Pd@C2N单原子催化剂用于HCOOH分解制氢的第一性原理研究

用于HCOOH分解制氢的贵金属催化剂存在着反应选择性差和资源稀缺等问题. 单原子催化可以有效改善催化剂性能并降低成本，C2N作为一种新型二维材料可为过渡金属原子提供良好的结合位点. 本文利用密度泛函理论，设计了Pd@C2N 单原子催化剂，研究了HCOOH在Pd@C2N表面上的吸附和分解制氢反应机理. 结果表明，HCOOH可在Pd原子顶位吸附，并在C2N表面N原子的协同作用下通过甲酸盐路径生成氢气. 通过比较，Pd@C2N具有比Pd (111)表面更好的催化反应活性与选择性.     

5-氨基异噁唑的4-位芳基化

在温和、简单条件下实现了5-氨基异噁唑C4位芳基化的反应，以中等到优秀的产率（最高达99%）合成了一系列4-芳基-5-氨基异噁唑类衍生物，产物结构经核磁与高分辨质谱确证。      

CO和O2分子与TiO2(110)表面负载Pt单原子的相互作用

Pt单原子在低温CO氧化反应中具有很高的催化活性. 利用扫描隧道显微术与密度泛函理论，研究了Pt单原子在还原性TiO₂(110)表面的吸附行为及其与CO和O₂分子的相互作用. 研究发现在80 K低温下，TiO₂表面的氧空位缺陷是Pt单原子的最优吸附位. 将CO和O₂分子分别通入Pt单原子吸附后的TiO₂表面，研究相应的吸附构型. 实验表明在低覆盖度下，单个Pt原子会俘获一个CO分子，CO分子同时与表面次近邻的五配位Ti原子(Ti_5c)成键，进而形成非对称的Pt-CO 复合物构型. 将样品从80 K升温到100 K后，TiO₂表面的CO分子会迁移到Pt-CO处形成Pt-(CO)₂的复合结构. 对于O₂分子，单个Pt原子同样会吸附一个O₂分子，O₂分子也会与最近邻或次近邻的Ti_5c原子成键形成两种Pt-O₂构型. 这些结果在单分子尺度上揭示了CO和O₂与Pt单原子的相互作用，呈现了CO与O₂反应中的初始状态.     

基于哈德曼编码的新型高分辨定域谱

核磁共振（NMR）技术作为一种非植入无损伤的检测技术，已经广泛应用于化学、生物和医学等领域.本文基于哈德曼（Hadamard）编码的分子间单量子相干（iSQC）技术提出了一种新的序列，首先从理论上对该序列进行了简要的分析并阐明其原理，然后用套管模型实验和脑模型实验验证该序列在不均匀磁场下准确定域和快速获取高分辨谱的能力.实验表明，该序列在不均匀磁场下可以快速获取高分辨定域谱，同时抑制溶剂峰信号，具备一定的应用价值.     

Langmuir单分子膜在海洋飞沫气溶胶表面特性研究中的应用

被表面活性有机物包裹的液相气溶胶,如海洋飞沫气溶胶(SSA),通常具有反胶束的结构,它由有机分子形成的疏水表面和一个水相内核构成。SSA界面有机膜的组分和形态对其物理、化学和光学特性有重要的影响。Langmuir单分子膜是由脂肪酸、脂肪醇和磷脂等具有低挥发性的长链表面活性有机物在空气-水界面上扩散形成的单层分子薄膜。采用Langmuir槽可以测定水-气界面的单组分或复合组分单分子膜的表面压随分子面积变化的曲线(π-A曲线),从而揭示相应单分子膜的界面特性,进而预测表面活性剂在实际SSA中的命运和行为。本文综述了常用大气气溶胶界面表征技术、基于单分子膜建立的SSA模型以及有机膜对SSA大气行为的影响。虽然目前对SSA相关单分子膜的物理性质和形貌变化已有深入的研究,但是对于反应性气体、光照和生物活性物质等环境因素引起的界面变化却很少有关注,本文为未来的实验室模拟和模式研究提供了新的思路。     

N/C稳定的单原子Co催化剂

单原子催化剂(SAC)是多相催化领域一个新兴的研究热点,是指催化剂中活性组分完全以孤立的单个原子的形式存在,并通过与载体作用或与第二种金属形成合金得以稳定.相比于纳米/亚纳米催化剂,单原子催化剂具有诸多优势:(1)活性组分达到最大程度分散(100％),可有效提高金属(特别是贵金属)原子利用率;(2)活性位点的组成和结构单一,可避免因活性组分组成和结构不均匀导致的副反应,从而显著提高目标产物的选择性;(3)单原子催化剂兼具高活性、高选择性和可循环使用的优点,有望成为连接均相催化与非均相催化的桥梁.因此,单原子催化剂为在原子尺度上理解催化机理和构效关系提供了一个很好的平台.2011年,中国科学院大连化学物理研究所张涛院士团队首次合成了单原子铂催化剂Pt1/FeOx.该催化剂通过共沉淀法制备,在CO氧化以及PROX反应中展示出优异的催化性能,其TOF值为相应的纳米催化剂3倍之高,在此基础上,该团队随后发展了一系列贵金属单原子催化剂,例如Ir/FeOx,Pd/ZnO,Au/CeO2和Ag-Pd/SiO2.这些催化剂在水气变换反应、乙炔选择性加氢反应、芳香硝基化合物选择加氢等反应中表现出了优异的催化活性及选择性.尤其是在3-硝基苯乙烯选择性加氢反应中,单原子催化剂Pt1/FeOx的TOF值高达1500 h-1,是文献报道最优催化剂的20倍;产物3-氨基苯乙烯的选择性高达99％.在单原子催化剂概念提出的短短几年,它已经成为目前多相催化领域的研究热点,并且发展出许多新的单原子催化剂制备方法.然而,由于单个原子具有较高的表面能,因此目前制备的单原子催化剂负载量往往较低(＜0.5 wt％).另一方面,目前单原子催化剂的研究对象主要为贵金属,而非贵金属单原子催化剂却鲜有报道.近日,张涛团队在非贵金属单原子催化剂领域取得新的进展.他们成功制备出了负载量高达3.6 wt％的Co-N-C单原子催化剂,并结合密度泛函理论(DFT)和X-射线吸收精细结构(XAFS)技术首次解析出Co-N-C催化位点的精确结构.Co(Fe)-N-C是一类在电催化领域受到广泛关注的材料,在氧还原反应,析氢反应以及CO2电还原反应中均有良好的催化性能,被认为是一种最有希望取代商业Pt/C电极的非贵金属催化剂.然而,由于其组成较为复杂,人们对其活性中心的认识存在诸多争议.Co(Fe)-N-C催化剂通常采用高温焙烧法制备,即将金属前驱体,含N,C配体以及碳载体在600-9000℃高温下焙烧,这往往导致催化剂中同时含有不同尺寸的Co(0),CoOx以及CoM,也含有常规表征手段难以发现的Co(Fe)单原子.张涛团队利用Mg(OH)2作为牺牲载体,制备出了完全单原子分散的Co-N-C催化剂(图1(a)).作者通过原子分辨的高角环形暗场-扫描透射电镜(HAADF-STEM),XAFS和DFT计算,首次证明Co-N-C催化活性中心的结构为CON4C8-1-20z.在这种模型中,Co中心在径向方向与4个N配位,轴向有2个弱吸附的氧气分子吸附在Co原子上(图1(b)).与之前报道的贵金属催化剂显著不同的是,在Co-N-C单原子催化剂中,Co含量高达3.6 ％.值得称道的是,这种Co-N-C单原子催化剂在芳硝基化合物选择加氢制备偶氮化合物的反应中的催化活性和选择性可媲美贵金属催化剂.使用Co-N-C催化剂,在温和条件下即可实现从芳香硝基化合物一锅法绿色合成偶氮化合物,并且该催化剂具有优异的底物普适性,即使底物含有-C=C,-I,-Br等基团时,也可高效生成相应的偶氮苯.这项工作的另外一个意义在于获得了非常均一的Co-N-C活性位组成和结构,这为利用多种表征手段精确解析结构提供了一个很好的切入点.某种意义上讲,之前文献中报道的含有多种Co物种的Co-N-C催化剂,其活性中心的认定需要重新审视.事实上,Co的配合物作为分子催化剂已经广泛应用于均相催化中;而这项工作中的Co单原子通过与N,C配位而稳定,活性中心类似于均相催化剂中的Co配合物,但却形成了真正的多相催化剂.因此我们可以预测,许多过渡金属均相催化剂有可能通过该工作中的单原子制备策略转化为多相催化剂,从而使单原子催化剂真正成为均相催化和多相催化的桥梁.     

工业以太网芯片单粒子实验测试系统研制

分析了单粒子效应对以太网芯片KSZ8851-16MLLJ的内部结构的影响,为全面了解以太网芯片在单粒子实验中的状态,研制出工业以太网单粒子实验测试系统。通过测试系统的实验得出相关参数,为以太网芯片在航天器上的应用提供技术参考。根据单粒子实验的现场情况,研制基于以太网的远程数据采集、控制系统,将测试数据实时地传输到远程观测终端。测试结果表明：单粒子实验测试系统可以对以太网芯片进行全面地监测,并有效地保护该芯片的安全性。     

改进PID算法在浆液PH值控制系统中的应用

为了对浆液pH值控制系统进行全面的优化控制,使整个系统在最佳状态下运行,提出了一种改进PID算法。该算法利用单神经元具有自适应、自学习能力的优势,将神经元加入到PID算法中后,改进了控制系统稳定性和控制性能较差的问题;并结合浆液pH值控制系统的特点,设计了算法的具体流程。最后,利用改进前后的两种算法对优化问题进行了仿真分析,结果表明单神经元自适应PID算法具有更好的优化效果。     

纳米静态随机存储器低能质子单粒子翻转敏感性研究

针对65, 90, 250 nm三种不同特征尺寸的静态随机存储器基于国内和国外质子加速器试验平台, 获取了从低能到高能完整的质子单粒子翻转截面曲线. 试验结果表明, 对于纳米器件1 MeV以下低能质子所引起的单粒子翻转截面比高能质子单粒子翻转饱和截面最高可达3个数量级. 采用基于试验数据和器件信息相结合的方法, 构建了较为精确的复合灵敏体积几何结构模型, 在此基础上采用蒙特卡罗方法揭示了低能质子穿过多层金属布线层, 由于能量岐离使展宽能谱处于布拉格峰值的附近, 通过直接电离方式将能量集中沉积在灵敏体积内, 是导致单粒子翻转截面峰值的根本原因. 并针对某一轨道环境预估了低能质子对空间质子单粒子翻转率的贡献.