热电制冷技术研究与应用

热电制冷技术是一种主要基于帕尔贴效应的新型制冷技术,由于其具有结构简单、制冷迅速、寿命长等优点,热电制冷技术受到了越来越多的关注。通过对国内外相关文献的研究,对热电制冷技术的原理进行了阐述,并对热电制冷的应用和性能优化两方面的发展进行了综述。     

射频等离子制备石墨烯负载Co3O4催化剂及其析氧性能研究

氢能的引入能有效提升配电网的供电可靠性,而电解水制氢是实现低碳转型的关键技术,开发高效的电解水催化剂势在必行。过渡金属氧化物储量大、催化活性高,是具有广阔应用前景的析氧反应催化剂。本文通过射频等离子体处理制备石墨烯上负载Co₃O₄析氧催化剂,XRD、Raman和XPS测试结果显示,二维结构石墨烯的引入加速表面电子迁移,增大了反应面积。等离子体处理促进了纳米粒子在石墨烯上的负载,利用等离子体刻蚀作用在催化剂表面制造出大量碳结构缺陷和氧空位结构,改善了活性位点分布,有效调控Co₃O₄电子结构,提高析氧催化活性。电化学测试表明,本文中合成的Co₃O₄@rGO在电流密度为50 mA·cm^-2时的过电位为410 mV,动力学反应速率较快,表现出优于商业IrO₂的析氧催化活性。     

Mg,N掺杂β-Ga2O3光电性质的第一性原理计算

通过基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了Mg单掺杂、N单掺杂和不同浓度的Mg-N共掺杂β-Ga₂O₃的结构性质、电子性质和光学性质,以期获得性能比较优异的p型β-Ga₂O₃材料。建立了五种模型:Mg单掺杂、N单掺杂、1个Mg-N共掺杂、2个Mg-N共掺杂和3个Mg-N共掺杂β-Ga₂O₃。经过计算,3个Mg-N共掺杂β-Ga₂O₃体系的结构最稳定。此外,在5种模型中,3个Mg-N共掺杂β-Ga₂O₃体系的禁带宽度是最小的,并且N 2p和Mg 3s贡献的占据态抑制了氧空位的形成,从而增加了空穴浓度。因此,3个Mg-N共掺杂β-Ga₂O₃体系表现出优异的p型性质。3个Mg-N共掺杂体系的吸收峰出现明显红移,在太阳盲区的光吸收系数较大,这归因于导带Ga 4s、Ga 4p、Mg 3s向价带O 2p、N 2p的带间电子跃迁。本工作将为p型β-Ga₂O₃日盲光电材料的研究和应用提供理论指导。     

层间单向耦合星形圆环状网络的同步能力

多层复杂网络同步是网络科学研究的一个前沿方向,目前对多层复杂网络同步性的研究大多集中在无向多层复杂网络上,而更加贴近于实际的多层有向网络研究很少.首先根据主稳定方程(MSF)严格计算出M层层间单向耦合星形圆环状网络的超拉普拉斯矩阵的特征值谱,并得到反映M层层间单向耦合星形圆环状网络同步能力的重要指标,其次讨论了M层层间单向耦合星形圆环状网络在同步域为有界和无界的两种情况下同步能力与层数、节点数、层间耦合强度和层内耦合强度及中心节点耦合强度之间的关系.最后通过数值模拟给出了层间单向耦合星形圆环状网络同步能力的仿真图像,验证了理论结果的有效性.     

体积应变对立方钛酸铅电子结构和光学性质的影响

本文利用第一性原理方法计算并分析了体积应变(-11%~11%)对立方顺电相PbTiO₃的结构、稳定性、电子结构和光学性质的影响。研究发现体积应变后PbTiO₃形成焓增大,稳定性下降,其中压应变对其稳定性的影响比拉应变大。当受到拉伸应变时,立方PbTiO₃由直接带隙半导体变为间接带隙半导体,且带隙随应变增大呈先增大后降低的趋势。在发生压应变时,从复介电函数、复折射率及吸收系数的分析结果可知,在自然光照下PbTiO₃的光吸收能力仅在个别波段有所增大,但总体呈减弱趋势,当产生拉伸应变时,介电峰、吸收峰红移,表明PbTiO₃在可见光范围内光吸收能力增强,并且当应变增大到11%时,PbTiO₃的吸收能力远高于本征立方相。     

石墨烯负载的氧配位钴单原子稳定金属锂负极

Lithium (Li)-based batteries are the dominant energy source for consumer electronics, grid storage, and electrified transportation. However, the development of batteries based on graphite anodes is hindered by their limited energy density. With its ultrahigh theoretical capacity (3860 mAh∙g⁻¹), low redox potential (−3.04 V), and satisfactorily low density (0.54 g∙cm⁻³), Li metal is the most promising anode for next-generation high-energy-density batteries. Unfortunately, the limited cycling life and safety issues raised by dendrite growth, unstable solid electrolyte interphase, and "dead Li" have inhibited their practical use. An effective strategy is to develop a suitable lithiophilic matrix for regulating initial Li nucleation behavior and controlling subsequent Li growth. Herein, single-atom cobalt coordinated to oxygen sites on graphene (Co-O-G SA) is demonstrated as a Li plating substrate to efficiently regulate Li metal nucleation and growth. Owing to its dense and more uniform lithiophilic sites than single-atom cobalt coordinated to nitrogen sites on graphene (Co-N-G SA), high electronic conductivity, and high specific surface area (519 m²∙g⁻¹), Co-O-G SA could significantly reduce the local current density and promote the reversibility of Li plating and stripping. As a result, the Co-O-G SA based Li anodes exhibited a high Coulombic efficiency of 99.9% at a current density of 1 mA∙cm⁻² with a capacity of 1 mAh∙cm⁻², and excellent rate capability (high current density of 8 mA∙cm⁻²). Even at a high plating capacity of 6 mAh∙cm⁻², the Co-O-G SA electrode could stably cycle for an ultralong lifespan of 1300 h. In the symmetric battery, the Co-O-G SA based Li anode (Co-O-G SA/Li) possessed a stable voltage profile of 18 mV for 780 h at 1 mA∙cm⁻², and even at a high current density of 3 mA∙cm⁻², its overpotential maintained a small hysteresis of approximately 24 mV for > 550 h. Density functional theory calculations showed that the surface of Co-O-G SA had a stronger interaction with Li atoms with a larger binding energy, −3.1 eV, than that of Co-N-G SA (−2.5 eV), leading to a uniform distribution of metallic Li on the Co-O-G SA surface. More importantly, when matched with a sulfur cathode, the resulting Co-O-G SA/lithium sulfur full batteries exhibited a high capacity of 1002 mAh∙g⁻¹, improved kinetics with a small polarization of 191 mV, and an ultralow capacity decay rate of 0.036% per cycle for 1000 cycles at 0.5C (1C = 1675 mA∙g⁻¹) with a steady Coulombic efficiency of nearly 100%. Therefore, this work provides novel insights into the coordination environment of single atoms for the chemistry of Li metal anodes for high-energy-density batteries.     

从化学视角剖析烫发、染发原理及顺序*

从头发的结构和组成出发分析头发形状和颜色改变的可能性,剖析烫发、染发的化学原理,阐释先烫发后染发的本质原因,从化学视角辨证地看待烫发、染发的利弊。     

季铵盐改性蒙脱石的制备与表征

采用十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)对钠基蒙脱石(MMT)进行季铵化改性,制备有机蒙脱石(CMMT),对改性后的蒙脱石进行X射线衍射(XRD)、电位分析法(PA)、红外光谱(FT-IR)和热分析(TGA)等分析表征,并用改性后的蒙脱石吸附五氟尿嘧啶(5-FU)后测定并比较其载药量.结果表明,改性剂已成功插入到蒙脱石的层间;相比于钠基蒙脱石,有机蒙脱石的层间距和热稳定性均有所增大;当制备季铵盐有机改性蒙脱石时,反应温度为80℃,且CTAC的用量是MMT的2.5倍阳离子交换容量时,形成的有机蒙脱石的阳离子化程度和对5-FU的载药量最高.此外,考察并比较了有机蒙脱石和钠基蒙脱石的体外细胞毒性,结果显示有机蒙脱石具有更好的生物相容性和更低的细胞毒性.     

GGA+U法研究稀土(La、Ce、Pr、Nd)掺杂对ZnO电子结构和光学性质的影响

基于GGA+U的第一性原理方法,分析了La、Ce、Pr、Nd四种元素掺杂的ZnO结构,对晶体的结构、电子结构和光学性质进行了对比分析.由键布局分析可知,掺杂体系Zn-O键共价性的强弱与杂质掺入原子的序数成正比.掺杂后体系的类型仍为直接跃迁,能级整体下移;随着Pr、Nd掺入,出现了杂质能级,这是由稀土元素的4f电子态所导致.在光学性质方面,掺杂体系的吸收系数、静介电常数都比纯ZnO的高,体系的吸收边都向低能方向移动,其中Zn7LaO8的红移程度最高、静介电常数最大,说明其光催化能力和极化能力都最强.     

基于电化学发光和阻抗技术研究DNA单碱基错配

单碱基错配的识别和稳定性差异在核酸多态性研究中至关重要。在同一电化学传感器平台上，采用电化学发光（ECL）和电化学阻抗（EIS）2种技术，协同研究DNA链中不同类型和不同位点的单碱基错配识别和稳定性差异。电极表面具有茎环构象的探针DNA与完全互补DNA、不同类型或不同位点单碱基错配DNA杂交前后的ECL和EIS信号强度变化有显著差异。信号强度变化可揭示单碱基错配识别的稳定性。结果表明，DNA链中心位点的C-A单碱基错配稳定性低于链两端的，靠近键合电极表面双链链端的C-A单碱基错配稳定性低于非键合电极表面双链链端的，同一中心位点C-X碱基对的稳定性顺序为C-G?C-T>C-A≥C-C。研究结果可为核酸多态性研究提供参考。