁ species and is an important industrial feedstock in high demand. However, the conversion of CO₂ to C₂H₄ is plagued by low productivity and large overpotential, in addition to the severe competing hydrogen evolution reaction (HER) during the ECR. To address these issues, the design and development of advanced electrocatalysts are critical. Here, we demonstrate fine-tuning of ECR to C₂H₄ by taking advantage of the prominent interaction of Cu with shape-controlled CeO₂ nanocrystals, that is, cubes, rods, and octahedra predominantly covered with (100), (110), and (111) surfaces, respectively. We found that the selectivity and activity of the ECR depended strongly on the exposed crystal facets of CeO₂. The overall ECR Faradaic efficiency (FE) over Cu/CeO₂(110) (FE ≈ 56.7%) surpassed that of both Cu/CeO₂(100) (FE ≈ 51.5%) and Cu/CeO₂(111) (FE ≈ 48.4%) in 0.1 mol·L^-1 KHCO₃ solutions with an H-type cell. This was in stark contrast to the exclusive occurrence of the HER over pure carbon paper, CeO₂(100), CeO₂(110), and CeO₂(111). In particular, the FE toward C₂H₄ formation and the partial current density increased in the sequence Cu/CeO₂(111) < Cu/CeO₂(100) < Cu/CeO₂(110) within applied bias potentials from -1.00 to -1.15 V (vs. the reversible hydrogen electrode), reaching 39.1% over Cu/CeO₂(110) at a mild overpotential (1.13 V). The corresponding values for Cu/CeO₂(100) and Cu/CeO₂(111) were FE_C2H4 ≈ 31.8% and FE_C2H4 ≈ 29.6%, respectively. The C₂H₄ selectivity was comparable to that of many reported Cu-based electrocatalysts at similar overpotentials. Furthermore, the FE for C₂H₄ remained stable even after 6 h of continuous electrolysis. The superior ECR activity of Cu/CeO₂(110) to yield C₂H₄ was attributed to the metastable (110) surface, which not only promoted the effective adsorption of CO₂ but also remarkably stabilized Cu⁺, thereby boosting the ECR to produce C₂H₄. This work offers an alternative strategy to enhance the ECR efficiency by crystal facet engineering.     

退火温度对TiO2/CdSe纳米片异质结薄膜光电性能的影响

采用水热法在FTO上制备（001）高活性晶面主导的TiO₂纳米片薄膜,利用循环伏安法在TiO₂纳米片薄膜上沉积CdSe颗粒,制备了TiO₂/CdSe纳米片异质结薄膜。分别在150、250、350、450 ℃,氩气保护气氛中对样品进行退火。利用X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）、X射线光电子能谱分析仪（XPS）、紫外-可见（UV-Vis）分光光度计以及电化学工作站对不同温度退火后的TiO₂/CdSe纳米片异质结薄膜的微观形貌、晶体结构、光电化学性能进行表征和测试。结果表明：六方相CdSe纳米颗粒均匀包覆在TiO₂纳米片表面,直径30 nm左右;随着退火温度的升高CdSe纳米颗粒长大,形成光滑的CdSe薄膜,且晶化程度提高;TiO₂纳米片表面的Se元素与Cd元素发生氧化;TiO₂/CdSe纳米片异质结薄膜对可见光的吸收光谱发生红移,禁带宽度逐渐减小。光电化学性能测试表明随着退火温度的升高,TiO₂/CdSe纳米片异质结薄膜的光电流密度显著提高,开路电压减小,但由于SeO2和CdO的出现,导致填充因子减小,影响光电转换效率的提高。在本实验条件下,TiO₂/CdSe纳米片异质结薄膜的最佳退火温度为150 ℃,填充因子为0.77,光电转换效率达到3.12%。     

具有主导晶面的BiOIO3/BiOCl异质结制备与光催化性能

分别以乙二醇/去离子水为溶剂,通过溶剂热/水热法分别制备了具有不同主导晶面的BiOIO₃/{110}BiOCl和BiOIO₃/{001}BiOCl异质结。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、能量色散谱和紫外可见漫反射光谱对制备的BiOIO₃/BiOCl光催化剂进行了表征。在可见光照射下,通过对罗丹明 B和苯酚水溶液的光催化降解,考察了 BiOIO₃/BiOCl异质结的光催化活性。结果显示25% BiOIO₃/{110}BiOCl异质结具有最高的光催化效率。BiOIO₃/{110}BiOCl较好的光催化性能是由于其在可见光区较强的光吸收,以及异质结结构和BiOCl所具有的(110)主导晶面有利于光生载流子的分离。超氧自由基(·O₂^-)和空穴(h⁺)是光催化过程中的主要活性物质。此外,根据实验结果探讨了光催化性能增强的机理。     

室温下制备以{211}晶面为主的Ti1-xVxO2薄膜及其可见光催化性能

以金属Ti和V作为靶材,采用直流反应共溅射技术在室温下制备了以{211}晶面为主的锐钛矿相Ti_1-xV_xO₂薄膜,研究了不同V靶功率对Ti_1-xV_xO₂薄膜的薄膜成分、晶相结构和可见光催化性能的影响。研究表明,Ti_1-xV_xO₂薄膜的晶相结构为锐钛矿相,择优取向为(211),而结晶度受V靶功率的影响。随着V靶功率的增加,薄膜中V元素含量逐渐增加,同时,晶粒和沉积速率也逐渐增加。另外,当V靶功率为150 W时,薄膜的表面粗糙度值有一个最大值。V的掺杂导致薄膜的能带间隙变窄,对光的吸收向可见光区偏移,从而有效地改善了薄膜的可见光催化能力。当V靶功率为150 W时,Ti_1-xV_xO₂薄膜的能带间隙值为 2.82 eV,其在2 h的可见光照射下分解了80%的RhB染料。这被归结于能带间隙窄,高能晶面{211}和结晶度高的共同作用。     

单原子Ge助剂修饰Cu(111)晶面上CO2加氢制甲醇的机理研究

针对CO₂热催化转化制甲醇过程中CO₂吸附、活化较困难及副产物较多的问题,提出采用单原子Ge助剂修饰Cu(111)晶面的解决思路,通过密度泛函理论(DFT)计算研究了CO₂在Ge-Cu(111)晶面上加氢合成甲醇的反应机理。结果表明,单原子Ge助剂的电子调控增加了与其相邻的 Cu 原子的电子云密度,使 CO₂分子在含 Ge 活性界面上的吸附能力显著增强:CO₂在 Ge-Cu(111)晶面上的吸附能约为Cu(111)晶面的1.5倍,约为Pd改性Cu(111)晶面的2.4倍,进而使逆水煤气变换(RWGS)反应路径速控步骤的活化能降低了近 20 kJ·mol^-1,同时衍生出 3条生成甲醇的 RWGS新路径;此外,Ge-Cu(111)晶面上甲酸盐路径由于速控步骤活化能大幅上升而被禁阻,进而CO及烃类等副产物选择性大幅降低,Ge-Cu(111)晶面上CO₂加氢制甲醇选择性升高。     

高表面能晶面裸露的金属氧化物微纳米晶体的可控合成

表面结构是影响固体材料物理和化学性质的重要因素,由于高表面能的晶面上存在更多的表面悬挂键等,高表面能晶面裸露的微纳米晶体一般表现出很好的物理和化学活性．近年来,科研工作者针对高能面微纳米晶体材料的制备及性能调控进行了大量的研究工作并取得了一定的进展．本文重点讨论了高能面裸露的金属氧化物半导体微纳米晶体的合成制备方法．主要以本课题组近年在该领域的研究为例,分别从晶体生长过程中的静电作用法、“帽”式试剂保护法、过饱和度调控法、动力学调控法及选择性化学刻蚀法等几个方面对高表面能晶面裸露的金属氧化物微纳米晶体的制备进行了系统的总结．     

TiO_2光催化剂的形貌与晶面调控

二氧化钛(TiO2)具有化学稳定性高、无毒、价格低廉、来源广泛及光电性能优异等优点,被广泛应用于太阳能电池和光催化等领域,尤其是在污染物的光催化降解方面,可很好地解决当前的环境污染问题。但一方面受带隙宽度限制,使其对太阳光的利用率不足5%,不能充分利用太阳光中的可见光;另一方面由于光生电子-空穴容易结合,催化效率低,从而使TiO2的实际应用受到限制。因此必须采取合适的措施,一方面要增强TiO2对可见光的吸收,提高对太阳光的利用率;另一方面要抑制光生电子-空穴的复合,提高光催化效率。目前越来越多的科学家通过控制TiO2的形貌、晶型、特殊晶面暴露等手段来提高TiO2光生电子-空穴的传输速率和光电转换效率。本文主要综述了近年来在TiO2光催化剂的特殊形貌和特殊晶面暴露等方面的研究进展,对未来的研究和发展方向作了展望。     

LiNbO_3不同晶面的光催化产氢性能

研究了LiNbO3(001)、(100)和(110)晶面的光催化产氢性能。(001)、(100)和(110)3个晶面光催化产氢性能之比为7.8∶1.3∶1.0。LiNbO3[001]晶向存在电偶极矩和自发极化,有利于增加光生电子和空穴的分离效率,减少光生电子和空穴的复合,提高LiNbO3(001)面的光催化活性。LiNbO3(001)面的空穴有效质量最小,有利于光生空穴的迁移,从而减少光生电子和空穴的复合,也有利于光催化性能的提高。