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氢燃料电池高效抗毒化Pt基电催化剂研究进展
摘要：随着全球化石能源逐渐枯竭和温室效应加剧, 人们赖以生存的自然环境遭到了严重破坏, 如何开发新能源或高效的能源转换装置已经成为当前的研究热点. 质子交换膜燃料电池(PEMFCs)作为高效的能源转换装置可以通过电化学反应将氢气(H2)中储存的化学能直接转化为电能, 具有零排放、零污染、转化效率高等优点, 其商业化发展能够有效地缓解当前的能源与环境危机. 由于工作温度差异, PEMFCs分为低温质子交换膜燃料电池(LTPEMFCs)和高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFCs). 贵金属铂(Pt)是PEMFCs中最常用的催化剂材料之一, 然而Pt的抗毒化能力相对较弱, 导致其催化剂稳定性较差. 此外, Pt的低利用率、高成本, 进一步限制了其大规模商业化应用. PEMFCs燃料中存在微量的杂质气体(尤其是一氧化碳(CO)), CO在反应过程中会吸附在催化剂表面而不容易去除, 导致Pt催化剂表面活性位点被毒化. 除了CO的毒化作用, HT-PEMFCs催化层界面由于磷酸(PA)的随机分布也会引起Pt催化剂的毒化问题, 进一步导致催化剂的活性降低. 因此, 开发高效抗毒化Pt基催化剂并探究其抗毒化机制是推动PEMFCs发展的关键. 本文系统地阐述了PEMFCs中Pt基催化剂的毒化问题, 重点讨论Pt基催化剂的设计、合成及其抗毒化机制; 最后, 对PEMFCs中Pt基催化剂的发展与挑战进行探讨和展望.
角分辨光电子能谱在热电材料研究中的应用
摘要：热电材料因其能够实现热能与电能的直接转换, 在温差发电与制冷技术中具有重要应用. 热电材料的电输运性能由其能带结构决定, 角分辨光电子能谱(angle-resolved photoemission spectroscopy, ARPES)是最直观探测能带结构的技术. 本文综述了ARPES技术在热电材料研究中的应用, 探讨了ARPES如何揭示材料的能带结构, 从而优化其热电性能. 首先介绍了热电材料的基本参数和ARPES的基本原理, 随后详细介绍了ARPES技术在热电材料研究中的几个典型应用案例, 最后给出总结和展望, 期待能为两个领域的交叉提供一些参考思路.
数据智能驱动的机器化学家探索
摘要：近年来, 人工智能与自动化技术的深度融合为化学研究范式的革新提供了全新路径. 本文系统构建了集理论计算、机器学习、自动化实验与云端基础设施于一体的智能化学实验室系统, 通过“数据生成-模型优化-实验验证”的理实迭代机制实现研究流程的动态闭环优化, 并创新性地引入大语言模型驱动的多智能体协作架构, 完成从自然语言指令解析到跨设备任务调度的全流程自主操作. 本文详细阐述了智能实验室的硬件集成方案、多模态数据融合策略及云端资源调度机制, 通过火星陨石催化剂开发、胶体纳米晶形貌调控及高熵催化剂筛选等典型案例验证了系统的全局优化能力, 最后对智能化学研究网络的基础设施建设与协同创新模式进行了前瞻性探讨.
热轧钢材组织演变和力学性能预测—半经验模型、机器学习到工业大模型
摘要：钢材热轧过程中，轧件显微组织演变、表面氧化与轧制力能负荷相互影响，构成了“牵一发而动全身”的复杂黑箱系统。长期以来，国内外一直采用数学模型分离求解，导致只能近似解析而无法实现精确求解，制约了产品综合质量的进一步提升。通过深度挖掘实验数据和热轧工业数据，我国开发出集力能、组织及界面耦合的热轧工业大模型，实现了热轧主流程的全面、精准解析。介绍了我国热轧钢材组织演变和力学性能预测技术的发展历程及最新发展方向，为钢铁行业数字化转型提供借鉴和参考。
基于机器视觉辅助避障的导盲手杖设计
摘要: 视障人群的出行及日常活动普遍依赖导盲犬、导盲手杖或他人帮扶等方式,但随着经济发展,城市规划变得越来越密集,城市布局和道路规划的复杂度也逐渐增加,上述方法已经不能够保障视障人士的出行及日常生活安全,因此加强对视障群体的关注力度、提高其生活质量是我们亟待解决的问题。本设计着眼于机器视觉对彩色信息和深度图像的去噪、滤波、目标标定等处理,加以机器学习训练,实现图像的色彩识别、常见障碍物识别及距离测量功能,将分析结果转换为音频信号并通过语音输出给用户,给予一定行进建议,致力于为视障人士提供避障服务,降低在行走过程中因无法提前预测的障碍物对出行造成的负面影响。
二维材料及其异质结的精准构筑
摘要:二维材料因其原子级厚度和独特物理化学性质, 在半导体工业、量子计算等多个领域展现出巨大潜力. 二维材料异质结由不同种类二维材料经范德华作用组合, 其任意堆叠的特性进一步扩展了二维材料应用前景. 因此,在二维材料的产业化进程中, 二维材料及其异质结的精准构筑成为关键因素. 然而, 晶圆级、高平整度、高质量的二维材料及其异质结的制备依然面临着严峻挑战. 本文具体分析了当前二维材料制备的瓶颈和难点, 详细综述了近年来本课题组在二维材料精准构筑领域的最新研究成果, 主要包括质子辅助处理、完全自限制生长、“平整对平整”叠层转移、“由高到低”堆垛生长等创新策略, 成功实现了二维材料及其异质结的精准可控制备. 最后, 本文对未来研究方向进行了展望. 我们认为这些开创性方法的提出与实现将进一步提升石墨烯、过渡金属硫族化合物等二维材料及其异质结的先进制备水平, 拓展二维材料应用前景, 加速二维材料从实验室研发到工业大规模生产的转化进程.
二氧化碳热力循环在新型能源系统应用中的研究现状与发展趋势
摘要：新型能源系统的发展亟须突破传统能源系统的效率瓶颈, 并提高清洁能源的消纳水平, 而传统热力循环形式难以满足新型能源系统对高效性、经济性及灵活性的迫切需求. 因此, 发展新型热力循环对突破能源利用瓶颈具有重要意义. 二氧化碳作为天然工质, 在能量转化和能量存储方面具有经济、高效的优势, 将二氧化碳热力循环应用于新型能源系统的潜力正被逐步挖掘. 为阐明二氧化碳热力循环的应用前景, 本文阐述了二氧化碳热力循环的分类、原理及特征, 分析了其应用于发电领域和规模化储能领域的技术难点, 总结了二氧化碳热力循环在不同发电和储能领域的研究现状和发展趋势, 探索了在新型能源系统中应用的可行性. 最后, 对二氧化碳热力循环的未来技术发展方向提出了一些建议.
