基于SEDRIS的虚拟试验合成环境建模技术研究

为解决合成环境的统一描述和可交互问题,在分析合成环境数据表示与转换标准SEDRIS基础上,提出了基于SEDRIS的虚拟试验合成环境建模方法,针对大气、红外、电磁等3类自然环境,给出了实现环境数据表示和转换的技术途径。通过系统开发,实现了4种试验环境条件下对产品性能的验证与评估,建立的环境模型具有良好的交互性,建模方法可应用于多种试验环境的描述,为虚拟试验合成环境模型体系、标准规范和辅助工具的形成打下了基础。     

基于多视场星敏感器的姿态确定方法

星敏感器是目前航天器姿态测量精度最高的器件,与传统的单视场星敏感器相比,多视场星敏感器可以实现三轴同样高精度的姿态测量,提高姿态测量精度。针对单视场星敏感器姿态确定问题,推导了以最小代价函数为指标的QUEST姿态确定算法。对于多视场星敏感器,通过坐标变换方法将多个视场的导航星矢量转换到同一视场中,再利用QUEST算法得到航天器姿态。最后仿真结果表明,坐标变换后进行姿态确定得到的姿态数据与单个视场所得的姿态数据相同,验证了方法的正确性。     

二阶离散隐马尔科夫模型的严格定义及等价性质

隐马氏模型作为一种具有双重随机过程的统计模型,具有可靠的概率统计理论基础和强有力的数学结构,已被广泛应用于语音识别、生物序列分析、金融数据分析等领域.由于传统的一阶隐马氏模型无法表示更远状态距离间的依赖关系,就可能会忽略很多有用的统计特征,故有人提出二阶隐马氏模型的概念,但此概念并不严格.本文给出二阶离散隐马尔科夫模型的严格定义,并研究了二阶离散隐马尔科夫模型的两个等价性质.     

石墨炔零价金属原子催化剂的合成及应用

原子催化剂是零价金属原子锚定于载体上的一种新型催化剂, 具有原子利用率高、 选择性高以及反应活性和稳定性高等优点, 一直是催化领域的研究前沿, 在催化和能量转换领域具有广阔的发展前景. 石墨炔与金属原子之间独特的不完全电荷转移性质实现了零价过渡金属原子的稳定锚定, 解决了传统单原子催化剂易迁移和聚集的问题, 被认为是新一代催化剂. 本综述从石墨炔原子催化剂的结构性质、 表征以及应用等方面出发, 综合评述了相关领域的最新研究成果, 介绍了石墨炔原子催化剂在电催化固氮制氨、 产氢、 全水解和CO₂固定等方面的应用和发展前景, 为实现新概念高性能催化材料的设计合成提供了研究思路.     

应用于染料敏化太阳能电池的基于染料R6的含有不同吸电子基团的有机染料的理论研究

Dye-sensitized solar cells (DSSCs) are the most promising alternatives to traditional fossil energy because of their advantages of low production cost, facile structure, relatively low environmental impact, relatively high photoelectronic absorption efficiency, and overall high efficiency. In addition, several studies on sensitizers as vital components have been conducted over the last three decades. Compared to metal dyes, metal-free organic dyes have been considered as promising candidates because of their simple fabrication, multiple structures, high molar absorption coefficients, easily tunable properties, and environmental friendliness. In this study, we systematically investigated the optoelectronic properties of six metal-free organic donor-acceptor dyes (RD1–6) derived from the known dye R6 by using the density functional theory (DFT) and time-dependent DFT methods. Cell performance parameters were discussed, including the geometrical and electronic structures, absorption spectrum, adsorption energy, light harvesting efficiency (LHE) curve, predictive short circuit current density (J_sc^Pred.), predictive open circuit voltage (V_oc^Pred.), and theoretical power conversion efficiency (PCE). Results revealed that all the designed dyes exhibited high theoretical PCE. In particular, dyes RD1, 2, and 4–6 showed greater conjugations, and dyes RD1–3 had smaller energy gaps than those of the reference dye. In addition, dyes RD1–3, 5, and 6 exhibited better light harvesting capacities that covered the entire visible region and extended to the near-infrared region with obviously red-shift maximum absorption wavelengths (λ_max), wider LHE curves, and higher J_sc^Pred. as compared to the reference dye. It was critical that dyes RD1 and 2 not only have greater conjugations and narrow band gaps but also good light harvesting capacities with more than 56-nm red-shift maximum absorption wavelengths and broadened LHE curves than those of the reference dye. Notably, mainly because of an average increment of 12.0% of J_sc^Pred., a remarkable increment of the theoretical power conversion efficiency was observed from 12.6% for dye R6 to 14.1% for dyes RD1 and 2. Thus, dyes RD1 and 2 exhibited superior cell performances and could be promising sensitizer candidates for highly efficient DSSCs. These results could be used to guide effective synthetic efforts in the discovery of efficient metal-free organic dye sensitizers in DSSCs.     

热致变色自旋转换材料的制备与表征

设计包含Fe(II)自旋转换配合物的合成及热致变色性质研究,探究了温度、溶剂对配合物自旋状态的影响;进一步制备了具有一定加工性能的热致变色复合高分子材料,并通过多种手段加以表征。实验从验证基本原理到设计改性实用材料,涉及无机、分析、高分子、材料等多学科交叉,通过合成–表征–性质调控–应用的全流程实现对学生知识、技能、素养的全面训练。     

自振荡凝胶的仿生运动

定向运动是生命体最基本的功能,是其进化、生存和繁衍的前提。近年来为了研究生命体的运动机制,许多人工系统被相继开发并用于模拟部分生命体的运动行为。在诸多人工仿生系统里,自振荡凝胶由于同时具有内部驱动产生动能、运动定向性、无缆化和环境自适应等性能而备受瞩目。本文介绍了自振荡凝胶仿生运动的化学-机械能转换的理论根源并综述了仿生运动模式研究近期的进展,在此基础上展望了自振荡凝胶运动研究面临的机遇、挑战和未来发展方向。     

Yb^(3+)/Er^(3+)双掺杂的NaYF_(4)上转换纳米功能材料的制备与设计优化北大核心CSCD

为合成单分散、形貌尺寸均一、高上转换发光的稀土上转换纳米功能材料,本文以稀土氯化物为反应前驱体,采用溶剂热法合成Yb^(3+)/Er^(3+)双掺杂的NaYF_(4)上转换发光纳米材料,并对稀土元素掺杂比例、反应时间、反应温度、油酸体积分数等影响材料结构、形貌和发光性能的条件进行了优化。结果表明,最佳稀土元素掺杂比例为78%Y^(3+)∶20%Yb^(3+)∶2%Er^(3+),反应时间90 min,反应温度300℃,油酸体积分数15.5%。在最佳条件下,本研究合成的NaYF_(4)∶Yb^(3+),Er^(3+)纳米材料形貌呈六方晶型,直径约为30 nm,与标准卡片匹配良好;在980 nm近红外光激发下,该纳米材料在529 nm、542 nm以及657 nm处均可以观察到Er^(3+)的特征发射峰,且发射出明亮的绿色荧光。本研究为后续制备修饰有不同功能基团的NaYF_(4)∶Yb^(3+),Er^(3+)纳米材料及其应用奠定了基础。     

脑内三磷酸腺苷的光电化学活体分析北大核心CSCD

神经化学信号传递是实现大脑复杂功能的基础,因此发展神经化学信号的活体原位检测方法,对于探索脑功能和脑疾病的神经化学分子机制具有重要意义。光电化学传感技术具有灵敏度高、背景信号低和易于微型化等优点,是活体原位分析的潜在有力工具。然而,常见的光电活性材料需要短波长的光激发,其组织穿透深度不足,限制了在活体分析中的应用。基于此,本文构建了一种可近红外激发的光电化学微传感器,用于脑内三磷酸腺苷(ATP)的原位检测。将稀土掺杂的上转换纳米颗粒(UCNPs)引入传感界面,用UCNPs的发光激发电极表面的光电活体材料产生光电流信号,通过荧光染料(TAMRA)标记的核酸适配体调节UCNPs的发光,发展一种基于光学调控策略检测脑内ATP的光电化学传感新方法。所制备的微传感器成功用于炎症模型中小鼠脑内ATP的原位检测,初步探索了脑部炎症与ATP水平变化的关系。     

基于Ti3C2-MXene的太阳能界面水汽转换

水资源匮乏是现代化发展中面临的全球性问题,太阳能界面水汽转换(Interfacial Solar Steam Generation, ISSG)是一种高效、绿色、低成本进行海水淡化和废水处理的方法。ISSG使用绿色的太阳能作为热源,通过光热转换并将热限制在水气界面上以高效产生蒸气,然后经过冷凝收集获得清洁水。设计和构筑具有强光吸收的光热转换材料是ISSG的技术核心。Ti₃C₂-MXene是一种新型二维碳化钛材料,具有比表面积大、水分散性好和光热转换效率高等优点,在ISSG领域具有巨大的应用潜力。本文介绍了ISSG技术和MXene,总结了光热转换材料的设计原则,论述了Ti₃C₂-MXene复合材料在ISSG领域的研究进展,其中包括二维MXene薄膜、三维MXene气凝胶和水凝胶、生物基-MXene复合材料的构筑和性能等,并分析了Ti₃C₂-MXene所面临的挑战和发展前景。