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Theoretical Insights into the Atomic and Electronic Structures of Polyperyleneimide:On the Origin of Photocatalytic Oxygen Evolution Activity
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作者 Yi-Qing Wang Zhi Lin +1 位作者 Ming-Tao Li Shao-Hua Shen 《电化学(中英文)》 北大核心 2025年第5期28-36,共9页
Polymeric perylene diimide(PDI)has been evidenced as a good candidate for photocatalytic water oxidation,yet the origin of the photocatalytic oxygen evolution activity remains unclear and needs further exploration.Her... Polymeric perylene diimide(PDI)has been evidenced as a good candidate for photocatalytic water oxidation,yet the origin of the photocatalytic oxygen evolution activity remains unclear and needs further exploration.Herein,with crystal and atomic structures of the self-assembled PDI revealed from the X-ray diffraction pattern,the electronic structure is theoretically illustrated by the first-principles density functional theory calculations,suggesting the suitable band structure and the direct electronic transition for efficient photocatalytic oxygen evolution over PDI.It is confirmed that the carbonyl O atoms on the conjugation structure serve as the active sites for oxygen evolution reaction by the crystal orbital Hamiltonian group analysis.The calculations of reaction free energy changes indicate that the oxygen evolution reaction should follow the reaction pathway of H_(2)O→^(*)OH→^(*)O→^(*)OOH→^(*)O_(2)with an overpotential of 0.81 V.Through an in-depth theoretical computational analysis in the atomic and electronic structures,the origin of photocatalytic oxygen evolution activity for PDI is well illustrated,which would help the rational design and modification of polymeric photocatalysts for efficient oxygen evolution. 展开更多
关键词 Photocatalytic oxygen evolution Polymeric perylene diimide Atomic structure electronic structure reaction pathway
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Vacuum deposited film growth,morphology and interfacial electronic structures of 2,7-dioctyl[1]benzothieno[3,2-b]benzothiophene(C8-BTBT)
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作者 WEI Jun-hua NIU Dong-mei GAO Yong-li 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第4期1041-1061,共21页
Interfaces play critical roles in electronic devices and provide great diversity of film morphology and device performance.We retrospect the substrate mediated vacuum film growth of benchmark high mobility material 2,... Interfaces play critical roles in electronic devices and provide great diversity of film morphology and device performance.We retrospect the substrate mediated vacuum film growth of benchmark high mobility material 2,7-dioctyl[1]benzothieno[3,2-b]benzothiophene(C8-BTBT)and the interface electronic structures.The film growth of C8-BTBT molecules is diversified depending on the substrate-molecule and molecule-molecule interactions.On atomic smooth substrates C8-BTBT film grows in layer-by-layer mode while on coarse substrate it grows in islands mode.The initial molecular layer at dielectric,semiconductor and conductive substrates displays slight different lattice structure.The initial molecule orientation depends on the substrate and will gradually change to standing up configuration as in bulk phase.C8-BTBT behaves as electron donor when contacting with dielectric and stable conductive materials.This usually induces a dipole layer pointing to C8-BTBT and an upward bend bending in C8-BTBT side toward the interface.Although it is air stable,C8-BTBT is chemically reactive with some transition metals and compounds.The orientation change from lying down to standing up in the film usually leads to decrease of ionization potential.The article provides insights to the interface physical and chemical processes and suggestions for optimal design and fabrication of C8-BTBT based devices. 展开更多
关键词 interface film morphology packing configuration growth mode electronic structure chemical reaction interface dipole
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石脑油催化裂解制烯烃分子水平反应动力学建模
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作者 李泽 张鑫阳 +6 位作者 杨满军 鲁家荣 张东培 闫昊 刘熠斌 陈小博 杨朝合 《石油学报(石油加工)》 北大核心 2025年第4期991-1006,共16页
为深度解析石脑油催化裂解反应网络,基于结构导向集总方法建立石脑油催化裂解工艺的分子水平反应动力学模型,结合过渡态理论探索烃类分子的差异化裂解机理,制定31条反应规则用于描述石脑油催化裂解反应网络。通过模型计算不同工艺条件... 为深度解析石脑油催化裂解反应网络,基于结构导向集总方法建立石脑油催化裂解工艺的分子水平反应动力学模型,结合过渡态理论探索烃类分子的差异化裂解机理,制定31条反应规则用于描述石脑油催化裂解反应网络。通过模型计算不同工艺条件下的低碳烯烃分布,解析产品收率沿反应器高度的变化规律。研究表明:通过模型计算证实反应器初段的乙烯和丙烯收率占总收率的60%以上;通过反应条件敏感度曲线确定最优反应条件为温度680℃、停留时间2 s;反应路径竞争比例计算结果证实,反应温度高于675℃时热裂解机理占主导作用,催化裂解反应比例降低和缩聚反应比例增加是限制丙烯收率的主要因素。基于该模型成功实现了石脑油催化裂解反应网络的可视化开发与反应路径深度解析。 展开更多
关键词 结构导向集总 石脑油催化裂解 过渡态理论 差异化裂解机理 反应网络 反应机理解析
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第一性原理计算三元硼化物金属陶瓷性能的研究进展
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作者 王辰寅 楼海军 +4 位作者 高峰 张士陶 胡肇炜 李文戈 赵远涛 《机械工程材料》 北大核心 2025年第5期1-7,97,共8页
利用第一性原理计算Mo_(2)NiB_(2)、Mo_(2)FeB_(2)、MoCoB、WCoB等三元硼化物金属陶瓷力学性能和物理性质,在开发和设计新型三元硼化物金属陶瓷方面发挥着重要作用。介绍了三元硼化物的结构特点及性能,综述了第一性原理在计算三元硼化... 利用第一性原理计算Mo_(2)NiB_(2)、Mo_(2)FeB_(2)、MoCoB、WCoB等三元硼化物金属陶瓷力学性能和物理性质,在开发和设计新型三元硼化物金属陶瓷方面发挥着重要作用。介绍了三元硼化物的结构特点及性能,综述了第一性原理在计算三元硼化物结构稳定性、力学性能、电子结构和热力学性能等方面的研究进展及存在的问题,并对未来的发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 第一性原理 三元硼化物 电子结构 力学性能 金属陶瓷
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氢氧化物协同钯双活性位点用于大电流和pH通用析氢反应
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作者 李同辉 回天力 +5 位作者 郑涛 张睿 刘海燕 刘植昌 徐春明 孟祥海 《化工学报》 北大核心 2025年第7期3671-3685,共15页
开发高效催化剂对于电解水析氢反应(HER)至关重要。在乙酸锰与氯化钠混合溶液刻蚀处理的泡沫镍(NF)上电沉积钯(Pd)纳米颗粒,合成了电解水析氢催化剂(PdMn/NF-45m),Pd含量为0.52%(质量分数)。该催化剂在宽p H范围内表现出优异的HER性能,... 开发高效催化剂对于电解水析氢反应(HER)至关重要。在乙酸锰与氯化钠混合溶液刻蚀处理的泡沫镍(NF)上电沉积钯(Pd)纳米颗粒,合成了电解水析氢催化剂(PdMn/NF-45m),Pd含量为0.52%(质量分数)。该催化剂在宽p H范围内表现出优异的HER性能,在1 mol/L KOH、0.5 mol/L H_(2)SO_(4)和1 mol/L磷酸盐缓冲液(PBS)电解液中达到1000 m A/cm^(2)电流密度时所需的过电位仅为302、67和645 m V。溶液刻蚀增加了NF的活性表面积,Mn掺杂降低了Pd的氢吸附自由能。此外,金属氢氧化物促进了水分解为吸附氢,进而与Pd活性位点结合生成氢气,提高了析氢效率。在1000 m A/cm^(2)的电流密度下,该催化剂在1 mol/L和6 mol/L KOH电解液中均可稳定运行240 h;在0.5 mol/L H_(2)SO_(4)溶液中可稳定运行76 h;在1 mol/L PBS溶液中可稳定运行230 h。 展开更多
关键词 低温电刻蚀 电子结构 析氢反应 亲水疏气表面 电流密度
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不同岩性气藏注CO_(2)渗流机理
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作者 张钰祥 闫海军 +5 位作者 位云生 曹正林 郭建林 罗瑜 叶礼友 钟俊杰 《华南师范大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期60-69,共10页
气藏中注入CO_(2)提高采收率技术即CCUS-EGR有望成为支撑“双碳”目标的主体技术。针对常规气藏及致密气藏中注CO_(2)提高采收率的机理尚不清晰的问题,设计不同温压下岩样渗流能力实验,判断不同相态下CO_(2)渗流能力;建立微观数值模拟,... 气藏中注入CO_(2)提高采收率技术即CCUS-EGR有望成为支撑“双碳”目标的主体技术。针对常规气藏及致密气藏中注CO_(2)提高采收率的机理尚不清晰的问题,设计不同温压下岩样渗流能力实验,判断不同相态下CO_(2)渗流能力;建立微观数值模拟,对比孔隙空间中注入不同介质驱替CH_(4)的提采效果、波及系数和驱替效率;对含束缚水状态不同岩性样品进行CO_(2)-水-岩反应实验,结合核磁共振设备评价注入CO_(2)前后气藏渗流能力和孔隙结构的变化。结果表明:超临界CO_(2)的黏度接近气态、密度接近液态,具有极高的渗流能力;与N_(2)和H_(2)O相比,CO_(2)扩散系数最高,CO_(2)对孔隙角隅处CH_(4)的微观波及系数最高、驱替效果最好,对应的CH_(4)采收率最高;CO_(2)-水-岩反应导致碳酸盐岩、致密砂岩和火山岩样品致密化以及束缚水含量降低,其中碳酸盐岩样品反应最强烈、反应后大孔体积占比增加,而致密砂岩和火山岩样品反应后大孔体积占比减少,最终含束缚水岩样渗透率由矿物沉淀程度以及束缚水饱和度降低程度共同决定。该研究为现场常规气藏及致密气藏注入CO_(2)先导试验提供了理论支撑,并为实际应用提供了重要参考。 展开更多
关键词 CCUS-EGR 渗流机理 CO_(2)-水-岩反应 扩散 孔隙结构
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轻烃催化裂解过程中影响甲烷生成的因素分析
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作者 刘玉佩 赵文龙 +4 位作者 史得军 张晓军 孙志国 王刚 张忠东 《石油学报(石油加工)》 北大核心 2025年第4期910-921,共12页
甲烷是轻烃催化裂解反应过程的终端烃类产物,其生成量是影响原料中氢、碳元素有效利用率的重要因素。基于此,以不同结构和碳数烷烃为原料,研究烃分子结构和反应条件对催化裂解过程中甲烷生成的影响。结果表明:甲烷源自烃分子端位C—C键... 甲烷是轻烃催化裂解反应过程的终端烃类产物,其生成量是影响原料中氢、碳元素有效利用率的重要因素。基于此,以不同结构和碳数烷烃为原料,研究烃分子结构和反应条件对催化裂解过程中甲烷生成的影响。结果表明:甲烷源自烃分子端位C—C键断裂但受反应中的烃分子异构化影响;通过热力学分析与实验验证,正己烷比正十六烷更易裂解生成甲烷,正十六烷催化裂解生成三烯的氢、碳原子利用率仅有62.21%和66.09%;对比不同结构的C6烷烃,异构烷烃裂解生成甲烷的选择性更高,正己烷催化裂解生成三烯的氢、碳原子利用率比2,3-二甲基丁烷分别高9.57、11.17百分点;提高反应温度,增加了原料中甲基断裂的比例,是甲烷选择性增加的主要原因;增大剂/油比促进了异构化反应,导致甲烷选择性增加;延长反应时间,烃分子二次裂解和异构化反应加剧,共同导致了甲烷选择性的快速增长。基于以上分析,原料中应减少异构烷烃参与反应,反应中抑制分子异构化生成异构烷烃,从原料结构和催化材料两方面调控甲烷生成。 展开更多
关键词 催化裂解 甲烷 生成机制 轻烃 分子结构 反应条件
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硫掺杂氧化钨电催化剂的析氢性能研究
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作者 贾鹏飞 杨军 +2 位作者 李硕 郑璐瑶 张煜国 《陕西科技大学学报》 北大核心 2025年第1期107-114,125,共9页
通过硫掺杂来改善氧化钨(WO_(3))电催化剂活性不足和反应动力学缓慢的问题.采用二次煅烧法成功合成了硫掺杂氧化钨(S-WO_(3))电催化剂,并系统地研究了掺杂浓度对其形貌、结构和电化学性能的影响.结果表明,硫掺入氧化钨后能够在引入氧缺... 通过硫掺杂来改善氧化钨(WO_(3))电催化剂活性不足和反应动力学缓慢的问题.采用二次煅烧法成功合成了硫掺杂氧化钨(S-WO_(3))电催化剂,并系统地研究了掺杂浓度对其形貌、结构和电化学性能的影响.结果表明,硫掺入氧化钨后能够在引入氧缺陷的同时调控电子结构,显著提高了氧化钨的电催化活性.使用硫粉量为0.11 g的S-WO_(3)-1催化剂具有最佳的硫掺杂浓度.为了实现10 mA cm^(-2)的电流密度仅仅需要161 mV过电位,并且能够持续长达30000 s的析氢过程,显示出优异的催化活性和循环稳定性.本研究为开发掺杂型高效析氢电催化剂提供了新途径. 展开更多
关键词 电催化剂 析氢反应 氧化钨 硫掺杂 电子结构
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新型二萜内酯化合物Euphorikanin A的结构和性质计算分析
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作者 徐佳禛 王长江 王朝杰 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第2期371-378,共8页
化合物Euphorikanin A是从甘遂大戟根中分离出的新型二萜内酯化合物,初步生物活性发现其具有肿瘤细胞毒活性,分析药物的结构、光谱性质和成药可能性是了解其生物活性的必要前提,也可为开发新药提供参考。运用密度泛函理论B3LYP/6-311++G... 化合物Euphorikanin A是从甘遂大戟根中分离出的新型二萜内酯化合物,初步生物活性发现其具有肿瘤细胞毒活性,分析药物的结构、光谱性质和成药可能性是了解其生物活性的必要前提,也可为开发新药提供参考。运用密度泛函理论B3LYP/6-311++G(2d,p)和ωB97XD/6-311++G(2d,p)方法,对化合物Euphorikanin A的药效构象、几何和电子结构、红外(IR)、紫外-可见(UV-Vis)、核磁共振(NMR)谱进行计算,并借助概念密度泛函理论进行分子全局反应指数分析,使用药物代谢动力学平台开展成药性和ADME/Tox评估。计算结果显示Euphorikanin A有唯一药效构像,两种方法和不同溶剂环境中化合物几何结构参数值相近,计算值与晶体参数吻合较好。理论红外光谱特征与实验吻合,水环境中计算的IR光谱更接近真实环境,理论计算校正因子为0.94。Euphorikanin A紫外光谱最大吸收峰在193.88~201.75 nm。两种方法得到的核磁数据理论结果与实验吻合度高,R^(2)均大于0.94。Euphorikanin A的六元环的羟基可能为反应活性位点。Euphorikanin A的全局反应参数和药代动力学表现出良好性能,尤其在Caco-2细胞膜通透性、血脑屏障透过率和人肠道吸收性。Euphorikanin A的结构和性质在成药性拥有优势,具有进一步开发的价值。 展开更多
关键词 Euphorikanin A 密度泛函理论 电子结构 反应指数 成药性
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通过硫代调控Ga、In、Tl磷酸盐光学性质的第一性原理研究 被引量:2
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作者 丁家福 和志豪 +1 位作者 王云杰 苏欣 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第1期95-106,共12页
本文基于第一性原理对磷酸盐与硫代磷酸盐家族中的GaPO_(4)、InPO_(4)、TlPO_(4)、GaPS_(4)、InPS_(4)和Tl_(3)PS_(4)进行系统的对比研究,探究[PO_(4)]^(3-)基团和[PS_(4)]^(3-)基团之间的联系与区别。能带计算结果表明,TlPO_(4)带隙最... 本文基于第一性原理对磷酸盐与硫代磷酸盐家族中的GaPO_(4)、InPO_(4)、TlPO_(4)、GaPS_(4)、InPS_(4)和Tl_(3)PS_(4)进行系统的对比研究,探究[PO_(4)]^(3-)基团和[PS_(4)]^(3-)基团之间的联系与区别。能带计算结果表明,TlPO_(4)带隙最小(Eg=0.788 eV),InPO_(4)、GaPS_(4)、InPS_(4)和Tl_(3)PS_(4)带隙较大,分别为2.604、2.352、2.360和2.393 eV,而GaPO_(4)带隙最大(Eg=4.487 eV),发现[PS4]3-基团化合物能带结构更加容易预测与调控。态密度计算结果表明,GaPO_(4)、InPO_(4)与TlPO_(4)价带顶均由O-2p轨道贡献,导带底均由阳离子的s轨道及O-2p轨道共同贡献,GaPS_(4)、InPS_(4)与Tl_(3)PS_(4)在价带顶处均由S原子的p轨道贡献,而在导带部分[PS4]3-基团化合物的P原子的p轨道表现更加活跃。通过分析介电函数发现,[PO_(4)]3-基团化合物和[PS4]3-基团化合物的峰值均随阳离子尺寸增大发生红移,且含[PS4]3-基团的化合物具有比含[PO_(4)]3-基团化合物更高的静态介电常数。双折射计算结果表明,GaPO_(4)、InPO_(4)、TlPO_(4)、GaPS_(4)、InPS_(4)和Tl_(3)PS_(4)在波长1064 nm处的双折射率分别为0.017、0.049、0.057、0.247、0.022和0.038,其中GaPS_(4)双折射率最大(0.247),这是由于其内部P—S键与Ga原子对能量较敏感。差分电荷密度与布居分析结果表明,六种化合物的光学效应与能带结构主要受到[PO_(4)]3-与[PS4]3-基团影响。弹性模量分析表明磷酸盐化合物的弹性性质要高于硫代磷酸盐,并且发现In的化合物具有更高的力学稳定性和刚性。 展开更多
关键词 第一性原理 密度泛函理论 磷酸盐晶体 硫代磷酸盐晶体 电子结构 光学性质 力学性质
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同步辐射技术研究焦炭结构及其综合性质
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作者 燕慧 高亚芳 +2 位作者 崔贝贝 申岩峰 王美君 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第7期130-140,共11页
深度认识焦炭分子结构及气化反应性的本质是科学评价焦炭质量、定向调控焦炭反应行为的关键。以山西某焦化厂所用16种单种煤和8种配合煤为原料,利用40 kg焦炉制备了24种焦炭。通过工业分析、元素分析、灰成分分析、孔隙率和焦炭光学组... 深度认识焦炭分子结构及气化反应性的本质是科学评价焦炭质量、定向调控焦炭反应行为的关键。以山西某焦化厂所用16种单种煤和8种配合煤为原料,利用40 kg焦炉制备了24种焦炭。通过工业分析、元素分析、灰成分分析、孔隙率和焦炭光学组织分析等手段表征焦炭的宏观组成及介观结构特性。借助同步辐射X射线小角散射(SAXS)和广角散射(WAXS)联用技术研究焦炭的碳–孔–灰特性。基于焦炭的宏观、介观和微观结构特性以及溶损机制分析了焦炭结构及组成与强度和反应性的本质联系。结果表明:焦炭有机质中碳元素质量分数占96.29%~99.07%;灰分质量分数在9.35%~14.51%范围内波动。中黏煤TB和贫煤CZ制备的焦炭富含2~70 nm孔隙,呈现清晰的小角散射现象。焦煤LL和配煤BC2在成焦过程中1~100 nm孔隙被封闭或转化成200~800μm孔。期间,焦炭芳香度(f_(a))增加且片层间距(d_(002))减小,形成明锐的WAXS散射环,其余焦样呈弱散射环。低阶煤因挥发分释放引起焦炭裂纹网络形成与发展;高阶煤碳网结构在热应力作用下发生破裂,2种现象均导致焦炭抗碎强度(M40)下降。焦炭分子中适当的无定形结构(高Porod斜率)和表面粗糙度可增加碳层结构单元间的交联,并抑制平行碳层间的滑移;分形维数(D_(S))和芳香堆垛尺寸(L_(a)和L_(c))是决定焦炭反应性(CRI)的根本因素。 展开更多
关键词 同步辐射 焦炭结构 气化反应性 抗碎强度 溶损反应
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(Hf_(0.25)Zr_(0.25)Ta_(0.25)Nb_(0.25))C陶瓷电子结构稳定性与力学性能的第一性原理计算
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作者 蓝盼盼 刘斌 《上海大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期80-93,共14页
基于密度泛函理论计算,研究了四元高熵碳化物陶瓷(Hf_(0.25)Zr_(0.25)Ta_(0.25)Nb_(0.25))C和相应二元金属碳化物体系AC(A=Hf,Zr,Ta,Nb)的电子结构和力学性能。通过高熵化合物的热力学分析可知,(Hf_(0.25)Zr_(0.25)Ta_(0.25)Nb_(0.25))... 基于密度泛函理论计算,研究了四元高熵碳化物陶瓷(Hf_(0.25)Zr_(0.25)Ta_(0.25)Nb_(0.25))C和相应二元金属碳化物体系AC(A=Hf,Zr,Ta,Nb)的电子结构和力学性能。通过高熵化合物的热力学分析可知,(Hf_(0.25)Zr_(0.25)Ta_(0.25)Nb_(0.25))C可以形成单相的固溶体。从力学性能参数可以得到,计算得到的参数遵循混合规则,(Hf_(0.25)Zr_(0.25)Ta_(0.25)Nb_(0.25))C的维氏硬度大于组成其的四种二元碳化物的平均值;由(Hf_(0.25)Zr_(0.25)Ta_(0.25)Nb_(0.25))C的泊松比ν值及G/B值可知,其与二元碳化物相似,为脆性材料。通过分析电子结构,发现它们均为导体。四元高熵碳化物(Hf_(0.25)Zr_(0.25)Ta_(0.25)Nb_(0.25))C表现出导电性有所增加,其共价键主要是由C-p和A-d(A=Hf,Zr,Ta,Nb)轨道电子杂化形成,由于碳化物中共存化学键的不均性,进一步改善了材料的力学性能。 展开更多
关键词 四元高熵碳化物 第一性原理计算 电子结构 力学性能
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核壳结构磷石膏基骨料/硅酸盐水泥界面特性及其调控
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作者 何静 吕伟 +3 位作者 吴赤球 余正康 李义胜 水中和 《硅酸盐通报》 北大核心 2025年第2期613-622,共10页
为解决磷石膏基骨料与普通硅酸盐水泥的相容性问题,本文制备了一种核壳结构磷石膏基骨料。在系统研究骨料壳层组分对骨料吸水率、筒压强度及抗压强度等宏观性能影响的基础上,借助现代分析测试方法研究了骨料壳层组分对混凝土界面过渡区... 为解决磷石膏基骨料与普通硅酸盐水泥的相容性问题,本文制备了一种核壳结构磷石膏基骨料。在系统研究骨料壳层组分对骨料吸水率、筒压强度及抗压强度等宏观性能影响的基础上,借助现代分析测试方法研究了骨料壳层组分对混凝土界面过渡区微观结构特性的影响。结果表明,核壳结构磷石膏基骨料的性能较未包壳层骨料均得到提升,并且该骨料与普通硅酸盐水泥制成的混凝土试块抗压强度得到提升。核壳结构磷石膏基骨料和水泥形成的界面与未包壳层的相比,在水化早期,降低了界面处Ca(OH)_(2)的含量,优化了界面处的孔隙结构,提高了界面处显微硬度,降低了界面过渡区宽度,并且该壳层可降低骨料内核S元素向界面处扩散的概率;在水化后期,界面处水化反应基本稳定,该壳层仍可减缓内核S元素向界面扩散的趋势,降低了界面处膨胀和开裂的风险,增加了磷石膏基骨料在普通硅酸盐水泥体系中应用的可行性。 展开更多
关键词 磷石膏基骨料 核壳结构 界面过渡区 反应机理 孔隙率
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卤族轴向配位原子对Fe-N_(4)位点氧还原活性调控机制的密度泛函理论研究
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作者 徐昊 李若鹏 +2 位作者 杨培霞 刘安敏 白杰 《无机化学学报》 北大核心 2025年第4期695-701,共7页
采用密度泛函理论构建了不同卤族轴向配位原子修饰的碳载Fe-N_(4)位点(Fe原子与同一水平面的4个N原子配位成键)模型(Fe-N_(4)-F/C、Fe-N_(4)-Cl/C和Fe-N_(4)-Br/C),通过计算上述模型的态密度、Mulliken电荷、氧还原中间体吸附能以及氧... 采用密度泛函理论构建了不同卤族轴向配位原子修饰的碳载Fe-N_(4)位点(Fe原子与同一水平面的4个N原子配位成键)模型(Fe-N_(4)-F/C、Fe-N_(4)-Cl/C和Fe-N_(4)-Br/C),通过计算上述模型的态密度、Mulliken电荷、氧还原中间体吸附能以及氧还原自由能,深入研究卤族轴向配位原子对Fe中心电子结构和吸附行为的调控机理,明确不同卤族轴向原子与Fe-N_(4)位点氧还原活性之间的构效关系。计算结果发现,引入Br作为轴向配位原子可以有效优化Fe原子的电子结构,从而适当降低Fe中心对OH*中间体的吸附强度,促进OH*解吸反应顺利进行。与Fe-N_(4)/C模型相比,Fe-N_(4)-Br/C模型具有更低的决速步骤(即OH*解吸)反应能垒。因此预测卤族轴向配位原子修饰策略能够改善Fe-N_(4)位点的氧还原本征催化活性。 展开更多
关键词 氧还原反应 Fe-N_(4)位点 卤族轴向配位原子 电子结构 密度泛函理论
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镍基单晶高温合金元素掺杂对力学性能影响的第一性原理研究
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作者 彭勃 陈银萍 +8 位作者 王彧 陈卉 史振学 宋洋 张逢洋 MATEO Carlos Garcia CARABALLO Isaac Toda 杨泽南 于皓 《航空材料学报》 北大核心 2025年第3期142-154,共13页
镍基单晶高温合金的力学性能和热稳定性在很大程度上取决于基体与强化相之间的界面。本工作采用密度泛函理论研究Co、Cr、Mo、W、Re和Ta合金元素对γ-Ni/γ′-Ni_(3)Al界面力学性能的影响规律。通过界面结构的收敛性分析,确定合理的计... 镍基单晶高温合金的力学性能和热稳定性在很大程度上取决于基体与强化相之间的界面。本工作采用密度泛函理论研究Co、Cr、Mo、W、Re和Ta合金元素对γ-Ni/γ′-Ni_(3)Al界面力学性能的影响规律。通过界面结构的收敛性分析,确定合理的计算模型层数。通过合金弹性性能的研究,发现Re和W元素在γ和γ′相中表现出最为显著的强化效果,其中Re元素使γ相杨氏模量和剪切模量分别提升27GPa和11GPa,使γ′相杨氏模量和剪切模量分别提升16GPa和6GPa;而Ta元素分别使γ和γ′相体模量增加21GPa和14GPa。界面拉伸性能的研究表明,Re元素掺杂体系具有最高的理想抗拉强度(约25GPa)和变形能(约1.84J·m^(-2)),合金元素对界面抗拉强度的强化效果由强到弱依次为Re>W>Cr>Mo>Ta>Co>未掺杂界面。通过对差分电荷密度和电子态密度分析,得到合金元素的强化作用归因于掺杂原子与最近邻主原子之间化学键强度的增加。电子轨道分布特征表明,合金元素通过维持局部结构稳定性来延缓界面断裂。这些研究结果为开发新型镍基单晶高温合金提供思路。 展开更多
关键词 镍基单晶高温合金 γ/γ′界面 力学性能 电子结构 第一性原理计算
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Zn、Zr电子间相互作用对ZnZr催化剂CO_(2)加氢制甲醇性能的影响
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作者 周宇 毛晓瑛 +1 位作者 张博雅 张亚平 《低碳化学与化工》 北大核心 2025年第5期120-131,共12页
将CO_(2)进行化学转化利用有助于CO_(2)减排,从而减缓温室效应,且CO_(2)加氢制甲醇可在一定程度上弥补未来能源缺口。目前,开发高性能的催化剂成为CO_(2)加氢制甲醇技术发展的关键。以ZnZr催化剂为研究对象,采用浸渍法合成了不同n(Zn)/n... 将CO_(2)进行化学转化利用有助于CO_(2)减排,从而减缓温室效应,且CO_(2)加氢制甲醇可在一定程度上弥补未来能源缺口。目前,开发高性能的催化剂成为CO_(2)加氢制甲醇技术发展的关键。以ZnZr催化剂为研究对象,采用浸渍法合成了不同n(Zn)/n(Zr)的xZn-ZrO_(2)和不同n(Zr)/n(Zn)的yZr-ZnO催化剂,并采用XRD、N_(2)吸/脱附、XPS、H_(2)-TPR和in situ DRIFTS等手段对催化剂进行了表征。结果表明,在xZn-ZrO_(2)催化剂中,0.50 Zn-ZrO_(2)(n(Zn)/n(Zr)=0.50)的甲醇时空产率最高,在320℃、5 MPa下达141 mg/(g·h)。在相同测试条件下,在y Zr-ZnO催化剂中,0.20 Zr-ZnO(n(Zr)/n(Zn)=0.20)的甲醇时空产率最高(165 mg/(g·h))。xZn-ZrO_(2)催化剂中,Zn与Zr之间存在电子相互作用,导致富电子Zn位点和缺电子Zr位点形成,更多的电子从Zr转移到Zn,有利于提高甲醇选择性和时空产率。yZr-ZnO催化剂中,表面吸附氧成为影响CO_(2)转化率的关键因素。此外,HCOO^(*)中间物种扮演着关键角色,在xZn-ZrO_(2)和yZr-ZnO催化剂催化下的CO_(2)加氢制甲醇中,HCOO^(*)物种越多,越有利于甲醇合成。 展开更多
关键词 CO_(2)加氢 甲醇 ZnZr催化剂 电子相互作用 反应机理
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三元混晶AlP_(1-x)As_(x)(x=0,0.125,0.25,0.375,0.5,0.625,0.75,0.875,1)的电子结构和力学性质的第一性原理研究
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作者 白雪 文杜林 +2 位作者 王云杰 苟杰 苏欣 《材料导报》 北大核心 2025年第12期225-229,共5页
为深入研究As取代AlP晶体中P之后体系的电子结构和力学性能,基于密度泛函第一性原理,本工作系统地比较了半导体材料AlP_(1-x)As_(x)(x=0,0.125,0.25,0.375,0.5,0.625,0.75,0.875,1)在不同掺杂浓度下的电子结构和力学性能。对数据的分析... 为深入研究As取代AlP晶体中P之后体系的电子结构和力学性能,基于密度泛函第一性原理,本工作系统地比较了半导体材料AlP_(1-x)As_(x)(x=0,0.125,0.25,0.375,0.5,0.625,0.75,0.875,1)在不同掺杂浓度下的电子结构和力学性能。对数据的分析表明,通过调整As原子浓度可以优化电子结构和力学性能,这有助于新型半导体材料的开发。无论AlP_(1-x)As_(x)(x=0,0.125,0.25,0.375,0.5,0.625,0.75,0.875,1)晶体的浓度如何,化合物内部键的强共价性都极大地促进了结构的稳定性。这对实验化合物合成的理论指导具有重要意义。 展开更多
关键词 掺杂 三元混晶 电子结构 力学性质 第一性原理
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钢中过渡金属氮化物结构和物性的第一性原理计算
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作者 王栋甲 李群 +2 位作者 焦晓飞 王书桓 倪国龙 《功能材料》 北大核心 2025年第4期4103-4110,共8页
钢中过渡金属氮化物(TiN、NbN、TaN、VN)的性质对于深入理解材料的微观结构和性能具有重要意义。采用第一性原理计算方法,深入分析了钢中过渡金属氮化物的晶体结构、力学性能和电子特性,揭示了这些氮化物的稳定性。研究发现,TiN具有最... 钢中过渡金属氮化物(TiN、NbN、TaN、VN)的性质对于深入理解材料的微观结构和性能具有重要意义。采用第一性原理计算方法,深入分析了钢中过渡金属氮化物的晶体结构、力学性能和电子特性,揭示了这些氮化物的稳定性。研究发现,TiN具有最大的形成焓绝对值,显示出最高的结构稳定性。能带结构分析表明,TiN、NbN、TaN和VN均为导体材料,呈现金属导电性质。弹性性能计算揭示了VN的体积模量为315 GPa,显示出较大的不可压缩性。此外,TiN和VN的剪切模量为184 GPa,表明他们在抵抗剪切形变能力方面优于NbN和TaN。弹性各向异性计算说明TiN比NbN的微观结构更均匀,而VN具有比TaN更均匀的微观结构。电荷密度分析确认了Ti-N、Nb-N、Ta-N和V-N键的共价特性。布局数计算进一步揭示了TiN、NbN、TaN和VN中存在离子键和共价键的相互作用。这些结果有助于实现钢中过渡金属氮化物的合理控制,对提升含氮不锈钢性能具有重要意义。 展开更多
关键词 氮化物 晶体结构 力学性能 电子特性 第一性原理计算
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二维富勒烯分子网络结构稳定性及电子特性
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作者 钱昀达 马欣雨 +1 位作者 张国强 岳圣瀛 《应用力学学报》 北大核心 2025年第1期99-108,共10页
通过密度泛函理论计算,研究了不同大小的富勒烯分子(C_(20)、C_(24)、C_(36)、C_(60)、C_(72))构建的二维网络结构(准六方相和准四方相)的电子结构特性和力学性质。通过结合能计算,证实了未知二维富勒烯分子网络结构的合理性;通过分析... 通过密度泛函理论计算,研究了不同大小的富勒烯分子(C_(20)、C_(24)、C_(36)、C_(60)、C_(72))构建的二维网络结构(准六方相和准四方相)的电子结构特性和力学性质。通过结合能计算,证实了未知二维富勒烯分子网络结构的合理性;通过分析电子局域化函数和差分电荷密度,阐明了二维富勒烯分子网络形成过程中共价键的强弱和电荷转移;通过计算不同网络的电子态密度、能带结构和电子轨道波函数,表明其具有金属态、半金属拓扑态、窄带隙半导体态和宽带隙半导体态等不同的电子结构特性。这些发现揭示了不同尺寸富勒烯分子网络具有丰富的物理化学特性。通过单轴拉伸测试计算发现,二维富勒烯分子网络拥有同二维材料脆性断裂的特征,随着应变的增加,能带的带隙逐渐减小。 展开更多
关键词 富勒烯分子 二维分子网络 电子性质 结构稳定性 力学性能
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光热催化CO_(2)加氢研究进展
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作者 李洋洋 黄思懿 +2 位作者 田鑫 许狄 定明月 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第6期153-171,共19页
耦合绿氢将CO_(2)催化转化为高值化学品是实现大规模CO_(2)减排、绿氢储运的重要途径,对于推动“双碳”目标和绿色能源转型具有重要意义。但传统热催化CO_(2)加氢技术通常依赖高温条件,存在反应条件苛刻、能耗高、催化剂易失活,产物选... 耦合绿氢将CO_(2)催化转化为高值化学品是实现大规模CO_(2)减排、绿氢储运的重要途径,对于推动“双碳”目标和绿色能源转型具有重要意义。但传统热催化CO_(2)加氢技术通常依赖高温条件,存在反应条件苛刻、能耗高、催化剂易失活,产物选择性难以调控的问题。近年来,光热催化CO_(2)加氢发展迅速,与热催化技术相比,光热催化能够耦合可再生太阳能资源,减少化石能源的使用,同时能够实现温和条件下的CO_(2)加氢反应,一定程度提升催化剂运行稳定性,引起学术界和工业界的广泛关注。然而,由于CO_(2)分子的化学惰性和反应路径复杂,不同产物的生成涉及竞争反应路径,实现CO_(2)高效和定向的光热催化转化极具挑战。近年来,研究者通过设计高效光热催化剂、优化反应体系、探究光热协同机制等策略,在提升CO_(2)转化率和优化目标产物选择性方面取得了显著进展。基于此,系统总结了光热催化CO_(2)加氢的研究进展。首先对光热催化CO_(2)加氢反应和催化剂体系进行了介绍,围绕光热催化CO_(2)加氢制备CO、CH_(4)、甲醇和C_(2+)产物的新型催化剂体系进行了总结,研究了光热材料(金属纳米颗粒、半导体、MOF材料等)在光照条件下产生的光生电子效应或光热转换效应,激发光生载流子和促进反应体系的快速升温参与催化过程,并探讨了催化剂的组成、结构(如粒径、缺陷、界面)与反应性能之间的关系。其次总结了光热催化CO_(2)加氢反应机制,介绍了光热催化对产物选择性和反应性能的调控机制;一方面,通过降低关键反应路径能垒,使反应更倾向于生成特定产物,显著提高目标产物选择性,另一方面,电子转移可优化CO_(2)、^(*)CO和^(*)HCOO等反应物和关键中间物种的吸附和转化动力学,从而加速反应进程。最后,对光热催化CO_(2)加氢反应的发展前景进行总结和展望。目前光热催化技术发展仍面临反应机制不明、催化剂光能利用率低和长期稳定性差等挑战,未来需开发全光谱响应材料,调控特定产物的选择性(如C_(2+)),提升催化剂稳定性,开发具有高稳定性催化剂并深入研究光热协同机制以实现产业化应用。 展开更多
关键词 光热催化 CO_(2)加氢 高值化学品 催化剂 构效关系 反应机理
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