Theoretical study of molecular hydrogen and spiltover hydrogen storage on two-dimensional covalent-organic frameworks

Molecular hydrogen and spiltover hydrogen storages on five two-dimensional （2D） covalent-organic frameworks （COFs） （PPy-COF, TP-COF, BTP-COF, COF-18 A, and HHTP-DPB COF） are investigated using the grand canonical Monte Carlo （GCMC） simulations and the density functional theory （DFT）, respectively. The GCMC simulated results show that HHTP-DPB COF has the best performance for hydrogen storage, followed by BTP-COF, TP-COF, COF-18 A, and PPy-COE However, their adsorption amounts at room temperature are all too low to meet the uptake target set by US Department of Energy （US-DOE） and enable practical applications. The effects of pore size, surface area, and isosteric heat of hydrogen on adsorption amount are considered, which indicate that these three factors are all the important factors for determining the H2 adsorption amount. The chemisorptions of spiltover hydrogen atoms on these five COFs represented by the cluster models are investigated using the DFT method. The saturation cluster models are constructed by considering all possible adsorption sites for these cluster models. The average binding energy of a hydrogen atom and the saturation hydrogen storage density are calculated. The large average binding energy indicates that the spillover process may pro- ceed smoothly and reversibly. The saturation hydrogen storage density is much larger than the physisorption uptake of H2 molecules at 298 K and 100 bar （1 bar = 105 Pa）, and is close to or exceeds the 2010 US-DOE target of 6 wt% for hydrogen storage. This suggests that the hydrogen storage capacities of these COFs by spillover may be significantly enhanced. Thus 2D COFs studied in this paper are suitable hydrogen storage media by spillover.     

氢键和π-π诱导的二维双层Zn(Ⅱ)配位聚合物的晶体结构和荧光性能

本文以间苯二吡啶(1,3-dpb)和4,4′-二苯醚二甲酸(H2oba)为配体,溶剂热合成了一个二维锌配位聚合物{[Zn(oba)(dpb)].H2O}n(1),对其进行了红外,热重,粉末单晶衍射等表征,配合物属于三斜晶系,空间群C2/c。相邻的Zn(Ⅱ)离子通过连接oba2-和dpb形成二维波浪形面,两个相邻的面相互互锁形成2D→2D的结构,并且面与面之间存在氢键。两组2D→2D的结构通过π-π作用进一步形成双层的二维超分子网络。此外,本文也研究了配合物的荧光性能。     

单缝夫琅禾费衍射实验的计算机辅助教学

传统的衍射实验往往过多强调光波波动性的一面,而忽略其粒子性的一面,从而使学生对衍射现象的物理过程缺乏全面的认识。在进行光学实验的同时,借助于计算机辅助教学,可弥补这一缺点。应用蒙特卡罗方法对单缝夫琅禾费衍射现象进行了模拟,对模拟结果进行了分析和讨论。与传统方法相比,这种方法更为形象和直观,可以帮助学生理解光子等微观粒子的波粒二象性及随机性与确定性的统一。     

二甲基硫和乙硫醇在层状K1-2xMxTiNbO5(M=Mn2+、Ni2+)上的吸附与光催化氧化作用

采用固相法制备出具有层状结构的KTiNbO₅,通过离子交换制备K_1-2xM_xTiNbO₅(M=Mn²⁺、Ni²⁺)。采用X射线粉末衍射（XRD）和紫外－可见漫反射光谱技术对样品晶体结构与光谱响应特征进行表征,采用红外光谱方法考察样品对二甲基硫（DMS）和乙硫醇（EM）吸附与光催化氧化行为。结果表明,采用Mn²⁺和Ni²⁺对KTiNbO₅离子交换后,层板间距增加,对光谱吸收由紫外区移向可见光区,带隙能量由3.35eV相应地移至2.97eV和2.45eV。K_1-2xM_xTiNbO₅对DMS和EM的吸附作用力较弱,不受阳离子影响。K_1-2xMn_xTiNbO₅只在紫外光辐射下呈现催化活性,并将硫醚、硫醇氧化为亚砜、砜和磺酸;而K_1-2xNi_xTiNbO₅在可见与紫外光辐射下均具有光催化活性,在可见光辐射下,乙硫醇被氧化至磺酸,而在紫外光辐射下硫醇被矿化并产生硫酸盐与碳酸盐。     

基于图像检索的大豆食心虫虫害高光谱检测

为减轻虫害对大豆的影响,首先使用相应的高光谱仪器进行样本采集,样本分为4类：包括带有微小虫卵的,带有幼虫的,有啃食痕迹的和完全正常的大豆各20颗;然后提出了一种基于三维图像检索(3D-R-D,3D Resnet18 DCH)的大豆食心虫的高光谱检测方法。该方法从视频检索的应用中得到启发,考虑到视频不同帧之间和高光谱不同层之间存在类比关系,使用了在大规模视频检索数据集下训练而成的分类模型,将它作为预训练3D卷积模型进行训练。和已知的文献方法相同,使用公开的光谱数据集进行正式训练和微调,从而得到能进行特征提取的3D卷积网络,用图像检索来实现间接分类,通过利用样本之间的特征距离,实现在全新类别上的分类。为能适应任务,将模型最后的分类层变成了图像检索常用的hash层,从而得到了代表特征的二进制码。该方法不但完成了对不同情况下大豆种类的检测,还解决了训练时样本不足的问题。为探寻一种好的相似度匹配损失函数,对比了多种较新的方法,最后发现使用融入柯西分布的损失函数,实验效果最佳,最终模型的分类精度达86%±1.00%,和在大豆食心虫检测上最新的小样本方法对比,3D-R-D方法提高了3.5%左右的精度,表明该方法是有效的,它也为结合高光谱检测相关研究提供了一种全新思路。     

超导装置电流引线的研究进展

电流引线是连接室温端电源和低温端超导装置的重要部件,也是超导装置热损耗的主要热源之一。选择合适的电流引线形式,并进行引线结构优化设计,可以提高超导装置的可靠性和经济性。概述了电流引线的优化设计目标和分类形式,介绍了全金属电流引线、高温超导电流引线和珀尔帖电流引线的研究进展,分析比较了三类电流引线的工作特点和适用场景,可为超导装置的电流引线选型和优化设计提供参考。     

二维层状GaTe的晶体结构研究

采用布里奇曼法生长出了化合物半导体GaTe,并对其晶体结构进行研究。利用X射线衍射仪对GaTe粉末和块体试样分别进行测试,确定了其晶体结构。采用透射电子显微镜对二维薄膜GaTe及二维纳米层GaTe进行观测,并结合晶体定向仪对GaTe解理面进行了定向分析。结果表明,二维薄膜GaTe及二维纳米层GaTe分别对应单斜和六方两种不同的晶体结构,并对应不同的解理面。     

单模双折射光纤弯曲传输损耗的研究

利用检测单模双折射光纤弯曲传输损耗装置测绘了光纤的弯曲损耗图及光纤弯曲传输模式图．实验结果表明入纤光角度相同时，由于光纤弯部的曲率半径不同产生的弯曲损耗不同，而模式场分布与光纤弯曲无关．     

聚合物流变特性标准物质的研制

介绍聚合物流变特性标准物质的研制过程。聚合物流变特性标准物质主要由聚异丁烯和十六烷组成。研制的该标准物质具有良好的均匀性、稳定性。经对测定数据进行统计处理，确定了该标准物质在不同静态剪切速率下粘度和第一法向应力差的标准值并给出了其相对扩展不确定度。     

H2SO4处理的Nb2O5/γ -Al2O3催化剂表面酸性与催化性能研究

用Hammett指示剂法、红外光谱（IR）、示差扫描量热-热重法（DSC-TG）和微型催化反应装置等研究了H₂SO₄处理的负载型Nb₂O₅/γ-Al₂O₃催化剂表面酸性和催化异丁烯（IB）与异丁醛（IBA）反应生成2，5-二甲基-2，4-己二烯（DMHD）的催化性能。结果表明随所用H₂SO₄浓度增加，Nb₂O₅/γ-Al₂O₃催化剂表面酸性增强，B酸量增加，L酸量先增加后下降。经H₂SO₄处理的Nb₂O₅/γ-Al₂O₃催化剂的催化活性明显增加，但当H₂SO₄浓度超过0.05 mol·L^-1时催化活性又急剧下降，这可能是因为在H₂SO₄处理的催化剂表面形成的强酸中心上，产物分子进一步转化为积炭且封闭催化剂活性表面，导致催化活性下降。