单原子催化剂M1/FeOx(M=Pt,Fe)的理论研究:CO氧化反应

负载型纳米贵金属催化剂是用于多相催化反应的重要的催化剂之一,也是各国催化科学与技术研发的重点,其工业应用也越来越广泛.理论和实验的研究结果均表明,当载体表面的金属粒子尺寸减小至亚纳米级乃至更小的低配位、不饱和的原子团簇时,它们常常成为诱发催化反应的活性中心,呈现更高的催化活性和选择性.将负载的金属尺寸由纳米量级减小至分散的金属团簇甚至单原子而使每个原子成为反应的活性位点已成为研究的重点.最近,由张涛等首次合成的单原子催化剂(SAC)Pt1/FeOx引起了国内外催化及表面科学工作者的极大关注.单原子催化剂作为连接均相催化剂和多相催化剂的桥梁,不仅具有非均相催化剂的稳定、易于与反应体系分离、易表征等优点,而且具有均相催化剂活性中心结构均一、活性中心原子利用率百分之百等优点.一方面,单原子催化剂给多相催化领域注入了新的活力,另一方面也更有利于运用量子与计算化学的研究方法建立与实验相匹配的理论模型并从原子水平上进一步理解多相催化反应的微观作用机理.实验和理论的研究结果表明,其它单原子催化剂如Ir1/FeOx,Au1/FeOx和Ni1/FeOx催化CO氧化反应表现出不同的活性.然而,底物FeOx中的Fe同样是第VIII族中的3d过渡金属,却在低温下对CO氧化反应没有催化活性.我们围绕这一问题,重点研究了底物FeOx在负载单原子Pt1前后催化CO氧化的反应机理和活性,解释了单原子催化剂Pt1/FeOx相比于底物FeOx为何具有如此高的催化活性的原因.我们采用Vienna Ab-initio Simulation Package(VASP)从头算模拟软件和密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)进行了理论计算.其中,选择PBE泛函描述体系的交换关联相互作用,用投影缀加波(PAW)赝势基组方法描述体系中的电子和离子实之间的相互作用,对Fe原子采用了DFT+U方法进行d电子强相关校正,并使用Dimer计算方法搜寻反应过渡态.研究结果表明,底物FeOx中氧空位的再生伴随第二个CO2分子从催化剂表面脱附的过程需要较高的活化势垒(1.09 eV),这一过程是整个CO氧化反应的决速步.与此相比较,Pt1/FeOx催化剂中,由于Pt原子代替了表面Fe原子,导致电子结构及性质的显著变化,有利于CO的活化、氧化和CO2的脱附.我们从电子能量态密度(DOS)和Bader电荷分析及模型分子团簇的轨道相互作用的角度进一步分析了两种催化剂存在差异的本质;揭示了单原子催化剂Pt1/FeOx中Pt1和底物FeOx之间的相互作用的机理及催化剂表面Pt单原子在催化反应过程中的关键作用.     

惯导辅助单历元解算模糊度测姿方法

GNSS与INS在测姿方面的组合理论上可以提升精度，但实际中有时会由于GNSS模糊度固定率低、固定出错、易受干扰等原因导致其精度相对INS过低，以至于组合精度不佳。针对以上问题，提出一种用惯导辅助解算模糊度的方法（IAACM），利用惯导信息辅助解算模糊度浮点解，在固定模糊度后得出更精准稳定的GNSS载体姿态，该姿态可与INS姿态再次组合有效提升测姿精度。该方法在解算模糊度层面引入了惯导信息，具有不受卫星数量限制，单历元固定模糊度，误差稳定等优势。利用高精度GNSS接收机与光纤惯导组合搭建试验平台，在城市道路环境中进行跑车测试，验证模糊度固定情况及测姿精度。试验表明，该方法可提供更精准的模糊度浮点解，并可单历元固定模糊度，有效提升模糊度固定率，使测姿精度大幅提高。     

Co3O4纳米晶催化氧化甲烷的理论研究：C-H键活化的晶面效应及活性中心

甲烷是一种在自然界中大量存在的原材料,在取代原油和合成重要化工产品等许多领域具有潜在的应用价值. 然而,由于CH₄中C-H键的键能特别大（约~4.5 eV）,如何实现甲烷的绿色有效转化在化学化工领域仍然是一个挑战. 本文采用密度泛函理论对Co₃O₄（001）和（011）晶面活化甲烷C-H键的机理进行了理论研究,得到了如下结论：（1） CH₄的C-H键在Co₃O₄晶面的解离具有很高的活性,只需要克服大约1 eV的能垒;（2）与Co^2＋相连的Co-O离子对是CH₄活化的活性位点,其中两个带正负电荷的离子对C-H解离起着协同作用,帮助产生Co-CH₃和O-H物种;（3）（011）面的反应活性明显大于（001）面,与实验的观察一致. 本文的计算结果表明,Co₃O₄纳米晶面对CH₄中C-H键的活化表现出明显的晶面效应和结构敏感效应,Co-O离子对活性中心对于活化惰性的C-H键发挥了关键作用.     

双桥硫配合物Cp_2M_2S_4(M=Fe,Ru)的电子结构及反应性

本文应用EHMO法研究了三个Cp_2M_2S_4(M=Fe,Ru)类配合物的电子结构,根据计算所得的分子轨道能级,轨道特征和Mulliken重叠集居等数据,对其成键性质进行了分析。这类配合物的反应性研究结果表明:在配合物的骨架构型重排η~1-S_2(?)η~2-S_2的可逆氧化还原反应过程中,桥配基是反应的活性位置。     

双核簇合物M~2S~2(μ-S)~2(dtp)~2(M=Mo,W)的电子结构及元件组装活性的abinitio研究

本文对双核簇合物M~2S~2(μ-S)~2(dtp)~2(M=Mo, W)及其簇芯碎片M~2S~4^2^+进行了相对论赝势从头算和Boys定域化分子轨道计算, 根据所计算的正则分子轨道(CMO)和定域分子轨道(LMO)以及Mulliken布居分析, 探讨了作为簇元元件的M~2S~4(dtp)~2的成键性质和电子结构, 利用广义微扰理论, 定性分析了M~2S~4^2^+型簇合物的元件组装活性位和活性区, 研究了它们发生[2+1]=3和[2+2]=4型元件组装的成簇机理。     

视频内窥镜图像采集与处理

提出一种用ＣＣＤ接收图像的视频内窥镜系统，其图像用微机进行处理，实验结果表明由该系统获得的人耳图像经微机处理后，图像的清晰度有明显改善。     

NbX(X=C,N,O)的能带结构研究

本文采用EHT近似下的紧束缚能带方法,计算了NbX(X=C,N,O)的能带结构。结果表明,它们的能带结构相近,Nb—X间存在较强的成键作用,传导电子主要具有Nb的4d特征,Nb—Nb键与超导电性相关,从C到N,Nb—Nb键共价性削弱,Tc提高。尽管计算所得NbO中Nb—Nb键强度介于NbC和NbN之间,但其实际Tc却比NbC和NbN的都低,这是NbO的空位效应所致,这一结果可从我们对有序缺陷的Nb_(0.75)O_(0.75)晶体能带结构的计算得到验证。     

簇合物中锥形四重桥硫3d轨道成键的EHMO研究

运用EHMO方法对四个[M_4S_2]（M＝Co，Nb）型簇合物的电子结构进行了计算，通过对硫原子3d轨道引入前后体系总能量、轨道能级、电荷分布和Mulliken键级等性质的比较，发现簇合物中锥形四重桥硫原子的3d轨道参与了成键，对稳定[M_4S_2]结构单元有重要的作用．     

锕系化合物荧光光谱理论研究进展

本文对锕系化合物荧光光谱的实验研究进行了系统总结,并在此基础上重点介绍了锕酰(actinyl)化合物的电子结构以及荧光光谱模拟的原理。结合我们关于铀酰-甘氨酸水合物结构、稳定性和荧光光谱模拟的研究工作,本文对锕系化合物荧光光谱理论研究的现状、理论方法和计算结果进行了综述。铀酰配合物中O-U-O单元的对称伸缩振动决定了其荧光特征,通过理论研究,结合计算化学模拟,可以解释铀酰-甘氨酸水溶液中振动分辨的实验光谱图,并阐明热带(hot band)峰强度异常高的成因。上述研究结果表明,现代计算化学和实验技术相结合,能够用于深入地分析锕系化合物的结构、光谱和性质,包括溶剂配位层、生物配体的配位结构、热力学和能量和荧光光谱等。     

尿素分子团簇线性和一阶非线性光学极化率的理论计算

检验分子晶体非线性光学极化率的可加性,对于确认有向气体模型(Oriented-Gas Model) 具有重要的科学意义,对探索新型实用的分子非线性光学材料也有实际的意义。本文对尿素晶体中分子簇非线性光学极化率的可加性做了详尽的理论研究。首次做到了尿素分子最近邻排布团簇的非线性光学极化率的从头算,从而扩展了前人的工作。研究结果有效地确认了有向气体模型。同时,我们还提出了壳层结构模型 (Shell-Structure Model),用以解决有向气体模型中的缺陷,可实现更为有效可靠地计算晶体宏观非线性光学系数。