基于Ti3C2-MXene的太阳能界面水汽转换

水资源匮乏是现代化发展中面临的全球性问题,太阳能界面水汽转换(Interfacial Solar Steam Generation, ISSG)是一种高效、绿色、低成本进行海水淡化和废水处理的方法。ISSG使用绿色的太阳能作为热源,通过光热转换并将热限制在水气界面上以高效产生蒸气,然后经过冷凝收集获得清洁水。设计和构筑具有强光吸收的光热转换材料是ISSG的技术核心。Ti₃C₂-MXene是一种新型二维碳化钛材料,具有比表面积大、水分散性好和光热转换效率高等优点,在ISSG领域具有巨大的应用潜力。本文介绍了ISSG技术和MXene,总结了光热转换材料的设计原则,论述了Ti₃C₂-MXene复合材料在ISSG领域的研究进展,其中包括二维MXene薄膜、三维MXene气凝胶和水凝胶、生物基-MXene复合材料的构筑和性能等,并分析了Ti₃C₂-MXene所面临的挑战和发展前景。     

Successive approximation-like 4-bit full-optical analog-to-digital converter based on Kerr-like nonlinear photonic crystal ring resonators

Implementing of photonic sampling and quantizing analog-to-digital converters (ADCs) enable us to extract a single binary word from optical signals without need for extra electronic assisting parts. This would enormously increase the sampling and quantizing time as well as decreasing the consumed power. To this end, based on the concept of successive approximation method, a 4-bit full-optical ADC that operates using the intensity-dependent Kerr-like nonlinearity in a two dimensional photonic crystal (2DPhC) platform is proposed. The Silicon (Si) nanocrystal is chosen because of the suitable nonlinear material characteristic. An optical limiter is used for the clamping and quantization of each successive levels that represent the ADC bits. In the proposal, an energy efficient optical ADC circuit is implemented by controlling the system parameters such as ring-to-waveguide coupling coefficients, the ring’s nonlinear refractive index, and the ring’s length. The performance of the ADC structure is verified by the simulation using finite difference time domain (FDTD) method.     

二维材料用于渗透能转换的研究进展

在河水与海水的交界处实现渗透能提取与捕获是解决未来能源危机的重要方式之一. 渗透能因为储量大, 容易获取以及绿色可持续的优势受到广泛关注. 反向电渗析技术是一种能够有效捕获渗透能的方法之一, 目前已经得到了深入的研究与发展. 离子交换膜是反向电渗析技术转换渗透能的关键组件, 其性能的优异程度决定能量转换效率的高低. 常见的膜材料主要是高分子聚合物及其改性化合物, 最近一些二维材料如石墨烯、 氧化石墨烯、 二硫化钼、 各种框架材料及其改性复合物因优异的选择性离子传输、 纳米级通道、 丰富的表面功能基团以及可修饰性成为捕获渗透能的重要膜材料. 本文综合评述了二维材料作为离子传输通道的类型以及相应的传输机理; 例举了二维材料及其复合物的设计方案和在渗透能转换方面的具体应用; 最后提出了目前二维材料在渗透能转换领域中面临的挑战以及未来的发展方向.     

中空多壳层结构在电磁波领域中的应用

中空多壳层结构(HoMSs)是一种以纳米颗粒为结构单元构筑而成的具有多界面、 多维度的微纳米级宏观组装体, 具有次序排列的多个壳层及相互连通的多个空腔, 被认为是电磁波领域极具应用前景的功能材料. 本文主要从电磁波捕获、 传输及能量转换3个角度详细阐述HoMSs在电磁波领域应用中的独特优势, 浅析了HoMSs壳层数目、 壳层厚度、 壳层间距、 壳层组成等结构参数对电磁波传输与利用的影响规律, 并预测了HoMSs在电磁波领域的发展趋势, 以期为实现电磁波的高效利用提供参考.     

提高金属有机骨架材料在二氧化碳热催化转化中的性能:策略及前景展望

近年来,大气中CO2的浓度不断增加,带来全球变暖等一系列严重后果,成为国际社会共同关注的环境问题.将CO2催化转化为高附加值化学品可有效降低其向大气中的排放,同时可实现其资源化利用,符合低碳社会的发展目标.目前,已有多种催化体系实现了CO2向不同化学品的转化.然而,由于CO2自身的热力学稳定性和动力学惰性,这些转化通常需要在苛刻的反应条件和较高能耗下进行.设计开发高效催化体系、实现温和条件下CO2的转化利用引起了工业界和学术界的广泛兴趣.金属有机骨架材料(MOFs)是一类由有机配体和金属中心通过配位键组装而成的有机-无机杂化材料,在很多方面展现出良好的应用性能.由于其结构的多样性、可设计性、高比表面积和多孔性等独特性质,MOFs在催化领域吸引了很多研究者的关注.其中,MOFs作为非均相催化剂在CO2热催化转化中表现出良好的应用前景,已实现多种CO2向高值化学品的转化路径.但这些催化体系也存在一些缺点,如有些MOFs材料在催化反应中稳定性差以及其微孔性对反应中的传质造成限制等.因此,设计稳定的MOFs和MOF-基材料并对其结构进行优化改性,从而在温和条件下实现高效的CO2转化具有重要意义.本文综述了提高MOFs在CO2热催化转化反应中性能的几种策略:(1)对MOFs结构中的配体进行设计,包括具有活性官能团的配体、活性配合物作为配体和引入混合配体设计多元MOF;(2)调节MOFs结构中的金属中心,设计混合金属中心和包含活性金属团簇的金属中心;(3)构筑多级孔MOFs;(4)设计MOF-基的复合材料,包括MOFs作为载体与金属纳米颗粒、活性配合物和聚合物构建复合材料;(5)利用MOFs作为前驱体制备MOF-基衍生物材料,重点阐述了如何增加MOFs作为非均相催化剂的催化活性位点以及在CO2转化反应中各位点之间的协同作用.此外,介绍了原位表征技术在MOF-基材料用于CO2固定和转化中的应用.最后,分析了MOF-基非均相催化材料在CO2热催化转化领域目前面临的问题和挑战,包括MOFs材料结构优化、催化机理研究和规模化制备等方面,并对未来的发展趋势进行了展望.     

CO2 and photo-controlled reversible conversion of supramolecular assemblies based on water soluble pillar[5]arene and coumarin-containing guest

In this communication,a new supramolecualr amphiphile was successfully constructed based on water soluble pillar[5]arene and a unique guest which contain a CO₂ responsive tertiary amine unit and a UV responsive coumarin group.When guest molecule 1 dispersed in water,it self-assembled into sheet-like structures.Upon bubbling CO₂,1 transformed into 1 H due to the tertiary amine unit was protonated,accompany the nano-sheets transformed into vesicles.Further irradiation of 1 H with 365 nm light for 3 h,the coumarin group reacted with each other to form bola-type amphiphie 2 H.In this case,vesicles collapsed and re-assembled into nano-tubes.However,when addition of WPS into the solution of 1 H,the vesicles transformed into micelles,this is due to the formation of supramolecular amphiphile WP5&1 H.Upon irradiation of WP5&1 H with 365 nm light for 3 h,nano-ribbons observed instead of micelles in the solution.Notably,nanotubes from 2 H could also transform into nano-ribbons after adding WPS.The selfassembly process and the resultant assemblies were characterized by TEM,SEM,DLS,SAXS and NMR technologies.Due to both CO₂ and light are "green" for living organisms,we anticipated our system can offer the possibilities in "on demand" drug absorption and release.     

太阳运动模拟平台的单片机控制

针对用太阳运动模拟平台实现太阳运行位置的全面预测和重现这一问题,提出了采用单片机对该平台进行控制,电机通过变频实现不同时间段不同速率运动模拟太阳运行轨迹的方法。根据输入日期计算出太阳的高度角和方位角,并转换为驱动电机的脉冲数和频率,电机带动执行机构运动使模拟光源到达预定位置。用编码器测量电机实际脉冲,定期进行误差校正来提高系统的稳定性和精度,减少误差。经过实验验证,该平台能够使模拟光源按照预计的轨迹运动,得出该方法是可行的,所设计的程序具有可靠性的结论。     

铯47D精细能级超冷里德堡原子自由演化的动力学研究

用连续窄线宽激光器将超冷铯里德堡原子分别激发到47D_3/2, 47D_5/2精细态, 观察了处于里德堡精细态的铯原子向超冷铯等离子体自由演化的过程, 详细对比了不同精细态的铯里德堡原子预电离时间、电离速率以及等离子体的转化效率. 将里德堡原子快速转化为等离子体的过程解释为局域势阱内由预电离产生的电子与里德堡原子的快速碰撞导致的雪崩电离.     

行波光电二极管级联阵列输出功率合成研究

针对未来光载无线通信所需的高功率、大带宽的光电探测器,提出了一种行波光电二极管级联阵列功率合成电路.先将行波光电二极管级联,再按照阵列式结构将多组级联的光电二极管组合起来,实现射频功率合成,以获得高功率、大带宽的射频信号.采用EDA工具,对该光电转换射频功率合成电路进行仿真模拟.仿真结果表明,该功率合成电路可以有效地将各光电二极管的射频输出信号进行功率合成,功率合成后的信号带宽显著增加,仿真结果与理论分析完全一致.此外,电路分析表明,增加该功率合成电路中的高阻微带线的特性阻抗可以有效提高其输出射频信号的带宽.     

Molecular Engineering of Push–Pull Porphyrin Dyes for Highly Efficient Dye‐Sensitized Solar Cells: The Role of Benzene Spacers

Porphyrins have drawn much attention as sensitizers owing to the large absorption coefficients of their Soret and Q bands in the visible region. In a donor and acceptor zinc porphyrin we applied a new strategy of introducing 2,1,3‐benzothiadiazole (BTD) as a π‐conjugated linker between the anchoring group and the porphyrin chromophore to broaden the absorption spectra to fill the valley between the Soret and Q bands. With this novel approach, we observed 12.75 % power‐conversion efficiency under simulated one‐sun illumination (AM1.5G, 100 mW cm^?2). In this study, we showed the importance of introducing the phenyl group as a spacer between the BTD and the zinc porphyrin in achieving high power‐conversion efficiencies. Time‐resolved fluorescence, transient‐photocurrent‐decay, and transient‐photovoltage‐decay measurements were employed to determine the electron‐injection dynamics and the lifetime of the photogenerated charge carriers.