Dynamics and optimal control in a spatially structured economic growth model with pollution diffusion and environmental taxation

In the first part of this paper we present a spatially structured dynamic economic growth model which takes into account the level of pollution and a possible taxation based on the amount of produced pollution. In the second part we analyze an optimal harvesting control problem with an objective function composed of three terms, namely the intertemporal utility of the decision maker, the space–time average of the level of pollution in the habitat, and the disutility due to the imposition of taxation.     

Enzyme Design from the Bottom Up: An Active Nickel Electrocatalyst with a Structured Peptide Outer Coordination Sphere

Catalytic, peptide‐containing metal complexes with a well‐defined peptide structure have the potential to enhance molecular catalysts through an enzyme‐like outer coordination sphere. Here, we report the synthesis and characterization of an active, peptide‐based metal complex built upon the well‐characterized hydrogen production catalyst [Ni(P^Ph₂N^Ph)₂]²⁺ (P^Ph₂N^Ph=1,3,6‐triphenyl‐1‐aza‐3,6‐diphosphacycloheptane). The incorporated peptide maintains its β‐hairpin structure when appended to the metal core, and the electrocatalytic activity of the peptide‐based metal complex (≈100,000 s^?1) is enhanced compared to the parent complex ([Ni(P^Ph₂N^APPA)₂]²⁺; ≈50,500 s^‐1). The combination of an active molecular catalyst with a structured peptide provides a scaffold that permits the incorporation of features of an enzyme‐like outer‐coordination sphere necessary to create molecular electrocatalysts with enhanced functionality.     

Enhancement of Solar Hydrogen Evolution from Water by Surface Modification with CdS and TiO2 on Porous CuInS2 Photocathodes Prepared by an Electrodeposition–Sulfurization Method

Porous films of p‐type CuInS₂, prepared by sulfurization of electrodeposited metals, are surface‐modified with thin layers of CdS and TiO₂. This specific porous electrode evolved H₂ from photoelectrochemical water reduction under simulated sunlight. Modification with thin n‐type CdS and TiO₂ layers significantly increased the cathodic photocurrent and onset potential through the formation of a p–n junction on the surface. The modified photocathodes showed a relatively high efficiency and stable H₂ production under the present reaction conditions.     

NH3选择性还原NOx技术在重型柴油车尾气净化中的应用

基于实验室对柴油车用V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂配方以及涂覆成型技术的大量研究,设计了一条产量为6000只/月的NH₃选择性催化还原NO_x （NH₃-SCR）催化剂中试生产线,并对生产的催化剂产品进行了发动机台架测试. 结果表明,实验室制备的V₂O₅-WO₃/TiO₂粉体催化剂和生产线产品,在空速为50000 h^-1和200-450 ℃条件下NO_x转化率均可达80%以上;采用大尺寸堇青石载体涂覆后制备的V₂O₅-WO₃/TiO₂整体催化剂经实验室小样测试,在空速为10000-30000 h^-1和250-450 ℃条件下NO_x转化率也为80%以上. 发动机台架测试结果表明,该催化剂产品可使重型柴油机NO_x排放达到国IV标准中欧洲稳态循环（ESC）和欧洲瞬态循环（ETC）排放限值的要求. 该生产线经适当调整后也可用于生产非钒基NH₃-SCR整体催化剂,以满足未来钒基NH₃-SCR催化剂更新换代的需求.     

单层类水滑石纳米片的可控合成及规模生产展望

水滑石(LDHs)是一种阴离子黏土材料,由于其主体层板厚度的可调性,使其在光/电催化、电池、超级电容器、传感器以及生物医药等领域都具有广泛应用。降低层厚至单层可使材料的物理化学性质发生根本改变,从而优化催化性能。近期研究表明,利用自上而下,自下而上的方法,可以实现单层LDHs类材料的合成,但是受限于产量(g级)以及成本设备等问题,目前规模化制备高质量单层LDHs类材料还没有工业案例。成核晶化隔离法是目前唯一规模化合成纳米LDHs的工业化方法,具有成本低,产量可吨级放大等优点。本综述从合成方法、表征手段、应用三个角度讨论了单层及超薄LDHs的精准调控,详细论述了近期关于单层及超薄LDHs合成突破以及LDHs的规模化生产进展,并对其性能进行了总结,为后续设计高性能单层LDHs提供思路。     

快速扫描量热法研究聚对苯二甲酸-1,4-环己烷二甲醇酯的结晶和熔融行为

采用快速扫描量热法(FSC)结合传统的差示扫描量热仪(DSC)考察了聚对苯二甲酸-1,4-环己烷二甲醇酯(PCT)聚酯在接近玻璃化转变(T_g)和熔融温度(T_m)范围(100~270 ℃)的结晶和熔融行为。 较大过冷度时PCT聚酯结晶较快,FSC有效地抑制降温过程结晶的发生,而较低过冷度下传统DSC可以避免样品降解对实验结果的影响,二者的结合能很好地对PCT聚酯结晶动力学进行测量,实验结果表明在175 ℃时结晶速率最快。 并且利用Flash DSC对等温结晶温度下形成的片晶熔点进行加热速率的相关测量,在熔融动力学建模的基础上进行校准,以确定零加热速率下片晶的熔点。 Hoffman-Weeks方程中T_m与结晶温度(T_c)的线性关系与T_c=T_m的交点给出了PCT晶体的平衡熔融温度$T_m^o$为315 ℃。     

三元Ho3+-TiO2/Bi等离子体复合纤维制备及其可见光催化产氢性能

以电纺Ho³⁺-TiO₂纳米纤维为基质,葡萄糖酸钠为还原剂,采用水热法制备Ho³⁺-TiO₂/Bi等离子体复合纤维光催化剂。 利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和瞬时光电流(IP)等分析测试手段对样品的物相、形貌和光电性能等进行表征。 以三乙醇胺为电子给体,研究了Ho³⁺-TiO₂/Bi光催化分解水产氢的反应过程。 结果表明:在水热过程中,Bi³⁺被葡萄糖酸钠还原成单质Bi纳米颗粒,复合在Ho³⁺-TiO₂纳米纤维表面形成肖特基结。 金属Bi通过局域表面等离子体共振效应结合稀土元素丰富的能级结构和4f电子跃迁特性,对TiO₂进行双重修饰改性,有效提高了TiO₂的光催化活性和稳定性,可见光下产氢速率最大为43.6 μmol/(g·h)。     

有序介孔TiO2纳米纤维及其串联光催化水处理-产氢性能（英文）

光催化技术在环境净化及新能源开发方面具有巨大的研究潜力,特别在有机污染物降解去除和分解水制氢展示出了广泛的应用前景.二氧化钛(TiO2)具有出色的光催化活性和稳定性、低成本和无毒性等性质,是最有前景的光催化剂之一,但离广泛实用还有一定距离.TiO2光催化活性很大程度上取决于其尺寸,结晶度和形状等结构特征,因此,TiO2的纳米结构优化设计,为开发高活性TiO2光催化材料,推动其商业和工业应用提供了新的可能.最近大量研究表明,一维(1D)纳米结构,如纳米管,纳米线和纳米纤维等,具有卓越的光生电荷分离和传输能力,可提高光催化活性.鉴于此,1D TiO2纳米光催化剂的设计和可控制备引起了广泛的研究关注.一般而言,1D TiO2制备方法包括溶胶凝胶法,水热法,溶剂热法和静电纺丝法.其中,水热法由于简单高效,是最广泛使用的一种制备方法.通常,水热法制备1D TiO2包括两个主要步骤.首先,在浓NaOH水溶液中的水热处理,将不规则的TiO2颗粒转化为均匀的1D纳米钛酸盐中间体.随后,通过氢离子交换和热转化,将所获得的钛酸盐转化为1D TiO2.钛酸盐中间体的形成和转化过程,对调控所得1D TiO2产物的结构特征,包括相、尺寸、形状和组成等,具有至关重要的作用.然而,传统水热法的反应条件非常苛刻,经常导致1D纳米结构的破坏及纳米颗粒的无序排列,降低了获得材料的光催化活性.因此,发展温和的钛酸盐转化方法,将为制备高活性光催化材料提供新思路.本文通过新颖的蒸汽热方法,成功将钛酸盐纳米带转化为由纳米晶定向组装而成的介孔TiO2纳米纤维.结合XRD,BET,TEM,XPS,UV-Vis和PL等分析手段详细表征了催化剂的组成与结构,基于有机污染物(以罗丹明B为例)降解以及光催化分解水制氢考察了催化剂的光催化活性.结果表明,在150°C蒸汽热处理得到的1D TiO2纳米纤维具有最高的光催化氧化活性与还原活性,均优于商业TiO2(P25).1D TiO2纳米纤维具有介孔结构,其纳米晶排列有序,从而对增强光催化性能至关重要.各向异性锐钛矿纳米晶的有序排列,促进了光生电子与空穴沿纳米纤维结构定向传递,降低电子-空穴复合几率.介孔结构和高表面积有利于光催化反应过程中的质量交换.鉴于1D TiO2纳米纤维同时具有最高的光催化氧化活性与还原活性,我们发展了光催化水处理-产氢集成新技术,通过光催化“有氧氧化-缺氧还原”串联工艺来实现.有机染料在有氧氧化过程中部分氧化,并在后续的缺氧还原阶段充当高效牺牲试剂以促进光催化分解水制氢.该研究为制备高活性有序介孔TiO2纳米纤维及其应用提供了新思路.     

硝酸根接枝诱导组装金红石相TiO2纳米束以增强光催化产氢（英文）

化石燃料的快速消耗加速了全球能源危机和环境污染等问题.光催化产氢直接利用清洁和可持续的太阳能实现向化学燃料的转化,因而成为一种有前景的技术.众多半导体光催化剂中,二氧化钛因其高光催化活性、稳定的化学性质、低成本和无毒等优势而被广泛用作分解水产氢的光催化剂.最近,金红石相TiO2纳米晶体在某些情况下被证明具有光催化的潜力,然而其光生电子-空穴对的快速复合显著抑制了光催化效率.表面修饰、构建异质结和负载助催化剂等策略被用来提高光生载流子的分离效率以减少复合损失,从而提升光催化活性.由于光催化反应通常发生在光催化剂的表面活性位点上,因此通过改善表面性质改变电荷转移途径对光催化活性具有重要影响.磷酸、硫酸、硼酸和盐酸等无机酸的修饰可以改变光催化剂的表面基团,分别通过促进表面羟基的形成和氧气的吸附以及改变表面电荷性质更有效地捕获空穴,实现光生电子和空穴的分离,有助于光催化降解有机污染物.然而,这种影响机制显然不适用于光催化产氢体系,目前对无机酸修饰用于分解水产氢的研究鲜有报道.因此,通过酸改性策略制备高效产氢的光催化剂仍然是一个相当大的挑战.本文利用硝酸诱导策略合成纺锤状金红石相二氧化钛纳米束(R-TiO2).首先,制备层状质子化钛酸盐(LPT)作为TiO2的前体,随后,加入浓硝酸以诱导向金红石相TiO2的转变,并组装形成纺锤状纳米束.对照实验显示,硝酸的酸化可以诱导LPT向金红石相TiO2的转变,而相同条件下浓硝酸后处理不会引起晶相的转变.纺锤形纳米束的形成源于,硝酸诱导R-TiO2沿(110)方向生长并彼此粘附,硝酸诱导组装过程成功在TiO2表面修饰上硝酸根,同时扩大了光吸收范围,有效减少了电荷复合损失.光催化产氢测试证明了R-TiO2光催化剂具有高效的产氢性能,产氢速率为402.4μmol h-1,是Degussa P25的3.1倍,并且显著高于未经浓硝酸处理的锐钛矿(52.0μmol h^-1)或金红石相(110.8μmol h^-1)光催化剂.为了说明表面硝酸根的影响,分别从晶体和化学结构、形态以及表面电荷性质方面比较了光催化反应前后的变化,结果表明,R-TiO2增强的光催化效率可归因于硝酸根基团的负场效应,有利于在表面上捕获带正电的质子以促进载流子分离,提高光催化产氢的效率.总之,本工作不仅对于发展表面修饰策略制备高效产氢光催化剂的研究具有重要意义,而且提出了一种不同于文献报道的无机酸影响机制.     

分级孔结构g-C3N4光催化剂的制备及性能

以单分散SiO2为模板,通过简单的一步煅烧法制备具有分级孔结构的g-C3N4。与体相g-C3N4相比,分级孔结构的g-C3N4不仅可见光吸收性能和比表面积得到提高,而且更有利于光生电子-空穴的分离。此外,具有分级孔结构的g-C3N4具有明显增强的可见光驱动的光催化产氢活性,当SiO2和二氰二胺质量比为1∶1时,制备所得g-C3N4(C3N4-2)产氢速率几乎是体相g-C3N4的18倍。