基于JASMIN框架的抛物方程有限差分解法并行计算及其应用

抛物方程有限差分解法的网格步长严格受波长限制,在求解城市小区电波传播问题时,计算速度明显变慢,为此,基于JASMIN框架研究了抛物方程有限差分解法的并行方法,通过将同一步进面划分成多个网格片,并分配到不同的处理器进行运算,实现了抛物方程有限差分解法的并行计算。与解析解的对比验证了并行程序的正确性,同时通过实例分析了并行程序的高效性,算例表明,抛物方程有限差分解法的求解效率得到了有效的提高。最后,模拟和分析了某一电信基站天线在包含9栋规则建筑物的城市小区环境中的电磁特性,结果表明,该方法能够得到基站在空间各处的信号覆盖强弱,可以为基站选址提供参考。     

硝基基团修饰的金属有机框架化合物的合成及晶体结构表征

分别以2种硝基羧酸配体EBNB(1,2-二(3-硝基苯甲酸)-乙烯)和NPA(3-硝基邻苯二甲酸)与BPY(4,4′-联吡啶)及金属锌反应,配位溶剂热法合成了2种具有硝基基团修饰的二核金属簇为基本构筑单元的金属有机框架化合物[Zn2(EBNB)2(BPY)2·2H2O]n(1)和[Zn2(NPA)2(BPY)2·H2O]n(2)。通过X-射线单晶衍射法测定了2种配合物的结构,其中配合物1属于三斜晶系,P1空间群,a=0.818 62(9)nm,b=1.142 20(14)nm,c=1.428 63(17)nm,α=96.803 0(10)°,β=93.045 0(10)°,γ=102.472(2)°,V=1.290 8(3)nm3,Z=2,Mr=595.81,Dc=1.533 g·cm-3,μ=1.01 mm-1,F(000)=608,T=293(2)K;配合物2属于三斜晶系,P1空间群,a=1.154 06(14)nm,b=1.190 86(16)nm,c=1.459 52(19)nm,α=98.029(1)°,β=98.749(1)°,γ=113.579(2)°,V=1.771 9(4)nm3,Z=2,Mr=879.35,Dc=1.648 g·cm-3,μ=1.43 mm-1,F(000)=892,T=293(2)K。同时也对2种配合物的发光性能进行了测试,测试结果表明2种配合物具有较好的荧光性能。     

Hydrothermal Synthesis and Structural Characterization of a Novel 3-D Open Framework Zinc Phosphate Microporous Compound(C_5N_2H_(14))·[Zn_3(OH_2)(PO_4)_2(HPO_4)]

One novel organically templated zincophophate(C5N2H14)·[Zn3(OH2)(PO4)2(HPO4)] has been synthesized under hydrothermal conditions and characterized by single-crystal X-ray diffraction together with elemental analysis, infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, and powder X-ray diffraction. The title compound crystallizes in the monoclinic space group P21/n, with a = 9.7904(11), b = 14.0287(14), c = 11.8651(13) , β = 104.690(3), V = 1576.4(3) 3, Z = 4, T = 296(2) K, Mr = 601.31 and Dc = 2.533 g/cm3. The compound consists of a macroanionic [Zn3(OH2)(PO4)2(HPO4)]2- framework and(C5N2H14)2+ cations, and its structure is built up from ZnO3(OH2), ZnO4, HPO4 and PO4 tetrahedral units that result in 4, 8 and 10-ring channels.     

三维无溶剂含能Ag-MOF的制备、热分解动力学及爆炸性能

Solvent molecules can significantly reduce the heat of detonation and stability of energetic metal-organic framework (EMOF) materials, and the development of solvent-free EMOFs has become an effective strategy to prepare high-energy density materials. In this study, a solvent-free EMOF, [Ag₂(DTPZ)]_n (1) (N% = 32.58%), was synthesized by reacting a high-energy ligand, 2, 3-di(1H-tetrazol-5-yl)pyrazine (H₂DTPZ), with silver ions under hydrothermal conditions, and it was structurally characterized by elemental analysis, infrared spectroscopy, X-ray diffraction, and thermal analysis. In 1, the DTPZ²⁻ ligands that adopted a highly torsional configuration bridged the Ag⁺ ions in an octadentate coordination mode to form a three-dimensional framework (ρ = 2.812 g∙cm⁻³). The large steric effect and strong coordination ability of DTPZ²⁻ effectively prevented the solvent molecules from binding with the metal centers or occupying the voids of 1. Moreover, the strong π-π stacking interactions [centroid-centroid distance = 0.34461(1) nm] between the tetrazole rings in different DTPZ²⁻ ligands provided a high thermal stability to the framework (T_e = 619.1 K, T_p = 658.7 K). Thermal analysis showed that a one-step rapid weight loss with intense heat release primarily occurred during the decomposition of 1, suggesting potential energetic characteristics. Non-isothermal thermokinetic analyses (based on the Kissinger and Ozawa-Doyle methods) were performed using differential scanning calorimetry to obtain the thermoanalysis kinetic parameters of the thermodecomposition of 1 (E_a = 272.1 kJ·mol⁻¹, E_o = 268.9 kJ·mol⁻¹; lgA =19.67 s⁻¹). The related thermodynamic parameters [enthalpy of activation (ΔH^≠ = 266.9 kJ·mol⁻¹), entropy of activation (ΔS^≠ = 125.4 J·mol⁻¹·K⁻¹), free energy of activation (ΔG^≠ = 188.3 kJ·mol⁻¹)], critical temperature of thermal explosion (T_b = 607.1 K), and self-accelerating decomposition temperature (T_SADT = 595.8 K) of the decomposition reaction were also calculated based on the decomposition peak temperature and extrapolated onset temperature when the heating rate approached zero. The results revealed that 1 featured good thermal safety, and its decomposition was a non-spontaneous entropy-driven process. The standard molar enthalpy for the formation of 1 was calculated to be (2165.99 ± 0.81) kJ·mol⁻¹ based on its constant volume combustion energy determined using a precise rotating oxygen bomb calorimeter. Detonation and safety performance tests revealed that 1 was insensitive to impact and friction, and its heat of detonation (10.15 kJ·g⁻¹) was higher than that of common ammonium nitrate explosives, such as octogen (HMX), hexogene (RDX), and 2, 4, 6-trinitrotoluene (TNT), indicating that 1 is a promising high-energy and insensitive material.     

多孔金属有机框架材料作为锂金属负极保护层助力长寿命锂氧气电池

在众多能源储存系统中,锂氧气电池以其高达3500 Wh·kg^-1的理论能量密度有望在性能上超越商用锂离子电池.然而,在电池充放电过程中,金属锂不可控的枝晶生长和严重的腐蚀问题极大地阻碍了锂氧气电池的发展.为了解决以上问题,制备了一种具有高比表面积、丰富孔道结构的金属有机框架材料（MOF-801）,并将其设计成金属锂负极的保护层应用在锂氧气电池中.在本工作中,成功合成了具有高达762.9 m²·g^-1比表面积,边长约为800 nm的立方体状纯净MOF-801材料.并且这种材料表现出对于有机电解液体系（四乙二醇二甲醚1 mol·L^-1三氟甲基磺酸锂）和强还原性的金属锂都具有很好的稳定性.得益于该材料丰富的孔道结构以及高比表面积,锂离子得以更均匀地分布在电极表面促进金属锂均匀沉积,有效避免了由于枝晶刺破隔膜而导致的短路甚至火灾事故.此外,MOF-801保护层本身的阻隔作用和材料捕捉水的特性可以帮助减少污染物质（水、氧气、强氧化性物质等）的穿梭效应带来的副反应,缓解锂氧气电池中金属锂负极的腐蚀情况.因此,将经过保护的金属锂组装成的对称电池进行测试,循环寿命长达800 h,同时充/放电过电势仅为0.023 V（未经保护的电池寿命仅为254 h,最终充/放电过电势高达5 V）,且循环阻抗大大降低,证明了这种策略有效地稳定了金属锂/电解液界面.将经过MOF材料保护的电极实际应用在锂氧气电池中,在限容量1000 mAh·g^-1,限电流500 mA·g^-1条件下,可以实现长达170圈的稳定长寿命的循环（是未经保护的电池寿命的2.88倍）.使用MOF-801保护层的锂氧气电池还表现出了高达8935 mAh·g^-1的高比容量.因此,本工作所报道的保护层策略为未来的碱金属空气电池负极保护领域提供了新颖的视角.     

咪唑-氰基合铁(Ⅲ)氢键型超分子晶体的合成、相变及介电性质

通过溶剂蒸发法,咪唑、18-冠醚-6和铁氰酸在甲醇溶液内反应,获得了氰基合铁配合物氢键型笼状超分子晶体材料(C3H5N2)3[Fe(CN)6]·2(18-crown-6)·2H2O(1)。通过变温X射线单晶衍射、红外光谱、元素分析、热重分析(TG)、差示扫描量热法(DSC)和变温-介电常数测试等对该晶体进行了结构、热能及电性能分析。该晶体的空间群为P21/c,属于单斜晶系,结构显示氰基合铁阳离子、水分子和咪唑阳离子在空间内通过氢键的相互作用形成以铁原子为顶点的三维笼状结构。温度变化触发笼状结构突变,同时引起[Fe(CN)6]3-框架内超分子发生动态摆动,从而引起晶体结构发生相变,该结构相变温度区间伴随介电物理特性阶梯状变化,从220到280 K,介电常数由38变为43,且可逆。温度在270 K之后的介电突然跃升是水汽影响导致。     

课例论文中存在的问题及提升质量的写作框架和内容要求

针对一线教师的课例研究成果难以分享和传播的困境,分析了当前课例论文写作中存在的问题:缺乏教学目标、重教学设计而轻教学实践、教学反思不足、文献查阅不够、教学理论与教学实践脱节等。提出了提升课例论文质量的写作框架和内容要求,其容易被一线教师接受,注重继承性和发展性,强调教学实践数据的呈现,强调可复制性和可操作性。     

共价有机框架催化材料:二氧化碳转化与利用

多相催化二氧化碳(CO₂)高效转化为高附加值的精细有机化学品和化工燃料,具有非常重要的研究价值和工业应用潜力。共价有机框架材料(Covalent Organic Frameworks, COFs)由于其高比表面积、有序的孔道结构、高化学和热稳定性、可控的催化位点等特性,在CO₂吸附和转化方面都展现出突出的优势。通过合理的策略从分子水平对其孔道或表面进行改性引入功能性物种或催化活性位点,能够有效实现其对特定反应的选择性调控并提供物质传输的有利微环境,因此COFs材料近年来在CO₂催化转化领域中得到了迅速的发展,也具有良好的应用前景。本文针对近几年COFs材料在CO₂转化为重要化学品的研究领域进行了简要的综述,总结当前存在的问题,并对COFs催化材料今后在CO₂转化领域的发展进行了展望。     

金属有机框架材料在毛细管电色谱中的应用

金属有机框架材料(MOFs)是一类由金属离子或金属簇与有机官能团通过配位键形成的新型有机-无机杂化晶态多孔材料, 具有比表面积大、热稳定性和化学稳定性高、结构及功能多样等特点, 是毛细管电色谱(CEC)领域研究较多且具有优异应用前景的一类新型纳米材料固定相.综述了近年来MOFs在CEC中的研究进展, 主要包括新型制柱技术的发展及其在分离领域的应用, 并对该领域今后的发展方向进行了展望.     

开放光程扬尘颗粒物浓度测量方法及系统

利用单波长激光通过扬尘空间发生散射消光衰减的特性,设计了开放光程的颗粒物浓度检测方法及系统。该方法利用双峰正态分布模型模拟颗粒物粒径分布,实时计算一定空间范围内的扬尘颗粒物浓度,具有响应速度快、测量动态范围宽的优点,适合浓度高、变化快、空间范围大的扬尘颗粒物浓度测量。通过水溶胶模拟实验与烟尘实验验证了该方法的可行性。实验数据表明,系统量程可达0~400mg/m3,分辨率为0.05mg/m3,响应时间小于1s。