一、多平衡体系中标准电极电位的计算方法及分析（论文文献综述）
王智辉[1]（2021）在《钇锆合金氢化物成分设计与吸氢性能研究》文中研究指明由于受体积与质量的限制,微型核反应堆通常选择金属氢化物做为慢化剂材料。上世纪下半叶开始,被研究用做微型核反应堆慢化剂材料的金属氢化物主要有氢化锆,但其存在寿命短、工作温度低的缺点。与氢化锆相比,氢化钇有着更强的热稳定性,适用于长寿命、大功率的微型堆。为了延长微型核反应堆的寿命并提升功率,氢化钇的研究与制备变得十分有必要。本文利用金相显微镜、扫描电子显微镜SEM、X射线衍射分析仪XRD、气相色谱仪等检测手段对含钇锆合金氢化物进行了详实研究,具体包括:①合金基体制备。通过调研与计算,确定合金成分,并对熔炼方法进行了探索,最终得到了成分均匀无污染的合金基体。②吸氢性能研究。通过恒温吸氢实验得到合金样品的PCT曲线,并进行分析研究,为金属氢化物的制备提供理论指导。③金属氢化物的制备。在不均匀吸氢与均匀吸氢的实验条件下,进行了氢化钇的制备工作,最终成功制备得到了无裂纹氢化钇,并对其组织结构与微观形貌进行了研究。④氢损失性能考核测试。对氢化钇的氢损失性能进行考核测试,建立了氢化钇在不同工作气氛下的氢损失速率预测公式,并与氢化锆进行了对比。具体研究成果与创新点如下:①真空自耗电弧炉与真空电子束炉熔炼钇锆合金,存在成分不均匀、比例控制困难、缩孔缺陷等问题,与两者相比,在本研究中真空磁悬浮感应熔炼为钇锆合金体系的可行熔炼方式。对钇锆合金体系及类似合金体系的熔炼具有重要指导意义。②通过对钇锆合金组织的观察发现,锆的添加对晶粒有细化作用。添加锆元素后,晶粒尺寸由50～60μm降低至了 10μm～20μm,并且当锆含量超过固溶度后,锆开始在晶界析出,形成富锆相。随着锆含量的提升,富锆相先是表现为锆富集度的上升,当锆含量达到50at%～60at%后,富锆相锆含量不再上升,开始展现为面积的增大,最终富锆相和基体相形成了交错相织的表面形貌。③得到了700℃～900℃范围内钇及钇合金在0～1bar内的压力P-成分C-温度T关系曲线,补充了 Y-Zr-H三元系的热力学数据。在该温度范围内,纯Y受温度影响较小,温度的变化没有使PCT曲线发生较大变化;但随着锆含量的上升,温度对合金的吸氢性能影响越来越大,使PCT曲线之间的区分度提升,证明了在该温度范围内锆和钇的热稳定性差异。④根据PCT曲线中相变点与特殊拐点的分析,揭示了钇锆合金体系在不同条件下展现出的三种相变机制。根据该机制总结出了钇锆合金体系中各个相吸氢的先后顺序为:α-Zr（固溶）>α-Y（固溶）,α-Y（固溶）>β-Zr（固溶）,β-Zr（固溶）>α-Y（相变）,α-Y（相变）>β-Zr（相变）>β-Zr（相变）>δ-YHx,δ-YHx>δ-ZrHx。⑤受表面氢含量与氧含量不同的影响,氢化实验样品在刚出炉时展现出不同的光学性能,但在对表面用酒精进行清洁处理后,氢化钇展现出了统一的墨蓝色。对氢化钇进行微观研究发现金相下氢化钇有三种形貌,分别是平行分布的白色α-Y单相区、片状分布的浅蓝色δ-YHx单相区及在以上两相的间隙分布的深蓝色（α-Y+δ-YHx）的两相区。对不同氢含量的氢化钇SEM照片研究发现,在氢化过程中,原本均匀分布在晶界的O元素发生了聚集与富集行为。⑥对氢化钇在600℃下、CO2+He气氛和纯He气氛中的氢损失性能进行了考核测试,得到了氢损失速率的预测公式,在CO2+He气氛下,氢损失速率Va（kg·m-2·s-1）与时间t（s）满足下式:Va=1.396×10-6×（t-71005.680）-0.5在纯He气氛下,Va与t满足下式:Va=1.196×10-6×<（t-51507.177）-0.5通过计算对比发现在600℃下,氢化钇的氢损失速率与涂层氢化锆处在同一数量级但略偏大,证明在600℃下氢化钇与涂层氢化锆的热稳定性在同一水平,其优势在更高温度下才能展现。
张赫[2]（2021）在《共聚离子液体基聚电解质络合物的油—水界面行为研究》文中研究指明Pickering乳液是在固体颗粒乳化剂的作用下,由互不相溶的两相构成的,其中一相以液滴的形式均匀的分散在另一相中的液液分散体系。由于Pickering乳液具有较大的两相界面面积、较好的富集作用和易于分离等特点而被广泛地应用于催化、分离和生物医药等领域。传统Pickering乳化剂为二氧化硅、四氧化三铁和氧化石墨烯等无机硬颗粒,近年来,微凝胶和聚电解质络合物等有机软物质也可以用作Pickering乳化剂。聚电解质络合物是由两种带相反电荷的聚电解质络合而成的一类具有特殊性能的高分子物质,目前对其在溶液中的络合和聚集相行为的研究较多,而对其在油-水界面上的相行为的研究罕见报道。当两种电荷相反的聚电解质在水中相互作用时,根据其种类的不同,络合物的亲疏水性也会随之改变。因此,通过改变聚电解质种类,调节阴阳电解质的混合比例,能够简单调控聚电解质络合物的油-水界面行为,从而发展新型Pickering乳化剂。在此基础上,如以功能性物质作为聚电解质,能够通过简单的络合,将功能物种引入油-水界面,从而建立微纳复合材料制备新方法。为此,本文利用聚电解质静电络合作用,将共聚离子液体与多种聚阴离子组合,构建了一系列共聚离子液体基的聚电解质络合物稳定的Pickering乳液体系,证明通过改变聚电解质种类,调节阴阳电解质的混合比例,能够调控聚电解质络合物的油水界面行为,将功能性物种简单地引入油水界面,展示了这种基于聚电解质络合物油水界面行为调控所构筑Pickering乳液体系的方法成为制备微纳复合材料新方法的可能性。具体研究内容如下:（1）共聚离子液体基聚电解质络合物油水界面行为的调控。将1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐与1-乙烯基咪唑的共聚物（PIL-co-PVIm）作为聚阳电解质,海藻酸钠（SA）、聚苯乙烯磺酸钠（PSS）、聚丙烯酸纳（PAA）作为聚阴电解质,对苯乙烯磺酸钠（Na VBS）作为小分子电解质,通过聚电解质络合的方式,合成了一系列具有不同电荷摩尔比(Ncation/anion)的络合物,利用扫描电子显微镜、Zeta电位分析和光学显微镜等表征手段,对其表面形貌结构和油-水界面活性等进行了系统评估。结果表明,单独的聚阳电解质PIL-co-PVIm和单独的聚阴电解质均不具备乳化能力。基于均聚的聚（1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐）与SA或PSS所形成的络合物也不能乳化油水体系;将1-乙烯基咪唑作为共聚单体引入到（1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐）中所得到的PIL-co-PVIm/SA或PIL-co-PVIm/PSS,非化学计量比条件下形成的络合物对甲苯-水以及疏水离子液体1-丁基-3-甲基六氟磷酸盐-水二元体系具有很好的乳化效果;将共聚单体替换为4-乙烯基吡啶,进而与不同的聚阴电解质络合后,非化学计量比条件下同样具有很好的乳化能力;这些具有乳化能力而处于油-水界面的聚电解质络合物,干燥处理后,可以得到具有双亲性的纳米片,根据聚阴电解质的不同,其厚度可从约200 nm调节至约10 nm;此外,在界面上的聚电解质络合物纳米片的厚度（10 nm）明显小于其在分散液中的厚度（500 nm）。以上研究结果证明,通过改变聚电解质种类、调节阴阳电解质的混合比的研究策略,能够调节聚电解质络合物的亲疏水性,实现其在油-水界面的有效聚集。（2）基于聚电解质络合作用向油-水界面引入磷钨酸功能基团。杂多酸作为性能优异的酸催化剂已被广泛研究与应用,发展能简单将其引入到油水界面的方法,是构筑特异多相界面催化体系的前提。本文利用带正电荷的PIL-co-PVIm与具有负电荷的磷钨酸（HPW）的静电络合作用简单地将其引入到油水界面。利用红外光谱、扫描电子显微镜、接触角、Zeta电位和光学显微镜等测试手段对多种条件下所形成的PIL-co-PVIm/HPW络合物的表面性质和乳化性能进行了研究。结果表明,PIL-co-PVIm和HPW成功形成络合物PIL-co-PVIm/HPW,该络合物在各种Ncation/anion条件下对甲苯-水体系均具有很好的乳化效果,但乳化能力略有不同;干燥后观察到乳液界面上的PIL-co-PVIm/HPW络合物呈由圆片形颗粒或球形颗粒聚集而成的片状结构;PIL-co-PVIm/HPW络合物乳化甲苯-水体系,在Ncation/anion=1∶4时,随着水相与油相体积比的增大,乳液能够实现w/o型到o/w型的相反转;在酸性、中性以及弱碱性条件下,PIL-co-PVIm/HPW络合物对甲苯-水乳液具有很好的乳化性能,但在p H值等于12时,乳液发生破乳,证明了其具有一定的p H响应性。此外,PIL-co-PVIm/HPW络合物对于疏水离子液体1-丁基-3-甲基六氟磷酸盐-水以及石蜡-水二元体系,也有着较好的乳化效果。利用PIL-co-PVIm/HPW络合物构筑的正辛烷-水乳液体系,能够在1小时内对100-250 mg/L的甲基橙实现高效催化降解。总之,HPW能够通过与PIL-co-PVIm的静电作用,简单地被引入到不同类型的油水相界面上,实现对于甲基橙的界面催化降解,为构筑特异多相界面催化体系提供了新的思路与技术。（3）共聚离子液体诱导酞菁解聚及其络合物对多巴胺的电化学检测。酞菁及其衍生物具有优良的光、电和催化等性能,但其分子在溶液中强烈的聚集倾向限制了其应用,因此,解聚一直是酞菁及其衍生物在应用时必须面对的难题。本文利用带正电荷的PIL-co-PVIm与带负电荷的四羧基钴酞菁（Co Pc）的静电络合作用,得到了PIL-co-PVIm/Co Pc络合物,利用紫外-可见吸收光谱和扫描电子显微镜对其在水溶液和油水相界面上的聚集状态进行了分析。研究发现,在固体状态下,Co Pc和PIL-co-PVIm/Co Pc络合物中的酞菁分子均以单体态的形式存在。但在水溶液中,单独的Co Pc呈现聚集态,而和PIL-co-PVIm络合后,通过调节二者之间的Ncation/anion,可以得到酞菁分子单体化程度较高的PIL-co-PVIm/Co Pc络合物。碱性条件下,随着p H值的增大,Ncation/anion=1∶2的PIL-co-PVIm/Co Pc络合物分散液中单体酞菁的占比逐渐增大,这是由于Co Pc中羧酸的解离促进了其与PIL-co-PVIm的络合;PIL-co-PVIm/Co Pc络合物能够乳化甲苯-水体系,使钴酞菁以单体状态稳定存在于甲苯-水界面上;不同条件下构筑的PIL-co-PVIm/Co Pc干燥后,能够得到具有不同形貌的络合物微纳米片;利用PIL-co-PVIm/Co Pc络合物修饰的玻碳电极对多巴胺进行电化学检测,Ncation/anion=1∶2的PIL-co-PVIm/Co Pc络合物在多巴胺的检测中表现出良好的电化学活性。总之,利用与共聚离子液体的静电络合作用,能够实现酞菁分子在水溶液及油水两相界面上的解聚,进而实现对多巴胺的电化学检测。
付蓉[3]（2021）在《金属-半导体复合光催化材料的设计制备及其全光谱光催化固氮反应的研究》文中提出作为氨基酸和核苷酸（DNA/RNA）不可或缺的元素之一,氮元素在生物体中发挥着重要作用。自然界中氮元素主要是以氮气分子的形式存在,约占空气总量的78%,微生物所含的固氮酶能将氮气分子转化为氮基化合物。然而N≡N键具有较大的解离能（945 k J/mol）导致了N≡N完全解离成为氮气活化的关键。20世纪初,铁基催化剂成功地将大气中的氮分子转化为氨,即众所周知的哈伯-博施过程。该工艺每年为全球农业贡献约5亿吨肥料,但与此同时会消耗大量的能源并导致严重的环境污染,近年来,利用清洁太阳能活化惰性的氮气引起了人们的广泛关注,有望为实现更为绿色的合成氨过程提供新的可能。为了克服光催化过程中的动力学限制,提高光催化固氮效率和拓宽可利用光谱范围,人们在光催化剂的结构设计、表面缺陷态和电子态调节以及助催化剂的修饰等方面进行了大量的尝试,其中的关键科学问题是:（1）如何设计活性位点实现对于氮气分子的吸附、活化和还原;（2）如何高效的将光生电子从半导体经过界面转移传递到吸附的氮气分子上;（3）如何设计双功能催化位点,实现氮气分子和氢气分子的协同活化和催化加氢。本论文围绕如何提高光催化固氮效率,通过以下几个方面对半导体进行结构设计和表面态修饰:（1）构筑表面桥联的氟离子实现二氧化钛表面的金属化,在半导体与助催化剂界面构筑欧姆接触,实现光生电荷的高效分离与界面输运;（2）增强活性位的电子密度和电子反馈能力,从而促进能够削弱N≡N三键的back-donation过程,实现氮气分子的高效室温活化与还原;（3）引入新的金属态能级,极大的拓宽光催化材料的光吸收能力,实现了在整个太阳光光谱范围内的室温光催化合成氨活性;（4）设计双活性中心复合催化剂体系,促使氮气和氢气的活化发生在不同的活性中心上,通过表面的“活化氢转移”机制,从而有效减轻了单一过渡金属上的氢中毒效应,进一步提高光催化固氮效率。主要取得的研究成果如下:1.通过氟离子实现对二氧化钛电子态的调控,成功制备了金属化的二氧化钛。在真空退火的条件下,氟化的二氧化钛可以通过末端Ti-F基团与相邻的Ti3+之间相互作用形成表面桥连的Ti-F-Ti键来诱导还原态的二氧化钛表面金属化。根据实验表征和理论计算证明,半导体由于导带向下弯曲以及部分充满电子导致半导体表面金属化。由于F-与相邻的Ti3+之间的强电子排斥力,使得材料具有较低功函和良好的给电子能力。在其表面引入金属Ru纳米活性位点,由于金属-半导体界面间存在欧姆接触,能够有效的将光生电子从催化剂本体传递到Ru活性位点,实现对于氮气分子的高效活化。此外,金属化的表面和大量体相Ti3+能够有效吸收红外光波段的光子,使得该材料在整个可见光和近红外光（400-1550 nm）范围内均表现出良好的光催化合成氨活性。常温常压可见光辐照条件下的合成氨速率突破1000μg g-1 h-1。2.将低价钼元素引入带有氧缺陷的二氧化钛晶格中,利用钼杂原子调控二氧化钛的表面缺陷态。实验和理论计算表明,配位不饱和钼的掺杂提高了活性位的电子反馈能力,增强了氮气在二氧化钛表面的吸附和活化。与此同时,为了增强氢气的活化,同时减轻单一活性位上氢气中毒所导致的活化氮气能力降低,我们将金属Pt负载到Mo元素掺杂的TiO2表面。研究发现少量Pt纳米颗粒的引入可以更好地推动氢气的活化和离解,使得氢原子在催化剂表面溢出,并通过表面“活化氢转移”过程,促使氮气分子更好的氢化和还原,从而提升光催化固氮性能。常温常压可见光辐照条件下的合成氨速率突破3000μg g-1 h-1。3.利用高温固相还原法对二氧化锆（c-ZrO2）进行煅烧处理,制备了带有氧缺陷的黑色ZrO2-x,并负载金属钌纳米助催化剂。由于功函数不同,Ru/ZrO2-x界面形成肖特基势垒,有助于光激发电子的单向传递,使得Ru纳米团簇起到了电子陷阱的作用,增强了电子的反馈能力。同时,缺陷态的引入使得该复合材料具备良好的可见光光催化合成氨性能,常温常压可见光辐照条件下的合成氨速率接近500μg g-1 h-1。
汤纬地[4]（2021）在《基于表面肌电的上肢运动分析关健技术研究》文中研究表明人体运动的产生依赖于骨骼肌在中枢神经的刺激下收缩并带动骨以关节为支点定向运动。在运动过程中,骨骼肌收缩会产生肌电（electromyogram,EMG）信号,其承载了运动神经驱动信息,能够反映运动的状态和意图。其中,表面肌电（surface EMG,SEMG）信号由皮肤表面无创采集得到,操作过程简单方便,十分适用于人体运动分析研究。基于SEMG的运动分析,既包括分析运动的产生机制、探究运动功能障碍的病理、评价运动健康状态,也包括捕获运动行为、理解运动意图、实现以运动信息为控制指令的人-机接口应用,均具有重要的研究意义。准确地解析运动状态和理解运动行为都依赖于SEMG信号处理技术的突破。具体地,在运动健康分析方面,尽管SEMG分析被认为是一种非常有前景的无创检测神经肌肉病变和客观定量评价运动功能障碍的工具和手段,但尚未形成系统的评价方法体系,特别是评价指标和方法的性能以及临床意义有待进一步的提高和验证。在运动意图分析方面,尽管基于模式识别的多自由度肌电控制技术展示了良好的应用前景,但其局限于对多种预定义的、非连续的动作模式进行顺序识别,缺乏对连续运动全过程的刻画分析。此外,肌疲劳对肌电控制的性能呈现负面影响,其机制尚不清楚且克服肌疲劳影响的方法和手段仍不成熟。针对上述缺乏有效的临床诊断指标及评估方法和难以准确估计连续运动信息两个关键问题,论文以发展SEMG信号处理技术为目标,以灵巧且具有重要功能的人体上肢运动作为研究对象,开展了复杂神经肌肉病变诊断、外周神经损伤（peripharal nerve injury,PNI）后运动功能损伤评定,以及关节运动量连续估计的关键技术研究,提出了有效方法和解决方案。本论文的主要研究内容与研究成果如下:（1）针对脑卒中偏瘫肌肉存在复杂病变且缺乏有效的SEMG诊断方法这一问题,提出了基于SEMG聚类索引指标的神经肌肉病变诊断方法,并用于检查偏瘫侧近、远端肌肉运动单位（motorunit,MU）病变情况的异同。从脑卒中上肢偏瘫患者的双侧和健康受试者的利手侧的肱二头肌、鱼际肌、第一骨间背侧肌分别采集在不同力度水平下进行等长收缩的SEMG信号,并选用聚类索引分析方法对每块肌肉的MU病变情况进行检查和对比。研究发现脑卒中后偏瘫肌肉MU病变类型较为复杂,既存在神经源性病变也存在肌源性病变。特别地,在个体层面上两块远端肌肉的病变类型表现出了很高的一致性,但在近、远端肌肉间未发现明显的相关性。在此基础上,从病理机制角度对上述研究发现给予了合适的解释。该工作不仅有助于揭示脑卒中偏瘫的病理机制,为临床诊断和治疗提供指导,也验证了基于SEMG的神经肌肉病变的无创诊断技术具有重要的实际应用价值。（2）针对外周神经损伤（PNI）的评定面临巨大的临床需求但尚缺乏定量且便捷的评价分析技术这一现状,该工作致力于通过分析PNI发生后可能出现的SEMG改变和功能异常构建用于上肢外伤性PNI评定的SEMG无创诊断与评估技术。依据解剖学知识设计了 SEMG信号采集位点与运动测试任务,提出一套量化评估方法框架进行SEMG信号处理和分析,包括对上肢PNI存在性评定和对单根神经损伤程度评估两个模块,最后给出对前臂正中神经、尺神经和桡神经外伤性损伤程度的量化评估结果。实验募集了 7名上肢PNI受试者和10名健康受试者,所提方法的量化评估结果与临床常规评估结果具有很高的一致性,证明了所提方法的有效性。此外,相比于传统的临床电生理诊断法,所提方法兼顾运动功能评估和神经完整性评估,评估结果更能反映待测者相关神经损伤对应的实际运动功能水平。（3）针对当下常规的基于SEMG的肘关节连续运动角度估计方法性能有限,无法支持复杂的运动状态下的运动估计这一技术瓶颈,提出了肘关节动态运动量连续估计方法。以假设肘关节动态屈曲、伸展和悬停三种运动对应不同的原动肌-拮抗肌收缩平衡态为基础,提出了基于平衡态的肘关节角度估计方法。所提方法包括检测运动转向和悬停起止的平衡态数据分割,并基于不同的平衡态分别建立SEMG-肌力-关节角度的希尔模型和力学模型,实现对连续运动的关节角度估计。实验设计了多种包含有各种复杂情境如自由转向和悬停的肘关节运动任务进行测试,并与四种同类方法进行对比。结果表明,所提方法在各种任务测试下均可以有效提升肘关节运动角度的估计精度,特别在有转向和悬停情况时具有显着性能提升。（4）针对肌疲劳影响SEMG信号成分进而造成肘关节角度估计性能下降的问题,提出了肌疲劳状态下的肘关节角度估计方法。研究发现一部分疲劳敏感型受试者在疲劳诱导的动态运动中呈现SEMG均方根幅值明显增加,频谱下移等变化,特别是SEMG信号低频段的均方根幅值在疲劳过程中增长最为明显。据此,提出了基于频带优选的SEMG滤波方法,实现对疲劳状态的SEMG输入进行修正。结果表明对于疲劳敏感型受试者,当SEMG信号先经过下截止频率为100Hz的高通滤波后,再进行肘关节连续运动角度的估计,可以达到较高的精度,克服了疲劳状态的影响。该研究发现也进一步验证了疲劳状态下的SEMG信号特性改变可能与I型（慢型）肌纤维募集增加有关。
唐玲玲[5]（2021）在《采用离子选择电极法测定土粒表面性质参数的方法研究》文中进行了进一步梳理土壤中含有大量的带电颗粒,包括各种黏土矿物、氧化物及其水合物、土壤腐殖质、蛋白质以及微生物等。研究表明,土壤各种颗粒的平均表面电荷密度通常高达1013-1014个/cm2,该电荷密度意味着土壤颗粒表面的静电场强度高达108 V/m（水介质）或1010V/m（真空介质）。土壤颗粒的表面电荷影响着土壤中绝大多数的微观过程和宏观现象,比如:离子、质子和电子相互作用的化学过程决定了土壤的酸碱度、缓冲性能、氧化还原、吸附解吸等微观过程;土壤颗粒间的静电相互作用深刻影响着土壤团聚体的形成与稳定,进而影响土壤水、热、气、养分状况和土壤抗侵蚀能力等。土壤表面性质参数主要有:表面电位、表面电荷密度、表面电场强度、比表面积和表面电荷数量。在这五个表面性质参数中,目前只有比表面积能够实现仪器分析。但比表面积仪器分析技术采用气体吸附法对干样进行测定,而土壤中的化学过程大多在液相条件下进行。因此比表面积仪器分析技术不能测定液相条件下膨胀性物质的内表面积,导致该技术应用价值大打折扣。另一方面,虽然Zeta电位法可用于土壤颗粒扩散层中剪切面电位的仪器测定,但由于剪切面距离土粒表面有几个水分子层厚,使得Zeta电位值往往不到表面电位真实值的20%。对于目前表面性质参数测定方法的不足,李航等人基于离子界面反应中若干新机制的发现,建立了基于土壤颗粒表面性质多参数联合分析原理的离子选择电极法,以实现上述五个表面性质参数的联合测定和仪器分析。利用该方法来实现界面性质参数仪器分析的基本原理是:以两种具有不同界面吸附能的离子(如K+和Ca2+)为参比,在给定的反应体系中通过测定吸附平衡时这两种离子所对应的离子选择电极电位,就可以实现上述五个表面性质参数的仪器测定。但是,目前运用离子选择电极法进行表面性质联合分析时,还存在样品的前处理时间较长、离子选择电极的测定结果不太稳定等问题。因此,本文对离子选择电极的测定条件和表面性质多参数的电极测定方法进行了研究,为开发“土壤表面性质多参数联合分析仪”奠定重要技术基础。得到的主要结果如下:1.测定时间、pH和背景离子浓度都会对K+和Ca2+选择电极的测定产生影响。研究发现:（1）控制测定时间在该法的应用上很关键。如果电极测定时间太短,则溶液中的离子未能进入电极或电极内外离子浓度未能达到平衡;相反,如果电极测定时间太长,又会出现电位漂移现象。实验发现,将电极放入待测液后,使用恒温磁力搅拌器搅拌待测液2分钟,可使待测液中的离子充分进入电极,然后关掉搅拌器,静置2分钟,可使电极内外离子浓度达到平衡。（2）pH值大于8或者小于6,对离子选择电极的测定均有影响,最好将待测溶液的pH调节在6-8的范围内进行测定。（3）较高浓度Ca2+的存在会干扰K+选择电极的测定,同时较高浓度K+的存在会干扰Ca2+选择电极的测定。实验发现,在标定电极所用的标准溶液中加入与待测液中浓度相同的背景电解质,可以有效消除背景离子的干扰,得到准确的测定结果。2.采用电极法测定表面性质参数大大缩短了平衡时间。蒙脱石体系离子交换的平衡时间仅为30分钟,过去采用离子平衡吸附批处理或吸附动力学方法进行表面性质分析,其测定时间通常需要10小时以上。因此,本研究大大提高了测定效率。3.样品前期处理方式对测定结果有较大影响。对蒙脱石、高岭石、Ti O2和紫色土分别制成Na+饱和样和H+饱和样来进行表面性质参数的测定,通过比较发现蒙脱石、高岭石、Ti O2、紫色土的Na+饱和样测得的比表面积和表面电荷密度等表面性质参数比H+饱和样所得结果更准确。比如,蒙脱石的Na+饱和样测得比表面积为637.4±108.4 m2 g-1,H+饱和样测得比表面积为1967±93 m2 g-1,而一般蒙脱石的比表面积为600-800 m2 g-1;紫色土Na+饱和样测得的表面电荷密度为-0.1857±0.0092 C m-2,H+饱和样测得的表面电荷密度为-0.05789±0.00311 C m-2,一般土壤的表面电荷密度在0.1-0.4 C m-2范围内。4.利用上述三个方面的研究结果,采用电极法测定了中国北方五种经度地带性土壤的表面性质参数。这五种土壤为:黑土、黑钙土、栗钙土、灰钙土和灰漠土。测定结果表明:（1）表面电位、表面电荷密度和表面电场强度均表现为栗钙土>黑钙土>黑土>灰钙土>灰漠土;（2）比表面积表现为黑钙土>黑土>灰漠土>灰钙土>栗钙土;（3）表面电荷数量表现为黑钙土>黑土>栗钙土>灰漠土>灰钙土。5.从不同技术手段测定表面性质参数的结果比较,矫正系数与表面电位之间的关系,土壤组成与表面性质参数之间的关系三个方面对上述土壤矿物和土壤颗粒的表面性质参数进行了可靠性分析。证实基于表面性质多参数联合分析原理的电极法测定土壤颗粒的表面性质参数能够得到正确的结果。
孔竞[6]（2020）在《荷电二维纳米通道离子传输机理及低温超级电容储能应用》文中研究表明储能技术是能源分配利用的关键技术支撑。近年来,超级电容凭借其功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等特点成为国内外研究热点。根据储能原理的不同,超级电容可分为双电层电容和赝电容。纳米科技的进步促进了超级电容电极材料的发展,以石墨烯为代表的二维纳米材料表现出了出色的比表面积和导电性等特性,被视为电极的理想材料。实际应用迫切需求超级电容在较大温度范围内保持高性能。但是超级电容的性能与温度密切相关,低温下储能性能会出现显着的衰减。其主要原因在于低温环境下离子传输减缓,扩散到电极表面的离子数减少,导致可储存电荷数显着降低。因此,超级电容的低温性能与离子传输密切相关。然而,在石墨烯等纳米孔隙结构中典型的纳米尺度孔径在储能过程中具有尺度效应,其中的离子传输机理仍不清晰。针对当前研究现状,本文使用分子动力学模拟方法研究了不同层间距的石墨烯纳米/亚纳米通道内的离子扩散系数随温度的变化规律。在此基础上,分别针对石墨烯基双电层电容和赝电容提出了通过构造离子传输通道和构筑三维多级结构强化离子传输和低温性能的策略,获得了在低温条件下高效工作的超级电容。进一步将上述策略应用于新型二维纳米材料——过渡金属碳化物（MXenes）,制备了具有超高倍率性能的低温赝电容。对于2 nm以下纳米受限空间中的离子传输过程,实验手段难以直接检测。本文使用分子动力学模拟方法计算了不同温度下中性和带电石墨烯纳米/亚纳米通道内的水系离子扩散系数,为纳米受限空间内的离子动力学研究提供了重要的基础数据。结果表明,离子在受限空间内呈现出明显的分层结构,水合现象明显。石墨烯通道内疏水、平坦的壁面有利于水分子的快速运动,进而强化了水合层中的离子扩散。当离子局限在与其水合尺寸相当的纳米空间内时,离子沿石墨烯壁面的扩散系数要显着高于宏观体系。在带电石墨烯通道内,壁面与离子间强烈的静电作用会抑制离子扩散。此外,温度的升高会导致宏观体系和受限空间内的离子热运动加剧,扩散系数增大。在纳米/亚纳米通道内,由于离子/分子与壁面间的强烈相互作用的影响,离子扩散系数随温度的变化比宏观体系下更加稳定。电解液电导率随温度的变化程度也会随着通道尺寸的减小而减小。针对双电层电容,本文提出了通过构造离子传输通道强化低温储能性能的新方法。通过将具有孔洞化形貌的石墨烯电极材料与低凝固点混合溶剂有机电解液相匹配,组装获得了可用于-60°C环境的超低温双电层电容。孔洞石墨烯（r HGO）表面丰富的介孔和大孔结构可以增大比表面积及其有效利用程度,进而增大双电层电容的比电容。在-60°C的极低温环境下,r HGO表现出106.2 F g-1的比电容,相对于常温性能的电容保持率高达70.6%,远高于未做处理的石墨烯材料（52.3%）。电化学阻抗谱（EIS）测试表明,r HGO表面独特的孔洞形貌为离子提供了快速传输通道并缩短了传输距离,导致离子扩散阻抗显着降低,且在低温下的增长更为缓慢。在-60°C下,r HGO超级电容具有26.9 Wh kg-1的最大能量密度和18.7 k W kg-1的最大功率密度。赝电容具有比双电层电容更高的比电容,但其储能性能受温度影响更为剧烈。本文提出了一种强化赝电容低温性能稳定性的三维多级电极设计思路。其中,以具有网格结构的石墨烯网络（GN）作为离子存储缓冲库,缩短离子的扩散路径;以具有规则通道的垂直取向石墨烯（VGNSs）作为离子快速传输通道;以高导电性骨架作为电子传输通道;将纳米片状赝电容材料（即Mn O2）均匀沉积于上述基底上,为电极/电解液界面的赝电容反应提供丰富的反应位点。结果表明,当温度从25°C降低到0°C时,GN/VGNS/Mn O2的比电容从541 F g-1降低至490 F g-1,电容保持率高达90.7%,与双电层电容在同一水平。当温度从25°C降低至-30°C时,对称赝电容的低温电容保持率依然高达80.8%。即使在-30～60°C范围不断变化的温度环境下,赝电容能够在5000次循环充放电后维持86.0%的初始电容性能。当GN/VGNS/Mn O2被用作非对称电容正极时,储能器件在-30～60°C温度范围内表现出了良好的低温性能稳定性,-30°C下的最大能量密度和功率密度分别为21.6 Wh kg-1和16.6 k W kg-1。针对新兴的二维纳米赝电容材料MXenes,本文提出了使用宽层间距纳米片组装成三维多孔结构从而强化离子传输和低温性能的有效途径。我们使用分子动力学模拟分析了不同层间距的MXene通道内的离子传输特性。结果表明,纳米层间通道内的离子扩散系数和离子浓度随着层间距的增大而显着增大,采用较大层间距可以有效提升电解液电导率和电极材料活性表面有效接触面积,提高赝电容储能性能。基于模拟结果,我们使用改进的冷冻铸造技术成功制备了具有较大层间距（1.42 nm）的多孔Ti3C2Tx膜电极。常温条件下,该赝电容电极表现出了超高倍率性能。在10 V s-1的高扫速下,比电容高达207.9 F g-1,1000倍扫速提升下电容保持率为58.6%。这种三维多孔电极能够在16.18 mg cm-2的实用级别负载量下保持稳定的性能。EIS测试表明,相对于平面堆叠形貌,多孔Ti3C2Tx膜中的离子扩散阻抗显着降低。当环境温度从25°C降低至-30°C时,以多孔Ti3C2Tx膜组装的对称电容中离子扩散阻抗受温度降低的影响远小于电荷传输阻抗。其比电容从278.9 F g-1衰减为222.1 F g-1,电容保持率高达79.6%,与双电层电容相当,表现出高性能储能的应用潜力。
赵佩[7]（2020）在《新型二维材料的电子及相关性质的理论研究》文中研究表明纳米科技的进步为二维材料的发展创造了条件,而二维材料的发展为推动纳米科技的进步提供了基材,二者相辅相成。我们知道,自从石墨烯被成功的从石墨中剥离出来以来,二维材料的发展和应用已经得到了广大科学家们的青睐。之后人们又从块体材料中剥离出来单层的六角氮化硼、硅烯、锗烯、磷烯、锑烯及过渡金属硫化物等二维材料。令人感到震惊的是,二维磁性半导体,如CrI3、Cr2Ge2Te6和VSe2等也相继被合成。由于其优越的物理化学性质,这些二维材料已经在环境能源科学和半导体科学发展中得到广泛关注。二维材料在光催化、光伏和电化学领域展现出来的独特优势已经使其成为生产清洁能源和能量储存的主要基材。二维材料的出现也满足了半导体科学领域人们对电子器件微型化的需求,尤其是磁性半导体中电子的电荷、自旋自由度的出现,使得对低功耗,高效率的微型电子器件的制备成为可能。此外,能谷作为电子的一个新的自由度,不仅丰富了电子的基本属性,而且不断发展形成了一门新的学科—能谷电子学。特别是磁性体系中出现的自发能谷极化性质,使电子产生有趣的反常霍尔效应,为制备新型非易失性器件提供了一个全新的平台。在本文中,我们系统地研究了二维材料的几何结构和电子性质。根据其独特的几何结构和电子结构特点,我们提出了二维材料在光催化、光伏器件及自旋电子器件中的潜在应用,并且分析了其内部有趣的物理化学机制,为二维材料未来的发展和应用提供了一定的理论指导。本文包含六章:第一章简述了二维材料的发展过程及其在环境能源和半导体科学中应用的研究现状。第二章简要介绍了本文研究所涉及的理论基础、方法和各种第一性原理计算的软件包。第三章系统地研究了具有自发的内建电场的二维体系在光催化中的应用。第四章研究了二维材料的光生伏打效应及其在太阳能电池中的潜在应用。第五章研究了二维体系中的量子反常霍尔效应及能谷霍尔效应,并且对其中的物理机制进行了较为详细的解释。第六章主要是对本文的研究内容和创新点简要总结,并且对二维材料在其应用领域的研究方向进行了展望。本文的主要研究内容及结论如下:（1）研究了二维In2X3（X=S,Se,Te）体系的电子性质及在红外光下光催化全解水领域的应用潜质。其本身结构对称性破缺导致的铁电性质,可使其具有一个自发的内建电场。由于这种内建电场的存在,光催化剂在全解水时就打破了带隙大于1.23 eV的限制。并且在内建电场的作用下,激发的电子和空穴分别移动到材料上下表面,从而实现了载流子的有效分离。此外,这类体系具有合适的带边位置,能够满足光催化分解水的氧化还原势的基本条件。对于双层堆叠的In2X3（X=S,Se,Te）体系,载流子分布在材料的上下两层,进一步促进了载流子的有效分离。值得注意的是,这类体系在近红外光附近有较好的光吸收。（2）构造了一种新型的二维Janus硫属化合物（CrXY,X/Y=S、Se和Te）,证明了它们是可在近红外光下可实现高效光催化全解水的候选材料。我们发现,二维Janus体系存在内在偶极矩,促进了光生载流子有效分离。值得注意的是,体系具有合适的带隙和带边位置,很好的红外光吸收和高载流子迁移率。基于含时密度泛函理论,我们研究了 CrXY光生载流子的寿命。得到光生载流子寿命可高达～2 ns,甚至可以与传统过渡金属硫化物异质结相媲美,这有利于提高光催化反应效率。研究结果为设计具有较大光吸收范围和低载流子复合率的新型光催化剂提供了理论指导。（3）发现了三种不同稳定相的二维AsSb,并且分别研究了它们的电子和光电性质。由于其直接带隙的特性,光生电子的跃迁几率大大增加,从而提高了光电转换效率。此外,由于本身中心反演对称性破缺的结构特点,在锯齿形和扶手椅形方向出现了一个线性的光生伏打效应。并且二维的AsSb能够在红外光到紫外光范围内表现出很好的光响应,这说明二维AsSb可以作为优秀的光伏材料。（4）通过密度泛函理论和非平衡态格林函数方法,我们系统地研究了二维MX（M=Ge,Sn;X=S,Se）体系,发现这类材料具有很多吸引人的特征,即较高的载流子迁移率,合适的带隙以及小的激子结合能。所有这些特点都使得MX体系成为设计先进光伏器件的优秀候选材料。因此我们搭建了光伏器件模型对MX基的光伏器件进行了量子输运模拟。在光的照射下,二维MX在可见光内表现出较高的光响应和很高的外部量子转换效率。我们的研究为接下来对实验上研究基于MX的光伏系统提供了很好的理论依据。（5）预测了一种新型的二维铁磁体系MP2S6（M=Co,Mn,Cr）,并证明其热力学和动力学稳定性。结果表明,单层CoP2S6是一种铁磁的半金属体系,MnP2S6是铁磁半导体,而CrP2S6是一种量子反常霍尔效应的拓扑绝缘体。在自旋轨道耦合的作用下,CrP2S6打开了一个53 meV大小的带隙值,并且整个布里渊区贝利曲率的积分产生了一个非零的陈数（C=-1）。与此同时,基于蒙特卡洛模拟我们得到其居里温度为350 K。这些结果都表明单层CrP2S6是可以在室温下存在的具有量子反常霍尔效应的拓扑绝缘体。我们的研究为实验上观察反常量子霍尔效应提供了一个可行的平台。（6）提出了一系列新型的二维能谷材料2H-MNX（M=Ti,Zr,Hf,X=C1,Br）并且系统地研究了它们的能谷电子学性质。我们揭示了二维2H-MNX中能谷限制的自旋劈裂和能谷依赖的光选择定则。此外,我们发现二维2H-MNX中有趣的能谷极化可以通过旋极化光和铁磁衬底被实现。铁磁衬底诱导的能谷极化大小依赖于其堆叠方式,而且还可以通过减小层间距来增强能谷极化。我们的研究为操控二维材料中的能谷因子提供了一个潜在的基材。（7）发现了一种自发的自旋和能谷极化的二维铁磁半导体LaBr2,证明了其动力学和热力学稳定性,并且较小的剥离能使其可以从块体结构中剥离出来。空间反演对称性和时间反演对称性的破缺使其具有自发的能谷极化性质,且能谷极化值的大小为33 meV。我们的研究为二维自旋电子学和能谷电子学的实际应用和实验研究提供了一个可期的材料。（8）我们提出二维2H-FeCl2具有大的自发的能谷极化（～101 meV）,这是体系较强的自旋轨道耦合和破缺的时间反演对称性引起的。能谷极化在二维FeC12中可以通过改变磁晶的方向进行调控。通过微扰理论,我们揭示了能谷调控的潜在的物理机制。此外,能谷自由度和铁磁序的耦合可以在面内电场的作用下产生一个自旋极化和能谷极化的反常霍尔电流,这促进了它在实验上的探索和实际的应用。
叶成玉[8]（2020）在《镍-氮功能化炭基CO2电还原催化剂的设计制备》文中研究说明由于社会经济快速发展,人类活动导致大气中CO2含量逐年增加,温室效应愈加明显,全球变暖、冰川融化、海洋酸化等一系列环境问题随之出现,严重影响自然界生态平衡。对CO2进行捕集并将其转化成高附加值化学品可以实现CO2的社会经济价值,达到资源利用的最大化。目前CO2转化技术中,电化学法由于其反应条件温和、产物可调、设备简单、环境友好等优点,成为了研究者关注的热点。CO2分子结构稳定,活化过程需要较高的过电位,因此使用高效的电催化剂来降低反应过电位,减少能耗是必要的。炭材料本身具有高导电性、可控的孔结构、出色的稳定性、低成本等优点,但其本身催化活性不高,因此非贵金属多孔炭基催化剂受到了广泛的关注,并取得了一系列突破性的进展。本论文的研究内容主要是以过渡金属多孔炭基催化剂为研究对象,通过组分调节、结构优化来调控CO2电还原产物的分布。主要研究工作内容和结果如下:（1）以三聚氰胺、三苯基膦、乙酸镍为前驱体得到三元复合材料在850℃下热解,三聚氰胺作为氮源和碳源,三苯基膦作为磷源,最后得到原位生长磷化镍的镍-氮-炭催化剂。其中磷化镍是常见的析氢催化剂,镍-氮-炭组分对CO2还原为CO具有较高选择性,因此将该材料用于电催化CO2-H2O制备不同比例合成气。探究了前驱体中三苯基膦含量对材料形貌、孔道结构、表面元素组成的影响,发现随着前驱体中三苯基膦用量的增加,催化剂的比表面积增加,这主要是由于三苯基膦在热解过程中生成的气体具有活化作用,能够增加材料的孔道结构和比表面积;磷化镍的种类从Ni12P5变为Ni2P。催化剂的CO2还原测试结果表明材料在-0.5-1.1 V（vs.RHE）电位区间内,可以实现合成气（CO/H2）比例从10:1到1:4之间调控,并且结果表明:同一电位下,合成气比例与表面磷化镍/Ni-Nx的值存在线性关联。该部分工作为合成气的制备提供了新的合成思路。（2）合成含有Cu-N4单体的结晶配位聚合物作为前驱体,经过热解、酸洗,制备出富含边缘结构的超亲水炭材料。实验中研究了热解温度分别为600℃和900℃材料的氮掺杂量、氮种类分布、孔道结构。并采用浸渍法使材料负载镍,制备出镍-氮-炭催化剂,应用于CO2电催化还原。氮气吸附和CO2吸附结果表明材料具有丰富的微孔结构,有利于镍原子的锚定,提供反应活性位;根据TG-MS分析,与超疏水炭材料EC600JD对比,发现制备的超亲水炭含有大量的边缘位点;水汽吸附结果表明,材料在低相对湿度下的水汽吸附量明显大于超疏水炭材料,说明材料具有较大的极性。电催化性能测试结果表明,超亲水炭负载2 wt.%镍后,其在电解电位处于-0.9 V（vs.RHE）时,CO的法拉第效率达到最大,为91.2%,对应的分电流密度为23.5 mA cm-2。稳定性测试结果显示UPC-2%Ni在-0.77 V（vs RHE）电位下电解9 h仍能保持90%以上的法拉第效率,表明该材料具有较好的稳定性。该工作为亲水炭在CO2还原中的应用提供了借鉴意义。
郭冰冰[9]（2018）在《钢混结构氯盐侵蚀-迁移多场耦合机制与主动电场控制研究》文中研究说明当前,我国诸多重大钢筋混凝土工程已建、在建或者酝酿规划之中,重大工程结构的耐久性关乎国民经济健康发展和人民生命安全。氯离子诱发的钢筋腐蚀是降低混凝土结构耐久性最主要的原因之一,所以混凝土材料氯离子侵蚀机理一直是国内外研究的热点。此外,考虑到绝大数钢筋混凝土结构腐蚀本质上属电化学腐蚀范畴,因此电化学腐蚀控制是降低或阻止钢筋混凝土结构腐蚀损伤及延长钢筋混凝土结构服役寿命的直接和有效途径。传统钢筋混凝土结构电化学腐蚀控制技术包括阴极保护、电化学除氯和电化学再碱化等。然而,当前钢筋混凝土结构所用的阴极保护技术起源于石油、化工、船舶等行业,仅从腐蚀热力学角度按液态侵蚀介质控制腐蚀,未充分考虑多相、多孔混凝土介质内发生腐蚀的动力学因素。当前所发展的电化学除氯和电化学再碱化等技术出发于控制腐蚀发生的动力学因素,但其缺乏深刻的基础理论支撑以实现精准的腐蚀控制。因此,本文面向量大面广的钢筋混凝土结构,针对混凝土材料的氯离子侵蚀机理及钢筋腐蚀控制中所存在的关键瓶颈问题,采用理论分析、数值模拟与试验验证相结合,开展基于传输过程物理化学本质作用的钢筋混凝土结构的氯离子侵蚀机理与主动电场腐蚀控制等方面研究,主要内容如下:（1）根据低温水地球化学反应机理,建立了基于表面络合和溶解沉积反应的混凝土内孔溶液与水化产物间相互作用热力学模型。分析了氯离子浓度、温度及饱水度对孔溶液与水化产物间相互作用的影响,并与他人已发表的试验数据进行了对比,验证了该热力学模型在反映水化产物对氯离子吸附作用的准确性。研究结果表明,随着氯离子的侵入,混凝土内率先发生的为C-S-H凝胶对氯离子的物理吸附,随后当有充分的氯离子渗入时,AFm与之发生化学吸附,从而统一了混凝土中自由氯离子与结合氯离子之间的关系。进而,揭示了耦合碳化和氯离子共同作用下的孔溶液与水化产物间相互作用的机理,发现二氧化碳将逐步导致混凝土中发生CH溶解反应、C-S-H表面的钙离子脱附反应、AFm和C-S-H的溶解反应等过程,从而影响水化产物对氯离子的吸附作用,并建立了不同碳化程度下自由氯离子与吸附氯离子间的关系。（2）基于多孔材料传质理论,结合所提出的孔溶液与水化产物间的相互作用热力学模型,并考虑水分传输的对流作用,建立了侵蚀环境作用下混凝土内物质传输的理论模型。采用算子分裂算法实现了热力学模型与传质过程的耦合,并基于MATLAB语言,搭建了COMSOL-PHREEQC交互接口,实现了饱水和非饱水混凝土材料物质传输的三维数值模拟。分析了混凝土内孔溶液各离子浓度、水化产物含量、饱水度的时空分布以及混凝土孔隙率的变化规律。并通过与他人已发表的试验数据进行对比,验证了所建立的考虑孔溶液和水化产物间相互作用的混凝土传质数值理论的准确性和可靠性。（3）从材料腐蚀控制的热力学角度出发,基于腐蚀控制作用下混凝土内电场的数值模型,建立了主动腐蚀控制电场投放的优化设计方法。通过对钢筋表面电位进行约束,从热力学角度确保钢筋处于有效腐蚀控制状态。同时,对腐蚀控制系统中阳极材料的服役寿命进行约束,以满足结构服役寿命的设计需求。最后,以整个系统的成本最小化为优化目标,以阳极材料的位置、面积以及外加电场为优化变量,得到整个系统成本最低时的腐蚀控制电场投放。结果表明,腐蚀控制系统的功率、阳极材料以及总成本经优化后大幅降低。（4）耦合所建立的混凝土传质模型和腐蚀控制电场投放模型,同时考虑阴阳极表面电极动力反应,建立了统一钢筋混凝土结构的电化学主动电场腐蚀控制的理论模型。对电场与侵蚀环境耦合作用下饱水和非饱水混凝土材料内物质传输过程进行数值模拟,分析了混凝土孔溶液各离子浓度、水化产物含量、饱水度的时空分布以及钢筋表面的电极反应所产生的局部电流密度,并通过试验验证了数值模拟的可靠性。研究结果表明,基于热力学与动力学本质所建立的主动电场控制方法可防止环境中氯离子的侵蚀,提高钢筋周围的pH值及氢氧化钙含量。（5）搭建了两种典型工况下缩尺钢筋混凝土桥墩的主动电场腐蚀控制系统,以进一步验证所建立理论模型和数值计算方法的可靠性,并为实际钢筋混凝土结构腐蚀控制提供示范。在优化设计后的主动电场腐蚀控制系统作用下,钢筋表面的局部电流密度和电位分布的结果表明腐蚀已被完全抑制,同时可避免氢脆的发生。此外,混凝土离子浓度的试验和数值结果表明,优化设计的主动电场腐蚀控制系统可控制外界环境中氯离子的渗入,并可排除受氯盐污染的混凝土保护层中的氯离子。
张亚东[10]（2019）在《新型气体分离膜和催化材料的理论探索》文中认为随着石油、煤炭等不可再生资源的不断消耗,能源问题和环境问题变得越来越突出,许多传统材料或方法已难以满足现在人们对清洁能源的需要。与此同时,研究低能耗且环境友好的功能性材料受到越来越多的重视。在各国科学家积极寻找清洁能源以代替传统化石能源的过程中,氢气（H2）、甲烷（CH4）、燃料电池、太阳能电池及其他新型电池等因符合人们对环保清洁能源的需求而受到广泛的关注。得益于先进的实验方法和计算材料科学的发展,科研人员已成功合成石墨烯、二维六角硼氮（h-BN）、单层二硫化钼（MoS2）、纳米管和单原子催化剂等新型纳米材料,并且深入研究了这些材料的性质和应用,发现其诸多优点,例如具有合适孔型的二维材料可用于提纯H2,富集CH4,并去除氮气（N2）、二氧化碳（CO2）等杂质气体,单原子催化剂或限域催化剂可以用于燃料电池、电解水、合成氨和一氧化碳（CO）氧化,这些新型纳米材料有望取代传统膜或者催化剂。本论文主要从理论上探索新型纳米材料在气体分离、电催化和CO氧化等方面的应用。主要内容如下:第一章,首先简要介绍了石墨烯等新型纳米材料的发展历程,接着详细介绍其在能源环境领域的重要应用及目前所需要解决的一些问题。最后阐述了本论文研究的相关内容,即新型纳米材料在H2提纯、CH4富集、氧气还原反应（ORR）、析氧反应（OER）、析氢反应（HER）、电催化合成氨和CO氧化等方面的理论探索。第二章,简要介绍本论文运用的理论基础和计算方法,包括量子力学计算和经典力学模拟。其中量子力学计算主要包括第一性原理、密度泛函理论、交换关联项和波函数展开方法,而经典力学模拟主要指分子动力学模拟,本章介绍了动力学模拟的原理、计算流程以及力场形式和系综选择。第三章,通过第一性原理计算和分子动力学模拟方法,我们发现带有合适孔型的h-BN对于H2/CH4混合气体的分离具有很高的选择性（在室温下超过了 105）,而且在很宽的温度范围内仍然能够保持很高的H2透过率。此外,基于单层MoS2材料,我们设计了一种用于H2提纯和CH4富集的高效膜。在室温下,这种具有三角形硫边缘纳米孔的MoS2膜对H2/CO、H2/N2、H2/CH4和CO2/CH4的分离具有较高的选择性,数值分别大于103、103、106和104,而且H2和CO2的透过率数值远远超过工业标准。第四章,我们计算研究了非贵金属原子嵌入氮掺杂石墨烯的催化剂在ORR、OER、HER、合成氨等方面的应用。这类单原子催化剂同时具有均相催化剂和非均相催化剂的优点,即均相催化剂的活性中心均匀、配位可调、原子利用率高;非均相催化剂的稳定性好、固定容易、可回收性好。本章主要选取Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu这些3d非贵过渡金属作为研究对象,筛选出一些对OER、ORR、HER和合成氨有很好表现的催化剂,并通过总结反应过程中含氧中间体的自由能之间的关系,发现OER和ORR的过电位分别对AGo*-△GoH*和△GOH*呈现出火山型形状,这一规律可以帮助我们根据某些含氧中间态的自由能初步判断这类材料的催化性能。第五章,主要研究了硼氮纳米管（BNNTs）的限域效应对CO氧化反应的影响。基于密度泛函理论,我们研究了单个Ni原子嵌入BNNTs管内、管外以及h-BN表面对CO氧化的催化作用。通过计算Eley-Rideal反应路径,我们发现Ni原子嵌入BNNTs管内对CO氧化表现出更高的催化活性。在BNNT（5,5）、BNNT（6,6）和BNNT（7,7）管内,CO氧化反应的决速步能垒分别为0.39 eV、0.29 eV和0.33 eV,因此,纳米管的孔径大小可以用来调节CO氧化的反应能垒。此外,通过分析反应过程中初始态和过渡态的电子结构,解释了纳米管内具有较高催化活性的机理。
二、多平衡体系中标准电极电位的计算方法及分析（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、多平衡体系中标准电极电位的计算方法及分析（论文提纲范文）
（1）钇锆合金氢化物成分设计与吸氢性能研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 2 文献综述 |
| 2.1 概述 |
| 2.1.1 空间核电源简介 |
| 2.1.2 慢化材料的原理和要求 |
| 2.1.3 金属氢化物做慢化材料的应用 |
| 2.2 金属氢化物慢化剂面临的主要问题解决方案 |
| 2.2.1 氢致裂问题 |
| 2.2.2 氢损失问题 |
| 2.3 锆和钇的制备与性能 |
| 2.3.1 钇的熔炼与制备 |
| 2.3.2 锆的熔炼与制备 |
| 2.3.3 钇锆合金的基本性质 |
| 2.4 氢化锆和氢化钇的相关性能 |
| 2.4.1 相图研究 |
| 2.4.2 晶体结构与晶格参数 |
| 2.4.3 热性能 |
| 2.4.4 吸氢性能 |
| 2.5 研究目的及主要内容 |
| 2.6 技术路线图 |
| 3 钇锆合金的成分设计与熔炼方法研究 |
| 3.1 本章引言 |
| 3.2 合金元素的选择与成分设计 |
| 3.3 实验材料与方法 |
| 3.3.1 熔炼原料与熔炼方法 |
| 3.3.2 实验测试方法 |
| 3.4 结果分析讨论 |
| 3.4.1 成分均匀性检测 |
| 3.4.2 熔炼方法总结建议 |
| 3.5 熔炼锭微观形貌研究 |
| 3.5.1 电子束炉熔炼形貌特征 |
| 3.5.2 真空自耗熔炼锭形貌特征 |
| 3.5.3 磁悬浮感应熔炼锭组织结构 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 合金氢化物体系的吸氢性能及相变过程研究 |
| 4.1 本章引言 |
| 4.2 实验材料与方法 |
| 4.2.1 PCT设备实验方法 |
| 4.2.2 实验材料 |
| 4.3 结果分析讨论 |
| 4.3.1 温度、压强对钇及钇合金平衡氢含量的影响 |
| 4.3.2 锆含量对钇及钇合金吸氢平衡的影响 |
| 4.3.3 吸氢相变过程分析与机制研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 氢化钇的制备与微观形貌研究 |
| 5.1 本章引言 |
| 5.2 实验材料与方法 |
| 5.2.1 实验材料制备 |
| 5.2.2 样品表征方法 |
| 5.3 结果分析讨论 |
| 5.3.1 不均匀吸氢条件下的组织与成分分布研究 |
| 5.3.2 均匀吸氢条件下的组织与成分分布研究 |
| 5.3.3 不同氢含量氢化钇组织形貌研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 对氢化钇氢损失性能的测试 |
| 6.1 本章引言 |
| 6.2 实验材料与方法 |
| 6.2.1 实验材料与设备 |
| 6.2.2 检测与表征 |
| 6.2.3 计算与模拟方法 |
| 6.3 结果分析讨论 |
| 6.3.1 氢化钇氢损失速率的测试 |
| 6.3.2 氢损失速率测试前后样品形貌表征 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（2）共聚离子液体基聚电解质络合物的油—水界面行为研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 Pickering乳液 |
| 1.1.1 Pickering乳液简介 |
| 1.1.2 Pickering乳液的应用 |
| 1.1.3 常见的Pickering乳化剂 |
| 1.1.4 Pickering乳化剂的界面行为 |
| 1.2 聚电解质络合物 |
| 1.2.1 聚电解质 |
| 1.2.2 聚电解质络合物及其分类 |
| 1.2.3 聚电解质络合物的形成机理 |
| 1.2.4 影响聚电解质络合物性质的因素 |
| 1.2.5 聚电解质络合物的界面行为 |
| 1.3 本论文的研究目的及思路 |
| 第2章 共聚离子液体基聚电解质络合物乳化剂的界面行为调控 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 实验试剂与仪器 |
| 2.2.2 离子液体与聚离子液体的制备 |
| 2.2.3 聚电解质络合物的制备及其乳化性能研究 |
| 2.2.4 样品的表征 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 聚阳电解质的表征 |
| 2.3.2 聚电解质络合物的表征 |
| 2.3.3 聚电解质络合物的界面行为 |
| 2.3.4 聚电解质络合物的形貌 |
| 2.3.5 普适性的研究 |
| 2.3.6 乳化机理的探究 |
| 2.4 小结 |
| 第3章 磷钨酸功能化聚电解质络合物的界面行为 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 实验试剂与仪器 |
| 3.2.2 HPW基聚电解质络合物的制备及乳化性能研究 |
| 3.2.3 样品的表征 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 HPW基聚电解质络合物的表征 |
| 3.3.2 HPW基聚电解质络合物的界面行为 |
| 3.3.3 界面处的聚电解质络合物的形貌 |
| 3.3.4 HPW基聚电解质络合物构筑的乳液体系催化降解甲基橙 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 共聚离子液体对四羧基钴酞菁的聚集行为调控 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 实验试剂与仪器 |
| 4.2.2 2,9,16,23-四羧基钴酞菁的制备 |
| 4.2.3 四羧基钴酞菁基聚电解质络合物制备及其乳化性能研究 |
| 4.2.4 四羧基钴酞菁基聚电解质络合物对多巴胺的电化学检测研究 |
| 4.2.5 样品的表征 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 四羧基钴酞菁基聚电解质络合物在水溶液中的聚集行为 |
| 4.3.2 四羧基钴酞菁基聚电解质络合物的界面行为和聚集状态 |
| 4.3.3 P_1/CoPc络合物的形貌研究 |
| 4.3.4 P_1/CoPc络合物对多巴胺的检测 |
| 4.4 小结 |
| 第5章 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
（3）金属-半导体复合光催化材料的设计制备及其全光谱光催化固氮反应的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 氨气的来源 |
| 1.2.1 热催化固氮反应 |
| 1.2.2 电催化固氮反应 |
| 1.2.3 生物催化固氮反应 |
| 1.2.4 光催化固氮反应 |
| 1.3 光催化合成氨的挑战 |
| 1.4 光催化合成氨的机理 |
| 1.5 光催化固氮反应的影响因素 |
| 1.5.1 半导体特性 |
| 1.5.2 载流子的分离 |
| 1.5.3 价带和导带的电位 |
| 1.5.4 半导体的晶体结构 |
| 1.5.5 氮气吸附能力 |
| 1.5.6 外界因素 |
| 1.6 光催化固氮材料的分类 |
| 1.6.1 单金属氧化物 |
| 1.6.2 双金属氧化物 |
| 1.6.3 含水氧化物 |
| 1.6.4 金属硫化物 |
| 1.6.5 铋族光催化剂 |
| 1.6.6 碳基光催化剂 |
| 1.6.7 仿生材料光催化剂 |
| 1.6.8 其他光催化剂 |
| 1.7 本论文的选题意义 |
| 1.8 本论文的研究内容 |
| 参考文献 |
| 第2章 氟诱导的半导体表面金属化用于光催化固氮反应 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 实验原料与试剂 |
| 2.2.2 催化剂的制备 |
| 2.2.3 光催化固氮过程 |
| 2.2.4 标准曲线(比色法和离子色谱法) |
| 2.2.5 表观量子效率的计算 |
| 2.2.6 光电化学测试过程 |
| 2.2.7 UPS制样过程 |
| 2.2.8 产物的表征 |
| 2.2.9 理论计算的方法 |
| 2.3 实验结果与讨论 |
| 2.3.1 材料结构和形貌分析 |
| 2.3.2 材料的稳定性 |
| 2.3.3 氟离子的影响 |
| 2.3.4 氟诱导表面金属化的表征 |
| 2.3.5 光电流和光电压的测试 |
| 2.3.6 光催化固氮反应的研究 |
| 2.3.7 光催化固氮反应的机理 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第3章 铂负载钼掺杂二氧化钛用于可见光催化固氮反应 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 实验原料与试剂 |
| 3.2.2 催化剂的制备 |
| 3.2.3 光催化固氮过程 |
| 3.2.4 标准曲线(比色法和离子色谱法) |
| 3.2.5 光电化学测试过程 |
| 3.2.6 产物的表征 |
| 3.3 实验结果与讨论 |
| 3.3.1 材料晶体结构的分析 |
| 3.3.2 材料形貌的分析 |
| 3.3.3 钼元素和铂元素对半导体电子结构的影响 |
| 3.3.4 样品的光学性能、能带结构、电子浓度的表征 |
| 3.3.5 光催化固氮反应的研究 |
| 3.3.6 光催化固氮反应的机理 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第4章 钌负载氧缺陷二氧化锆用于可见光催化固氮反应 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 实验原料与试剂 |
| 4.2.2 催化剂的制备 |
| 4.2.3 光催化固氮过程 |
| 4.2.4 标准曲线(比色法和离子色谱法) |
| 4.2.5 光电化学测试过程 |
| 4.2.6 产物的表征 |
| 4.3 实验结果与讨论 |
| 4.3.1 材料晶体结构的分析 |
| 4.3.2 材料形貌的分析 |
| 4.3.3 材料的电子结构 |
| 4.3.4 样品的能带结构 |
| 4.3.5 光电流和光电压的测试 |
| 4.3.6 光催化固氮反应的研究 |
| 4.3.7 光催化固氮反应的机理研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 作者简介 |
| 硕博期间发表的论文 |
| 致谢 |
（4）基于表面肌电的上肢运动分析关健技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1人体运动分析的生理学基础 |
| 1.2 肌电信号 |
| 1.2.1 肌电信号的形成 |
| 1.2.2 肌电信号的检测方式 |
| 1.3 基于表面肌电的运动健康分析研究意义及现状 |
| 1.3.1 基于表面肌电的运动健康分析及其研究意义 |
| 1.3.2 基于表面肌电的运动健康分析研究现状 |
| 1.4 基于表面肌电的运动意图理解研究意义及现状 |
| 1.4.1 基于表面肌电的运动意图理解及其研究意义 |
| 1.4.2 基于表面肌电的运动意图理解研究现状 |
| 1.5 本文的主要研究内容与创新点 |
| 1.5.1 研究内容 |
| 1.5.2 研究特色与创新 |
| 1.6 本文的组织结构 |
| 第2章 基于表面肌电的脑卒中后神经肌肉病变分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 脑卒中后神经肌肉病变的原理 |
| 2.3 脑卒中后神经肌肉病变分析方法 |
| 2.3.1 算法框架 |
| 2.3.2 聚类索引分析法 |
| 2.4 实验数据采集与处理方法 |
| 2.4.1 受试者募集 |
| 2.4.2 实验数据采集 |
| 2.4.3 实验数据处理 |
| 2.5 实验结果与分析 |
| 2.5.1 聚类索引分析结果 |
| 2.5.2 统计分析结果 |
| 2.5.3 讨论 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 基于表面肌电的外伤性外周神经损伤分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 上肢外周神经损伤简述 |
| 3.2.1 上肢运动系统 |
| 3.2.2 上肢外周神经损伤分析 |
| 3.3 上肢外伤性外周神经损伤量化评估实验方案 |
| 3.3.1 受试者募集 |
| 3.3.2 实验方案设计与数据采集 |
| 3.4 上肢外伤性外周神经损伤的量化评估方法 |
| 3.4.1 量化评估框架 |
| 3.4.2 信号预处理与特征提取 |
| 3.4.3 上肢外周神经损伤存在性评估 |
| 3.4.4 单根神经损伤的量化评估 |
| 3.4.5 性能评价与验证方法 |
| 3.5 实验结果与分析 |
| 3.5.1 上肢外周神经损伤存在性评估结果 |
| 3.5.2 单根神经损伤量化评估结果 |
| 3.5.3 讨论 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 基于表面肌电的肘关节运动角度估计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 肘关节生理结构分析及其运动平衡态假设 |
| 4.2.1 肘关节生理结构分析 |
| 4.2.2 平衡态分析假设 |
| 4.3 实验方案与数据采集 |
| 4.3.1 受试者募集 |
| 4.3.2 实验数据采集 |
| 4.4 基于平衡态的肘关节角度估计方法 |
| 4.4.1 方法框架 |
| 4.4.2 数据预处理 |
| 4.4.3 基于平衡态的数据段分割 |
| 4.4.4 依据平衡态的角度估计方法 |
| 4.4.5 性能评估 |
| 4.5 实验结果与分析 |
| 4.5.1 基于平衡态的数据段分割结果 |
| 4.5.2 角度估计结果 |
| 4.5.3 讨论 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 疲劳状态下的肘关节运动角度估计 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 肌疲劳表征的原理与方法 |
| 5.2.1 肌疲劳的生理原理 |
| 5.2.2 基于表面肌电的肌疲劳表征方法 |
| 5.3 肌疲劳状态下的肘关节连续运动角度估计 |
| 5.3.1 方法框架 |
| 5.3.2 受试者募集与实验数据采集 |
| 5.3.3 无修正的肘关节角度估计 |
| 5.4 基于表面肌电的动态疲劳分析 |
| 5.4.1 疲劳分析方法 |
| 5.4.2 疲劳分析结果 |
| 5.4.3 讨论 |
| 5.5 基于疲劳修正的肘关节角度估计 |
| 5.5.1 疲劳状态下的修正算法 |
| 5.5.2 疲劳修正结果 |
| 5.5.3 讨论 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（5）采用离子选择电极法测定土粒表面性质参数的方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 文献综述 |
| 1.1 土壤胶体表面性质 |
| 1.1.1 土壤胶体比表面 |
| 1.1.2 土壤胶体表面电荷 |
| 1.1.3 土壤胶体表面电位 |
| 1.2 土壤表面性质参数的测定方法 |
| 1.2.1 表面电位的测定方法 |
| 1.2.2 表面电荷数量的测定方法 |
| 1.2.3 比表面积的测定方法 |
| 1.2.4 表面电荷密度和表面电场强度的测定方法 |
| 1.2.5 基于表面性质多参数联合分析原理的离子选择电极法 |
| 第2章 绪论 |
| 2.1 选题依据 |
| 2.2 研究目标 |
| 2.3 研究内容 |
| 2.4 技术路线 |
| 第3章 离子选择电极测定条件的研究 |
| 3.1 材料与方法 |
| 3.1.1 实验材料 |
| 3.1.2 实验方法 |
| 3.2 结果与讨论 |
| 3.2.1 离子选择电极测定时间的研究 |
| 3.2.2 pH条件对离子选择电极测定的影响 |
| 3.2.3 K~+和Ca~(2+)同时存在对离子选择电极测定的影响 |
| 3.3 小结 |
| 第4章 表面性质参数的分析方法研究 |
| 4.1 表面性质分析的方法原理 |
| 4.2 材料与方法 |
| 4.2.1 实验材料 |
| 4.2.2 实验方法 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 混合电解质中离子选择电极的标定 |
| 4.3.2 交换平衡时间 |
| 4.3.3 蒙脱石、高岭石、TiO_2和紫色土平衡浓度和吸附量的测定结果 |
| 4.3.4 蒙脱石、高岭石、TiO_2和紫色土的表面性质参数 |
| 4.3.5 表面性质参数的矫正 |
| 4.3.6 矫正后的表面性质参数及不同前处理方式对测定结果的比较 |
| 4.4 小结 |
| 第5章 电极法在土壤表面性质参数测定中的应用 |
| 5.1 材料与方法 |
| 5.1.1 实验材料 |
| 5.1.2 实验方法 |
| 5.2 结果与讨论 |
| 5.2.1 混合电解质体系中离子选择电极的标定 |
| 5.2.2 溶液中平衡浓度的测定结果 |
| 5.2.3 离子平衡吸附量的测定 |
| 5.2.4 五种土壤的表面性质参数测定 |
| 5.2.5 矫正后的表面性质参数 |
| 5.3 小结 |
| 第6章 电极法测定表面性质参数的可靠性分析 |
| 6.1 不同技术手段测定表面性质参数的结果比较 |
| 6.2 矫正系数与表面电位之间的关系 |
| 6.3 土壤组成与表面性质参数的关系 |
| 6.4 小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间发表论文与参加学术会议情况 |
（6）荷电二维纳米通道离子传输机理及低温超级电容储能应用（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题背景 |
| 1.2 超级电容简介 |
| 1.2.1 超级电容的分类和工作原理 |
| 1.2.2 超级电容的特点及应用 |
| 1.2.3 电极材料的发展 |
| 1.3 超级电容的离子传输与低温性能 |
| 1.3.1 纳米受限空间中的离子传输 |
| 1.3.2 温度对超级电容性能的影响 |
| 1.4 超级电容的低温性能强化 |
| 1.4.1 电极材料形貌结构对离子传输和储能性能的影响 |
| 1.4.2 低温超级电容的研究现状 |
| 1.5 本论文研究内容 |
| 2 实验和模拟方法 |
| 2.1 实验材料和设备 |
| 2.2 材料表征分析 |
| 2.2.1 扫描电子显微镜 |
| 2.2.2 透射电子显微镜 |
| 2.2.3 X射线衍射 |
| 2.2.4 X射线光电子能谱 |
| 2.2.5 拉曼光谱 |
| 2.2.6 氮气吸脱附 |
| 2.2.7 傅里叶变换红外光谱 |
| 2.3 电化学性能测试 |
| 2.3.1 循环伏安法 |
| 2.3.2 恒电流充放电法 |
| 2.3.3 电化学阻抗谱法 |
| 2.4 分子动力学模拟 |
| 2.4.1 基本原理 |
| 2.4.2 力场简介 |
| 2.4.3 数值计算方法 |
| 2.4.4 边界条件与初值 |
| 2.4.5 系综原理 |
| 2.4.6 软件介绍 |
| 3 温度对纳米/亚纳米通道内离子扩散系数的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 模型构建与计算方法 |
| 3.2.1 模型构建 |
| 3.2.2 计算方法 |
| 3.3 不同温度下宏观电解液离子扩散系数及准确性验证 |
| 3.4 不同温度下中性纳米通道内离子扩散系数 |
| 3.5 纳米通道内离子扩散系数增强机理 |
| 3.6 不同温度下带电纳米通道内离子扩散系数和电解液电导率 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 构造传输通道强化离子传输和低温双电层电容储能 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 孔洞石墨烯的设计和制备 |
| 4.3 形貌结构表征 |
| 4.4 低凝固点有机电解液的配置 |
| 4.5 孔洞石墨烯的常温电化学性能及离子传输特性分析 |
| 4.6 孔洞石墨烯的低温电化学性能 |
| 4.7 本章小结 |
| 5 构筑三维多级结构强化离子传输和低温赝电容储能 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 三维多级石墨烯基赝电容材料的设计和制备 |
| 5.3 形貌结构表征 |
| 5.4 三维多级石墨烯基赝电容的低温电化学性能 |
| 5.4.1 单电极的低温性能稳定性 |
| 5.4.2 对称赝电容的低温性能稳定性 |
| 5.5 三维多级石墨烯基非对称电容的低温电化学性能 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 二维纳米材料Ti_3C_2Tx的离子传输强化和低温储能应用 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 Ti_3C_2二维纳米通道内离子传输的分子动力学模拟 |
| 6.2.1 模型构建与计算方法 |
| 6.2.2 通道尺寸对离子扩散和离子浓度的影响 |
| 6.3 三维多孔Ti_3C_2Tx膜电极的设计和制备 |
| 6.4 形貌结构表征 |
| 6.4.1 RRFCA原理分析 |
| 6.4.2 三维多孔Ti_3C_2Tx膜的形貌结构分析 |
| 6.5 三维多孔Ti_3C_2Tx膜电极的常温电化学性能 |
| 6.5.1 高倍率赝电容电极 |
| 6.5.2 高负载量赝电容电极 |
| 6.6 三维多孔Ti_3C_2Tx膜电极的低温电化学性能 |
| 6.7 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 研究创新点 |
| 7.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
（7）新型二维材料的电子及相关性质的理论研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 二维纳米材料 |
| 1.3 二维纳米材料的应用 |
| 1.3.1 二维纳米材料在光催化分解水产氢的应用 |
| 1.3.2 二维纳米材料在光伏器件中的应用 |
| 1.3.3 二维纳米材料反常的霍尔效应及其在电子器件中的应用 |
| 1.4 本论文的研究内容与主要结论 |
| 参考文献 |
| 第二章 第一性原理基础及计算软件介绍 |
| 2.1 多粒子体系薛定谔方程及其求解 |
| 2.1.1 多粒子体系薛定谔方程 |
| 2.1.2 Born-Oppenheimer近似 |
| 2.1.3 Hartree-Fock自洽场方法 |
| 2.2 密度泛函理论 |
| 2.2.1 Tomas-Fermi模型 |
| 2.2.2 Hohenberg-Kohn定理 |
| 2.2.3 Kohn-Sham方程 |
| 2.3 交换关联泛函 |
| 2.3.1 局域密度近似(LDA) |
| 2.3.2 广义梯度近似(GGA) |
| 2.3.3 定域轨道泛函—LDA/GGA+U |
| 2.3.4 杂化泛函 |
| 2.4 非平衡格林函数方法在二电极体系中的应用 |
| 2.4.1 屏蔽近似 |
| 2.4.2 用非平衡格林函数(NEGF)求解体系的电荷密度 |
| 2.5 第一性原理计算软件包 |
| 参考文献 |
| 第三章 二维极性半导体在光催化分解水中的理论研究 |
| 3.1 二维In_2X_3(X=S,Se,Te)中内建电场对光催化全解水的作用 |
| 3.1.1 实验和理论研究背景 |
| 3.1.2 计算方法和模型 |
| 3.1.3 结果和讨论 |
| 3.1.3.1 二维In_2X_3的晶体结构 |
| 3.1.3.2 电子性质和能带对齐 |
| 3.1.3.3 In_2X_3单层的载流子迁移率 |
| 3.1.3.4 In_2X_3双层体系的结构和电子的性质 |
| 3.1.4 小结 |
| 参考文献 |
| 3.2 二维Janus CrXY (X/Y=S,Se,Te)光催化相关电子性质的研究 |
| 3.2.1 实验和理论研究背景 |
| 3.2.2 计算方法和模型 |
| 3.2.3 结果和讨论 |
| 3.2.3.1 CrXY单层的结构和稳定性 |
| 3.2.3.2 电子性质和能带对齐 |
| 3.2.3.3 光吸收和光激发动力学 |
| 3.2.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 二维材料电子性质及其在光伏器件中的设计与研究 |
| 4.1 二维AsSb的几何结构、电子性质及光响应 |
| 4.1.1 实验和理论研究背景 |
| 4.1.2 计算方法和模型 |
| 4.1.3 结果和讨论 |
| 4.1.4 小结 |
| 参考文献 |
| 4.2 二维MX(M=Ge,Sn X=S,Se)的电子性质及在光照下的输运性质的研究 |
| 4.2.1 实验和理论研究背景 |
| 4.2.2 计算方法和模型 |
| 4.2.3 结果和讨论 |
| 4.2.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 二维材料中反常霍尔效应的性质及其应用的研究 |
| 5.1 二维CrP_2S_6中量子反常霍尔效应的研究 |
| 5.1.1 实验和理论研究背景 |
| 5.1.2 计算方法和模型 |
| 5.1.3 结果和讨论 |
| 5.1.4 小结 |
| 参考文献 |
| 5.2 二维MNX(X=Ti,Zr,Hf)中的能谷电子学及其反常霍尔效应的研究 |
| 5.2.1 实验和理论研究背景 |
| 5.2.2 计算方法和模型 |
| 5.2.3 结果和讨论 |
| 5.2.4 小结 |
| 参考文献 |
| 5.3 二维LaBr_2中的能谷极化性质及其能谷霍尔效应 |
| 5.3.1 实验和理论研究背景 |
| 5.3.2 计算方法与模型 |
| 5.3.3 结果和讨论 |
| 5.3.4 小结 |
| 参考文献 |
| 5.4 二维2H-FeCl_2中的能谷霍尔效应及能谷物理机制的研究 |
| 5.4.1 实验和理论研究背景 |
| 5.4.2 计算方法和模型 |
| 5.4.3 结果和讨论 |
| 5.4.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 主要结论与创新点 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录和获奖等情况 |
| 附录: 攻读博士学位期间所发表的英文论文(原文) |
（8）镍-氮功能化炭基CO2电还原催化剂的设计制备（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 电催化还原CO_2的研究背景 |
| 1.3 电催化还原CO_2反应 |
| 1.3.1 反应机理 |
| 1.3.2 性能评价参数 |
| 1.3.3 反应装置 |
| 1.4 CO_2还原电催化剂 |
| 1.4.1 金属催化剂 |
| 1.4.2 杂原子掺杂炭催化剂 |
| 1.4.3 金属-杂原子共掺杂多孔炭催化剂 |
| 1.5 本文选题依据和研究内容 |
| 1.5.1 本文选题依据 |
| 1.5.2 本文主要研究内容 |
| 2、实验部分 |
| 2.1 实验试剂和仪器设备 |
| 2.1.1 原料与试剂 |
| 2.1.2 实验仪器和设备 |
| 2.2 材料表征方法 |
| 2.2.1 扫描电子显微镜(SEM) |
| 2.2.2 透射电子显微镜(TEM) |
| 2.2.3 X-射线衍射分析(XRD) |
| 2.2.4 氮气物理吸附测试 |
| 2.2.5 X-射线光电子能谱分析(XPS) |
| 2.2.6 激光共聚焦显微拉曼光谱分析 |
| 2.2.7 元素分析 |
| 2.2.8 热重-质谱分析(TG-MS) |
| 2.2.9 电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES) |
| 2.3 CO_2电催化性能评价 |
| 2.3.1 循环伏安法 |
| 2.3.2 线性扫描伏安法 |
| 2.3.3 恒电位电解法 |
| 3 过渡金属-氮共掺杂炭耦合磷化镍双功能催化剂的制备及其CO_2电催化制合成气 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 磷化镍@镍-氮-炭的制备方法 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 磷化镍@镍-氮-炭的形貌及结构分析 |
| 3.3.2 磷化镍@镍-氮-炭的表面化学组成分析 |
| 3.3.3 磷化镍和镍氮共掺杂炭的电催化性能测试 |
| 3.3.4 不同磷镍比例对合成气比例的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 过渡金属负载超亲水多孔炭材料制备及其CO_2还原制CO性能研究 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 超亲水炭制备及镍的负载过程 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 超亲水炭材料的形貌及结构分析 |
| 4.3.2 超亲水炭材料的亲水性测试 |
| 4.3.3 超亲水炭负载镍前后的表面及体相化学组成 |
| 4.3.4 CO_2电催化性能测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（9）钢混结构氯盐侵蚀-迁移多场耦合机制与主动电场控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究目的和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 钢筋混凝土结构的腐蚀概况 |
| 1.2.2 钢筋混凝土结构氯盐侵蚀机理 |
| 1.2.3 钢筋混凝土结构腐蚀电化学机理 |
| 1.2.4 钢筋混凝土结构腐蚀防护 |
| 1.2.5 钢筋混凝土结构电化学腐蚀控制技术 |
| 1.2.6 主动电场腐蚀控制的原理及发展趋势 |
| 1.3 本文的研究内容 |
| 第2章 混凝土内孔溶液与水化产物间的物理化学作用 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 混凝土中孔溶液与水化产物间相互作用的热力学模型 |
| 2.2.1 孔溶液中离子的非理想行为 |
| 2.2.2 水化产物与孔溶液间溶解沉积反应 |
| 2.2.3 C-S-H凝胶表面络合作用 |
| 2.2.4 孔隙率的演变模型 |
| 2.2.5 模型参数 |
| 2.2.6 结果与分析 |
| 2.3 氯离子环境下混凝土内的物理化学作用 |
| 2.3.1 不同氯离子浓度下混凝土内孔隙液与水化产物间的相互作用 |
| 2.3.2 温度对受氯盐侵蚀混凝土内离子与水化产物间相互作用的影响 |
| 2.3.3 饱水度对受氯盐侵蚀混凝土内孔隙液与水化产物间相互作用的影响 |
| 2.4 碳化混凝土内的物理化学作用 |
| 2.5 耦合氯盐和碳化环境下混凝土内的物理化学作用 |
| 2.5.1 不同碳化环境下受氯盐污染的混凝土内孔隙液与水化产物间相互作用 |
| 2.5.2 不同氯盐环境下碳化混凝土内孔隙液与水化产物间的相互作用 |
| 2.6 自由与吸附氯离子间的关系以及试验验证 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 基于物理化学本质的混凝土材料传质过程 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 混凝土多孔材料内物质传输理论模型 |
| 3.3 程序实现以及模型参数 |
| 3.4 饱水混凝土材料内粒子场演化的数值模拟 |
| 3.4.1 氯离子环境下混凝土内的物质传输 |
| 3.4.2 试验验证 |
| 3.5 非饱水混凝土材料内粒子场演化的数值模拟 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 钢筋混凝土结构腐蚀控制电场投放的优化设计方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 腐蚀控制用水泥基阳极材料的服役性能 |
| 4.2.1 试验方法 |
| 4.2.2 结果与分析 |
| 4.3 腐蚀控制电场投放的数值模型和优化方法 |
| 4.4 缩尺T型梁构件腐蚀控制电场的优化设计 |
| 4.4.1 T型梁的制备和腐蚀控制系统的搭建 |
| 4.4.2 初始腐蚀状态 |
| 4.4.3 模型参数和阴阳极的边界条件 |
| 4.4.4 T型梁腐蚀控制电场的优化变量 |
| 4.4.5 模型网格单元的划分 |
| 4.4.6 优化结果与讨论 |
| 4.5 缩尺T型梁构件腐蚀控制试验 |
| 4.6 腐蚀控制效果数值模拟与试验结果对比分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 钢筋混凝土结构主动电场腐蚀控制的理论方法 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 腐蚀控制电场与混凝土内离子场耦合作用的理论模型 |
| 5.3 电场和氯离子作用下饱水混凝土材料的物质传输 |
| 5.3.1 材料属性与验证试验 |
| 5.3.2 几何模型 |
| 5.3.3 孔溶液离子浓度与水化产物含量的分布 |
| 5.3.4 腐蚀控制电场作用下钢筋表面电极动力学反应的结果 |
| 5.3.5 试验与数值结果对比分析 |
| 5.4 电场和氯离子作用下非饱水混凝土材料的物质传输 |
| 5.4.1 材料属性与验证试验 |
| 5.4.2 几何模型 |
| 5.4.3 孔溶液离子浓度与水化产物含量的分布 |
| 5.4.4 腐蚀控制电场作用下钢筋表面电极动力学反应结果 |
| 5.4.5 试验与数值结果对比分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 缩尺钢筋混凝土桥墩的主动电场腐蚀控制 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 钢筋混凝土结构腐蚀主动电场控制系统的搭建 |
| 6.2.1 缩尺钢筋混凝土桥墩的制备 |
| 6.2.2 缩尺桥墩腐蚀控制系统的优化设计 |
| 6.2.3 缩尺桥墩腐蚀控制系统的试验 |
| 6.3 缩尺桥墩主动电场腐蚀控制的数值模拟 |
| 6.3.1 几何模型及参数 |
| 6.3.2 普通混凝土桥墩的数值计算结果与分析 |
| 6.3.3 含5%NaCl混凝土桥墩的数值计算结果与分析 |
| 6.4 缩尺桥墩主动电场腐蚀控制的效果 |
| 6.4.1 钢筋腐蚀的热力学控制效果 |
| 6.4.2 钢筋腐蚀动力学因素的控制效果 |
| 6.5 腐蚀控制数值与试验结果的对比分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（10）新型气体分离膜和催化材料的理论探索（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1. 绪论 |
| 1.1 纳米材料简介 |
| 1.1.1 石墨烯 |
| 1.1.2 二维六角硼氮 |
| 1.1.3 单层二硫化钼 |
| 1.1.4 纳米管 |
| 1.1.5 单原子催化剂 |
| 1.2 相关应用介绍 |
| 1.2.1 气体分离 |
| 1.2.2 电催化 |
| 1.2.2.1 氧气还原反应(ORR) |
| 1.2.2.2 析氧反应(OER) |
| 1.2.2.3 析氢反应(HER) |
| 1.2.2.4 合成氨反应 |
| 1.2.3 一氧化碳氧化反应 |
| 1.3 小结 |
| 2. 理论基础和计算方法 |
| 2.1 第一性原理 |
| 2.1.1 Born-Oppenheimer近似 |
| 2.1.2 Hartree-Fock近似 |
| 2.1.3 密度泛函理论 |
| 2.1.3.1 Thomas-Fermi-Dirac近似 |
| 2.1.3.2 Hohenberg-Kohn定理 |
| 2.1.3.3 Kohn-Sham方程 |
| 2.1.4 交换关联项 |
| 2.1.4.1 局域密度近似(LDA) |
| 2.1.4.2 广义梯度近似(GGA) |
| 2.1.4.3 杂化泛函 |
| 2.1.4.4 DFT+U方法 |
| 2.1.5 波函数的展开方法 |
| 2.2 分子动力学 |
| 2.2.1 分子动力学模拟的基本原理和算法 |
| 2.2.2 分子动力学力场 |
| 2.2.3 系综 |
| 2.3 计算软件包简介 |
| 2.4 小结 |
| 3. 新型气体分离膜的理论探索 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 计算细节 |
| 3.3 含孔二维六角硼氮用于H_2/CH_4分离 |
| 3.3.1 引言 |
| 3.3.2 第一性原理研究H_2/CH_4的分离新能 |
| 3.3.3 分子动力学模拟H_2/CH_4的分离性能 |
| 3.3.4 小结 |
| 3.4 多孔单层二硫化钼膜用于氢气提纯和甲烷富集 |
| 3.4.1 引言 |
| 3.4.2 H_2/CO、H_2/N_2、H_2/CH_4和CO_2/CH_4的分离性能 |
| 3.4.3 小结 |
| 4. 新型电催化剂的理论探索 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 单原子3d过渡金属嵌入N掺杂石墨烯用于OER、ORR和HER |
| 4.2.1 引言 |
| 4.2.2 计算细节 |
| 4.2.3 结构与稳定性 |
| 4.2.4 电催化ORR、OER和HER的性能和机理 |
| 4.2.5 小结 |
| 4.3 单原子3d过渡金属嵌入N掺杂石墨烯用于合成氨 |
| 4.3.1 引言 |
| 4.3.2 计算细节 |
| 4.3.3 结构与稳定性 |
| 4.3.4 电催化合成氨的性能和机理 |
| 4.3.5 小结 |
| 5. 单壁硼氮纳米管限域催化的理论探索 |
| 5.1 一氧化碳氧化和限域催化的研究背景 |
| 5.2 计算细节 |
| 5.3 结构与稳定性 |
| 5.4 CO和O_2在催化材料活性位点上的吸附 |
| 5.5 CO氧化的催化反应机理 |
| 5.6 小结 |
| 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 本论文的主要创新点 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 附件 |
四、多平衡体系中标准电极电位的计算方法及分析（论文参考文献）
- [1]钇锆合金氢化物成分设计与吸氢性能研究[D]. 王智辉. 北京科技大学, 2021(08)
- [2]共聚离子液体基聚电解质络合物的油—水界面行为研究[D]. 张赫. 辽宁大学, 2021(02)
- [3]金属-半导体复合光催化材料的设计制备及其全光谱光催化固氮反应的研究[D]. 付蓉. 吉林大学, 2021(01)
- [4]基于表面肌电的上肢运动分析关健技术研究[D]. 汤纬地. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [5]采用离子选择电极法测定土粒表面性质参数的方法研究[D]. 唐玲玲. 西南大学, 2021
- [6]荷电二维纳米通道离子传输机理及低温超级电容储能应用[D]. 孔竞. 浙江大学, 2020(01)
- [7]新型二维材料的电子及相关性质的理论研究[D]. 赵佩. 山东大学, 2020(11)
- [8]镍-氮功能化炭基CO2电还原催化剂的设计制备[D]. 叶成玉. 大连理工大学, 2020(02)
- [9]钢混结构氯盐侵蚀-迁移多场耦合机制与主动电场控制研究[D]. 郭冰冰. 哈尔滨工业大学, 2018
- [10]新型气体分离膜和催化材料的理论探索[D]. 张亚东. 南京理工大学, 2019(06)