固体异质结界面结构预测方法及AutoInterface程序实现

预测材料异质结的界面原子结构对于理解界面对性能的影响至关重要. 目前, 从理论上预测材料界面结构仍具有极大挑战, 主要是缺乏普适有效的理论计算方法. 本文介绍了本课题组在异质结界面结构预测方面取得的最新进展. 结合马氏体相变唯象理论、 图论和随机表面行走算法, 提出了界面结构的一种有效预测方法, 可以实现自动化的计算预测. 通过GaP/TiO₂半导体异质结等展示了该方法的有效性和在催化等领域的应用前景.     

PbTiO3/SrTiO3(010)异质界面上的周期性失配位错及电子富集

It is important to determine the effects of misfit dislocations and other defects on the domain structure, ferroelectricity, conductivity, and other physical properties of ferroelectric thin films to understand their ferroelectric and piezoelectric behaviors. Much attention has been given to ferroelectric PbTiO₃/SrTiO₃ or PbZr_0.2Ti_0.8O₃/SrTiO₃ heterointerfaces, at which improper ferroelectricity, a spin-polarized two-dimensional electron gas, and other physical phenomena have been found. However, those heterointerfaces were all (001) planes, and there has been no experimental studies on the growth of (010) PbTiO₃/SrTiO₃ heterointerface due to the 6.4% misfit between two materials. In this study, we selected an atomically flat (010) PbTiO₃/SrTiO₃ heterointerface grown using a two-step hydrothermal method as the research subject, and this is the first experimental report on that interface. Interfacial dislocations can play a significant role in causing dramatic changes in the Curie temperature and polarization distribution near the dislocation cores, especially when the size of a ferroelectric thin film is scaled down to the nanoscale. The results of previous studies on the effects of interfacial dislocations on the physical properties of ferroelectric thin films have been contradictory. Thus, this issue needs to be explored more deeply in the future. This study used aberration corrected scanning transmission electron microscopy (STEM) to study the atomic structure of a (010) PbTiO₃/SrTiO₃ heterointerface and found periodic misfit dislocations with a Burgers vector of a[001]. The extra planes at the dislocation cores could relieve the misfit strain between the two materials in the [001] direction and thus allowed the growth of such an atomically sharp heterointerface. Moreover, monochromated electron energy-loss spectroscopy with an atomic scale spatial resolution and high energy resolution was used to explore the charge distribution near the periodic misfit dislocation cores. The fine structure of the Ti L edge was quantitatively analyzed by linearly fitting the experimental spectra recorded at various locations near and at the misfit dislocation cores with the Ti³⁺ and Ti⁴⁺ reference spectra. Therefore, the accurate valence change of Ti could be determined, which corresponded to the charge distribution. The probable existence of an aggregation of electrons was found near the a[001] dislocation cores, and the density of the electrons calculated from the valence change was 0.26 electrons per unit cell. Based on an analysis of the fine structure of the oxygen K edge, it could be argued that the electrons aggregating at the dislocation cores came from the oxygen vacancies in the interior regions of the PbTiO₃. This aggregation of electrons will probably increase the electron conductivity along the dislocation line. The physics of two-dimensional charge distributions at oxide interfaces have been intensively studied, however, little attention had been given to the one-dimensional charge distribution. Therefore, the results of this study can stimulate research interest in exploring the influence of the interfacial dislocations on the physics of ferroelectric heterointerfaces.     

Co9S8/MoS2异质结构的构筑及电催化析氢性能研究

利用前驱物形貌导向法,成功制备了Co₉S₈/MoS₂异质结构催化剂,该催化剂在碱性析氢反应（HER）中表现出优异的催化活性及稳定性,其在10 mA·cm^-2处的过电势仅为84 mV.通过X射线粉末衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、电子自旋共振（ESR）、拉曼光谱（Raman）、X射线光电子能谱（XPS）和同步辐射（XAFS）等表征,证明了CoS₂/MoS₂在H₂氛围下煅烧形成Co₉S₈/MoS₂的过程中,CoS₂中Co的配位模式从部分八面体向Co₉S₈中的四面体转变,这种转变可活化MoS₂的惰性平面,从而使其更有利于吸附H^*.除此之外,接触角数据表明：该催化剂具有良好的亲水性,有利于电解液渗透及气体分子的迅速扩散,从而促进HER反应速率.由于异质结构间具有强烈的相互作用,该催化剂可表现出良好的结构稳定性.本工作基于Co₉S₈/MoS₂异质结构的成功构筑及对其HER催化机理的充分探讨,为后续硫化物异质结及其在电催化中的应用提供了良好的思路和研究基础.     

空心球状C@SnO2@SnS2的制备及光催化去除Cr（Ⅵ）性能研究

将SnO2负载在碳球上通过不完全烧结的方法得到含有大量碳的空心状C@SnO2,随后加入TAA(硫代乙酰胺),利用离子交换法在水热过程中制备了具有不同硫化程度的空心结构的C@SnO2@SnS2三元复合物。利用XRD、FESEM、TEM、XPS、UV-Vis DRS、PL等测试手段对合成样品进行表征,并测试了其光催化去除Cr(VI)的性能。结果表明,C、SnO2和SnS2三者之间的协同作用以及空心结构的形貌显著增强了SnO2的光催化性能,其中CSS-2样品对Cr(VI)具有最佳的去除能力,太阳光照射120 min后对Cr(VI)的去除率高达98.8%。     

分布振子复合板的模态阻尼及多点激励下阻尼减振相关性

分布阻尼振子可拓宽结构减振频带,因此可将振子分布于板中以形成复合板（简称“分布振子复合板”）,进而实现较宽的减振频带．对于多点支撑处受到宽频非一致激励（例如在不同激励点处的激励频率、幅值与相位有差异）的分布振子复合板,目前还缺乏有效简便的优化控制指标．在作者之前的研究中,针对含分布振子的梁推导了基于模态应变能的模态阻尼计算理论,讨论了模态阻尼与单点激励下梁的减振效果的相关性,并应用于宽频减振设计优化．本文进一步将模态阻尼计算理论推广到分布振子复合板,并将研究从梁的单点激励扩展到板的多点非一致激励下的阻尼减振相关性．首先,在利用模态应变能法推导得到分布振子复合板的模态阻尼计算公式后,从理论上讨论了不同边界条件与模态阶次对计算结果的影响,以及计算理论的适用性．而后,进一步通过有限元参数分析了边界条件、频率比、模态阶次与质量比的影响．最后,通过算例分析了无振子板或分布振子复合板在四个激励点具有多种幅值与相位组合情况下的稳态响应．结果表明,推导的模态阻尼计算公式可正确预测不同边界条件下的模态阻尼,且理论预测的模态阻尼与基板的稳态平均加速度减小率、稳态峰值应变能减小率均有较高的相关性．     

固液界面的力?电?化学耦合及在电催化体系中的应用

目前许多新型高效金属催化剂在设计制备中都考虑到表面力学因素, 例如层状结构、核壳结构等, 其表面高活性原子受到不同程度的应变作用. 应变可直接改变金属的能带带隙, 对催化剂表面的电化学反应产生显著影响, 是一种有效提升材料催化活性的新思路和制备高性能催化剂的新途径, 因此受到了科研工作者的广泛关注. 传统的材料应变工程手段存在着活性物质层的应变值难以精确定量, 并缺少实时调控以及制备工艺繁琐等难题, 导致应变与电催化活性相关性规律识别方面的理论和实验研究进展缓慢. 相比于传统的材料手段, 交变载荷产生的应变具有幅值和频率的可变性以及连续的调控性, 在实验中可以完全排除噪声、缺陷、空位、基底效应等其他外部或材料本征的影响因素. 该综述从经典固液界面热力学表述出发, 简要介绍了电催化体系中的力?电?化学耦合效应, 归纳总结目前电催化体系中应变施加的实验手段和分析方法, 并基于目前相关研究着重讨论在交变载荷作用下应变对金属表面电催化反应的作用机理, 最后从力学角度展望了表面力学在电催化体系中的研究重点及发展趋势.      

水陆两栖飞机尾翼抗鸟撞设计与验证方法研究

为确保水陆两栖飞机尾翼结构的抗鸟撞性能,针对其不同结构部位提出不同的抗鸟撞设计思路。耦合SPH方法建立了尾翼结构的鸟撞数值模型,采用实验方法获得了结构铝合金材料的准静态和中低应变率拉伸实验数据以及不同冲击速度下带母材铆钉的极限拉伸载荷和极限剪切载荷数据。进一步开展了尾翼结构抗鸟撞分析,并通过鸟撞实验对数值分析结果进行验证。结果表明,针对水陆两栖飞机尾翼前缘结构提出的两种抗鸟撞设计思路合理,且具有较好的抗鸟撞性能;结构采用的3种铝合金存在较为明显的应变硬化效应,但应变率敏感性较弱;随着加载速度的增大,结构采用的4种铆钉拉伸载荷呈下降趋势,但总体幅度并不大,而剪切载荷变动较小;建立的尾翼结构鸟撞数值分析模型准确,较好预测了结构的破坏模式和鸟体冲击分散过程。     

牛磺酸通过调控AKT/GSK-3β通路抑制结直肠癌细胞侵袭转移

观察糖原合酶激酶-3β(GSK-3β)在牛磺酸(Tau)抑制结直肠癌(CRC)侵袭转移中的作用,探讨Tau抑制结直肠癌侵袭转移分子机制。选用人结直肠癌SW480和HT29细胞为研究对象,用浓度为40～200 mmoL Tau处理细胞;Transwell小室和细胞划痕愈合实验检测细胞侵袭、迁移能力,Western blot检测细胞EMT标志性蛋白(E-cadherin, N-cadherin, Vimentin),基质金属蛋白酶2/7(MMP2/7)和AKT/GSK-3β通路相关蛋白水平。与正常对照组比较,Tau可浓度依赖性抑制CRC细胞侵袭和迁移,上调CRC上皮标志物E-cadherin表达,下调EMT间质标志物N-cadherin, Vimentin和MMPs表达;降低AKT和p-AKT水平,提高PTEN,GSK-3β及p-GSK-3β表达水平(P<0.05)。与p-EGFP-GSK-3β或Tau组比较,p-EGFP-GSK-3β+Tau组细胞迁移和侵袭数量有显著性降低(P<0.01);与Tau组或p-EGFP-GSK-3β组比较,p-EGFP-GSK-3β+Tau组E-Cadherin、GSK-3β蛋白表达有显著升高(P<0.01),而N-Cadherin, Vimentin,β-Catenin, MMP2/7和AKT蛋白表达均有显著降低(P<0.01)。牛磺酸可通过调控AKT/GSK-3β通路抑制结直肠癌细胞侵袭转移。     

表面重构的富氧空位非晶-结晶Ni(Co)异质结促进析氧反应（英文）

设计具有丰富活性位点的低成本且稳定的电催化剂对于提高析氧反应效率仍然具有挑战性.本文采用电化学沉积的方法,在铜箔上制备了非晶-结晶共存的三元Ni-Co-Mo金属氧化物薄膜催化剂.实验结果表明,Ni-Co-Mo催化剂具有非晶-结晶异质结构,经过表面重构后,发生了显著的Mo离子析出,从而导致稳定后的催化剂中富含大量的氧空位.具有丰富氧空位的非晶-结晶异质结催化剂,能够暴露更多的催化活性位点并降低电子转移阻抗,显著提升催化剂析氧反应性能.在1 mmolKOH中的电化学测试表明,重构后的催化剂驱动20 mA/cm²电流密度的过电位仅为308 mV,塔菲尔斜率为90 mV/dec.同时,该催化剂可以在20 mA/cm²的电流密度下连续工作超过24小时,显示出良好的稳定性.     

Janus二维双层MoSSe/WSSe异质结光电性质的第一性原理研究

通过第一性原理计算研究了四种二维双层MoSSe/WSSe范德瓦耳斯异质结的光电性质。声子谱表明四种结构具有可靠的热力学稳定性。根据堆垛方式的不同,双层MoSSe/WSSe异质结可以是间接或直接半导体。而且,两种Janus型MoSSe/WSSe异质结具有1.22和1.88 eV的适中带隙、显著的可见光吸收系数、跨越了水氧化还原电位的带边位置。因此,Janus型的MoSSe/WSSe异质结构在光催化水分解领域具有一定的应用前景。