高光催化活性的磷氧桥连TiO2/g-C3N4纳米复合体的合成

石墨型氮化碳(g-C3N4)是一种新型非金属聚合物半导体材料,具有合理的能带结构、较好的稳定性及卓越的表面性质,因而受到了人们的广泛关注.目前,它作为光催化剂在降解污染物、光催化分解水产氢和光催化还原CO2方面正呈现出巨大的应用潜力.然而,g-C3N4可见光响应范围窄、比表面积较小、尤其是光生载流子易复合等缺陷制约着其光催化活性的进一步提高.针对以上问题,人们对g-C3N4进行了大量的改性研究,其中构建能级匹配的纳米半导体/g-C3N4异质结复合体是常用的有效改善g-C3N4光生电荷分离进而提高其光催化活性的手段.但现有相关文献往往忽略了复合体界面接触情况对光生电荷转移和分离的影响,从而在一定程度上影响对光催化性能的改善.本课题组前期工作表明,通过磷氧、硅氧功能桥的建立可加强TiO2/Fe2O3,ZnO/BiVO4纳米复合物的界面接触,从而促进光生电荷的迁移和分离,进而进一步提高纳米复合体的光催化活性.这样,通过构建磷氧桥有望改善TiO2和g-C3N4的紧密连接,以促进光生电子由g-C3N4向TiO2的迁移、改善光生载流子的分离,进而更加显著地提高g-C3N4的光催化活性.但是相关工作至今尚未见到报道.为此,本文通过简单的湿化学法成功地合成了磷氧(P–O)桥连的TiO2/g-C3N4纳米复合体,并研究了P–O功能桥对TiO2/g-C3N4纳米复合体光生电荷分离及其对光催化降解污染物及还原CO2活性的影响.结果表明,g-C3N4与适量的纳米TiO2复合,尤其是g-C3N4与适量P–O桥连TiO2的复合可进一步提高g-C3N4的光催化活性.基于气氛调控的表面光电压谱和光致发光谱等的分析,P-O桥连可促使g-C3N4的光生电子由g-C3N4向TiO2转移,极大地促进了g-C3N4的光生电荷分离,因而使纳米复合体光催化活性大幅提高,其光催化降解2,4-DCP及还原CO2活性均为g-C3N4的3倍.此外,自由基捕获实验表明,·OH作为空穴调控的直接中间产物,其对2,4-DCP的降解起主导作用.     

TiO2悬浮体系光催化降解反应动力学模型的建立

以纳米材料TiO2作为光催化剂,乙酰甲胺磷（DMAPT）作为目标化合物,在DGF－1型多功能光化学反应仪上研究了悬浮体系TiO2光催化降解反应的动力学模型,模型中的主要参数有：TiO2用量、入射光强、反应器的几何半径、反应器的经验参数、反应物初始浓度、羟基自由基二级速率常数及已知化合物的物理性质（分子的摩尔体积和溶解度）。模型较好地预测了其他化合物（如三氯乙烯（TCE)、四氯乙烯（PCE0、对－二氯苯（DCB）和四氯化碳（CTC）的光催化降解,对C0（TCE）＝22.1mg/L,C0(PCE)=20mg/L和C0(PCE)=40mg/L的反应物,完全降解所需的时间分别为3,4和5min,入射光强在1.38－6.05W/cm^2范围时,反应速率与光强的0.5次方成正比,催化剂最佳用量随着入射光的增强而增加。     

κ-均值聚类算法的改进及其在冰脊表面形态分析中的应用北大核心

针对传统k-均值聚类算法事先必须获知类别数和难以确定初始聚类中心的缺点,建立了关于聚类中心和类别数k的双层规划模型,结合粒子群算法确定出聚类中心,通过在迭代过程中不断更新准则函数的方法搜索并确定出最佳类别数惫,基于所建模型,提出了一种改进的k-均值聚类算法,并将算法应用于冰脊表面形态分析中.结果表明,算法得到的聚类结果不但具有相邻类别边界清晰的优点,而且能够较好地反映出地理位置和生长环境对冰脊形成的影响.     

改进型细胞神经网络实现的忆阻器混沌电路

在通用细胞神经网络单元的基础上,本文利用忆阻器本身的非线性实现了一种改进型细胞神经网络单元.通过连接4个改进的细胞神经网络单元导出了一种基于状态控制细胞神经网络的忆阻器混沌电路.为了验证该方法的正确性,采用通用的电子器件构建了一个忆阻器的模拟等效电路,并对提出的电路进行了实验分析.实验结果与数值仿真结果的一致性表明采用改进型的细胞神经网络可以有效地实现忆阻器混沌电路.     

γ-Fe中氢扩散行为的第一性原理研究

不锈钢中氢脆问题一直是研究者们关注热点,然而至今为止,对于钢中合金元素及空位与H原子之间的作用机理依然不清晰.采用第一性原理方法研究了H原子在不同体系下γ-Fe(Fe₈H、Fe₇Cr/MoH、Fe₇H)的扩散激活能、扩散系数以及扩散过渡态,对比了H原子在不同体系γ-Fe中的扩散难易程度,并从电子结构层次解释其相互作用.研究结果表明,空位的存在会改变H原子在γ-Fe中的扩散路径.在含空位的晶胞中H原子稳定存在于空位附近的近四面体间隙中,并沿空位附近的四面体间隙或八面体到四面体间隙路径扩散. γ-Fe中空位对H原子的影响是局域性的,一方面是捕获H原子的陷阱;另一方面降低了H原子的扩散激活能,促进H原子的扩散.而Cr/Mo的掺杂会降低空位对H原子的束缚,也会抑制H原子的扩散.     

分数阶统一混沌系统的耦合同步研究

分数阶混沌系统的同步是非线性科学的研究热点.由于目前研究分数阶混沌同步方法还很少,作者研究了基于相互耦合的分数阶统一混沌系统同步方法.根据Lyapunov稳定性理论和Gerschgorin定理推导出了整数阶混沌系统耦合同步定理,将整数阶同步理论扩展到分数阶混沌系统,利用整数阶统一系统同步条件结合仿真方法来确定耦合系数,进而实现分数阶统一混沌系统耦合同步.研究表明,根据整数阶同步理论研究分数阶混沌系统同步的方法是一种有效的分析方法,分数阶统一混沌系统可通过相互耦合方法达到同步.     

碳气凝胶修饰SnSb复合负极材料的制备及性能研究

采用超临界干燥法制备了碳气凝胶( Carbon Aerogels,CA),然后通过简单的化学还原法制备CA/SnSb复合负极材料。采用XRD和SEM等手段对材料的结构及形貌进行了表征,利用恒电流充放电测试了材料的循环性能。研究结果表明,碳气凝胶表现出纳米多孔三维网络结构,当对SnSb合金采用碳气凝胶修饰后,纳米SnSb颗粒包含在碳气凝胶的网络骨架中,呈现出碳气凝胶和纳米SnSb合金颗粒相互交错分布的结构,极大改善了复合材料的团聚性。 CA/SnSb复合负极材料首次放电容量高达1120.2 mAh·g-1,循环50次后放电容量仍达到557.3 mAh· g-1,远高于未经碳气凝胶修饰的SnSb合金。循环性能的改善主要归因于碳气凝胶的引入,不仅极大的改善了复合材料的团聚现象,而且可以缓冲SnSb合金在充放电过程中体积变化。     

冰下流场动力学特性的数值模拟研究

在控制海冰运动的各项外力中,风、流的拖曳力起到了决定性作用;其中流拖曳力包括由于冰侧或冰脊压力梯度产生的形拖曳力和由于水流在冰底面的粘性作用产生的摩拖曳力.基于计算流体动力学软件FLUENT针对光滑冰底冰块进行二维数值模拟,分别得到5种不同入水深度、8种水流速度共40种工况下的冰下流场分布及冰块所受流体拖曳力.经对比发现,数值计算结果与物理模型实验结果吻合较好,从而验证了该数值模型在模拟冰下流场及拖曳力时的有效性.流场计算结果显示,冰下受影响流场区域随入水深度增加而扩大,尾流场近浮冰区域存在涡流,并且涡动中心随着入水深度的增加而逐渐远离浮冰尾部.拖曳力计算结果表明浮冰所受拖曳力与流速平方存在线性关系.     

芬兰淡水湖冰下溶解氧浓度变化规律的离散小波分析北大核心

以离散小波变换的多尺度分析理论为依据,用Daubechies系列小波对芬兰Valkea-kotinen淡水湖第二测点自2011年1月13日至5月17日不同深度溶解氧浓度的采集数据进行分解与重构.通过db1-db6小波分解效果比较,发现db4小波的重构效果较好.采用db4小波对该位置各深度溶解氧浓度进行多尺度分析,得到数据的低频和高频重构曲线,分析曲线的变化规律.最后,利用离散小波变换尺度为2的幂次这一特点,给出有利于数据分析的测量时间间隔.     

极值温差红外图像的自适应双局部增强算法

针对目前红外焦平面成像系统在观察目标、特别是极值温差目标时,各温度段灰度描述不均匀和细节不够的问题,提出了一种自适应红外图像双局部增强算法。详细介绍了通过空间分布和灰度统计特性两个方向实现对极值温差图像自适应增强的方法,该方法首先从红外图像的空间分布特性出发,将图像切割成多个局部图像,然后再从直方图灰度分布出发,将局部图像的直方图进行聚类分段,并对分段直方图均衡增强,最后对生成的每个局部图像增强结果进行线性插值拼接完成增强算法。通过在红外焦平面系统中实验证明了极值温差自适应的红外图像双局部增强算法的可行性,并获得了很好的效果,成像质量有明显提高。