Shape-Controlled Synthesis of Platinum-Based Nanocrystals and Their Electrocatalytic Applications in Fuel Cells

To achieve environmentally benign energy conversion with the carbon neutrality target via electrochemical reactions, the innovation of electrocatalysts plays a vital role in the enablement of renewable resources. Nowadays, Pt-based nanocrystals(NCs) have been identified as one class of the most promising candidates to efficiently catalyze both the half-reactions in hydrogen-and hydrocarbonbased fuel cells. Here, we thoroughly discuss the key achievement in developing shape-controlled Pt and Pt-based NCs, and their electrochemical applications in fuel cells. We begin with a mechanistic discussion on how the morphology can be precisely controlled in a colloidal system, followed by highlighting the advanced development of shape-controlled Pt, Pt-alloy, Pt-based core@shell NCs, Pt-based nanocages, and Pt-based intermetallic compounds. We then select some case studies on models of typical reactions(oxygen reduction reaction at the cathode and small molecular oxidation reaction at the anode) that are enhanced by the shape-controlled Pt-based nanocatalysts. Finally, we provide an outlook on the potential challenges of shape-controlled nanocatalysts and envision their perspective with suggestions.

A Convenient Method for Preparing Shape-controlled ZnO Nanocrystals in a Polyol/Water Mixture System without Surfactants

A facile solution-phase route for the synthesis of shape-controlled ZnO nanocrystals in a polyol/water mixture system was developed. The obtained nanocrystals were characterized by X-ray diffraction, transmission electron microscopy and UV-visible absorption spectroscopy. The results indicate that modulating the adding ways of water has a significant effect on the shape of the obtained nanocrystals. The addition of small quantity of water can increase the growth rate of crystals and leads to the formation of different shapes. The resulting shapes of the novel structures are diverse, including spheres, cones, and teardrops, all of which are obtained without any additional surfactants. These studies concerning the shape evolution of nanocrystals should be valuable for further design and for greater understanding of advanced nanoscale building-block architectures.

Shape-controlled Synthesis of Porous SnO_2 Nanostructures via Morphologically Conserved Transformation from SnC_2O_4 Precursor Approach

Porous SnO_2 nanostructures with controlled shapes were synthesized by a facile morphologically conserved transformation from Sn C_2O_4 precursor approach. Well-defined Sn C_2O_4 nanostructures can be obtained through a solution-based precipitation process at ambient conditions without any surfactant. The formation mechanism of such microstructures was tentatively proposed on the basis of intrinsic crystal structure and the reaction conditions. We found that the morphologies of precursor were well maintained while numerous pores were formed during the annealing process. The combined techniques of X-ray diffraction, nitrogen absorption–desorption, field emission scanning electron microscopy, and(high-resolution) transmission electron microscopy were used to characterize the as-prepared SnO_2 products. Moreover, cyclic voltammetry(CV) study shows that the shape of CV presents a current response like roughly rectangular mirror images with respect to the zero-current line without obvious redox peaks, which indicating an ideal capacitive behavior of the SnO_2 electrodes. The photoluminescence(PL) spectrum study suggests that the as-obtained porous SnO_2 nanostructures might have a large number of defects, vacancies of oxygen, and local lattice disorder at the interface, interior and exterior surfaces.

Shape-controlled synthesis of nanocubic Co_3O_4 by hydrothermal oxidation method

The nanocubic Co3O4 was synthesized by hydrothermal oxidation method. The effects of cobalt salt, precipitating agent, surfactant, solvent, pH value of the suspension and the amount of oxidant H2O2 on the morphology and structure of Co3O4 were investigated. The Co3O4 powders were characterized by transmission electron microscope and X-ray diffraction. The results show that the morphology of Co3O4 is closely dependant on the anion in cobalt salts, but it is not so sensitive to the precipitating agents and solvents. The amount of H2O2 is the key factor to obtain Co3O4 with spinel crystal structure. The optimum synthetic conditions of uniform shape-controlled Co3O4 nanocubes are as follows: Co(CH3COO)2·4H2O as cobalt salt, KOH as precipitating agent, polyethylene glycol with relative molecular mass of about 20 000 as surfactant, water-n-butanol as solvent system, pH value of 8-9, the molar ratio of H2O2 to Co2+ above 2.5∶1.0, hydrothermal temperature of 160 ℃ and hydrothermal holding time of 10 h. The tap density and apparent density of nanocubic Co3O4 obtained with the average particle size of 20 nm are 1.01 g/cm3 and 0.70 g/cm3, respectively.

开展城市设计工作,加强城市风貌管控

在我国城市高质量发展的背景下,中央对城市风貌及城市设计持续关注,城市风貌的塑造和管控成为重要议题。文章在对风貌工作的趋势要求进行解读的基础上,探讨了以山水格局、历史文脉、公共空间、建筑表现共同构成风貌感知要素的问题,通过景观可视、特色可辨、文脉可延、路径可游、建筑可读五个方面的途径来感知城市风貌。在把握城市风貌塑造和生成的特性及其规律的基础上,文章形成了“明确城市风貌定位–强化分区特色主题–细化引导风貌要素”的城市风貌塑造和管控方法,并提出了面向城市风貌塑造和管控,发挥城市设计优势,开展城市设计工作的建议。

冷连轧弯辊力精度改进PSO-SVM预测及补偿分析

为了进一步控制冷连轧弯辊力精度,构建改进PSO-SVM预测模型。利用包含压缩因子的粒子群算法完成支持向量机参数的更高效寻优处理,对回归轧制参数实施反归一化获得弯辊力模型。根据现场实际轧制结果完成预测模型的验证过程。研究结果表明:采用改进PSO-SVM模型获得的预测性能指标在上述优化方法中达到了最低,改进PSO-SVM模型具备最优预测效果。设置可靠补偿后大幅降低了AFC系统工作量,促进了带钢板形效率的显著提升。弯辊力补偿值形成了与弯辊力几乎相同的变化规律,具备优异预测性能。

售货机升降系统S型速度控制策略

在传统三闭环控制方式下,售货机升降接货系统易因启停过程中加速度突变产生冲击,导致系统运行不平稳。针对这一问题,文中对传统升降系统加减速控制策略进行改进,加入前馈和微分负反馈,提出一种S型速度曲线控制算法。根据路径规划判别条件将S型速度曲线分为七段式、六段式和四段式3种,并给出各路径约束条件下的参数求解方法和具体执行流程。将该算法运用到升降控制系统中进行仿真和实际工况测试,实验结果表明,与传统三闭环控制相比,文中所提控制策略可以提高售货机升降系统运行的平稳性,减小冲击,使速度曲线更加柔和,并能够保持较好的跟踪性能。

基于Arduino的SMA丝材智能修复损伤钢筋混凝土梁试验研究

为修复钢筋混凝土梁在使用阶段中由于材料老化、裂缝开展等原因造成的损伤,提出一种基于Arduino智能平台和形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA,具有形状记忆效应和超弹性特性)的智能修复控制系统,根据挠度及裂缝控制原理,设计智能修复控制装置。该装置由输入模块、处理模块和输出模块组成,当检测到钢筋应变超过限值时,输出模块升高SMA丝材温度对梁体进行修复。为验证该智能修复装置的修复性能,设计对比梁A(无修复装置)与试验梁B(加装智能修复控制装置),在加载过程中对试验梁B进行3次修复,对2根梁的跨中挠度、钢筋应变及裂缝宽度等进行对比分析。结果表明:破坏时试验梁B的跨中挠度、裂缝宽度均小于对比梁A,并且在3次修复中试验梁B的跨中挠度、裂缝宽度和钢筋应变最大回复率分别为31.0%、47.0%和71.5%。说明该智能修复控制装置可以监测试验梁受损情况并激发SMA材料对试验梁实施修复,实现钢筋混凝土梁的智能修复。

分步液相还原法制备六方片状纳米银粉工艺研究

为探究分步液相还原法制备六方片状纳米银粉工艺条件对纳米银粉形貌及粒径的影响,以硝酸银为银源,过氧化氢为氧化刻蚀剂,硼氢化钠、抗坏血酸为还原剂,柠檬酸钠为形貌诱导剂,通过分步液相还原法制备出了六方片状纳米银粉。考察了制备工艺中晶种阶段过氧化氢用量、硼氢化钠用量、生长阶段柠檬酸钠用量、反应溶液pH值等工艺条件对纳米银粉形貌及粒径的影响规律,并分析了其影响机理。结果表明,当晶种阶段过氧化氢与硝酸银摩尔比为50∶1、硼氢化钠与硝酸银摩尔比为2∶1、生长阶段柠檬酸钠与硝酸银摩尔比为2∶1,反应溶液pH=8时,可制备出粒度分布均匀的六方片状纳米银粉,其六边形平均边长为40~60nm。晶种阶段过氧化氢用量是影响纳米银粉形貌的关键因素,随过氧化氢用量增大,纳米银粉形貌发生由类球状到片状的转化,过氧化氢过量可使片状纳米银粉边缘发生刻蚀作用;生长阶段反应溶液酸碱度是影响纳米银粉粒径的关键因素,随反应溶液pH值增大,纳米银粉平均粒径逐渐减小;柠檬酸钠可在纳米银粉表面发生选择性吸附,诱导纳米银粉发生各向异性生长,生成片状结构。

基于时间动态规划的机身冗余控制对接算法

为了提高中机身的对接精度,保证对接效率,减小支撑底板受力变形,提出了一种基于调姿时间动态规划的机身冗余控制对接算法。根据机身初始位姿以及机身对接精度要求计算机身目标位姿,以姿态调整量和调姿速度为约束条件计算调姿时间,规划调姿轨迹。通过调姿轨迹计算定位器各轴驱动量,控制电机联动实现中机身调姿对接。仿真实验结果表明,经过基于调姿时间动态规划的冗余控制对接,飞机机身调姿定位过程中支撑底板无受力变形,减小调姿时间的同时对接精度相对较高,满足机身对接同轴度要求。

Shape-controlled synthesis of liquid metal nanodroplets for photothermal therapy

The capping agents for liquid metal (LM) nanodroplets in aqueous solutions are restricted to thiol-containing and positively-charged molecules or macromolecules.However,both thiolate-metal complex and electrostatic interaction are liable to detachment upon strong mechanical forces such as sonication,leading to limited stability and applications.To address this,we utilized ultrasmall water soluble melanin nanoparticles (MNPs) as the capping agent,which exhibited strong metal binding capability with the oxide layer of gallium based LMs and resulted in enhanced stability.Interestingly,shape-controlled synthesis of LM nanodroplets can be achieved by the incorporation of MNPs.Various EGaln nanostructures including nanorice,nanosphere and nanorod were obtained by simply tuning the feed ratio,sonication time,and suspension temperature.Among these shapes,EGaln nanorice has the best photothermal conversion efficiency,which could be leveraged for photothermal therapy.

电弧增材制造铝合金的“控形”和“控性”技术研究现状

电弧增材制造铝合金具有沉积速度快、设备成本低、材料利用率高等优点,受到工业界和学术界的极大关注。但电弧增材制造固有的熔化和凝固特性决定最终材料存在“控形”“控性”的难题。本文从“控形”“控性”两方面对电弧增材制造铝合金的国内外进展进行分析,重点阐述了工艺参数优化、在线处理方式如基板预热、冷轧、熔池在线监测、微铸锻、搅拌摩擦焊等,以及后处理方式,讨论了不同技术的发展现状及趋势,并提出电弧增材制造铝合金“控形”“控性”的发展方向。

深水钻井隔水管横向振动振型分析

为了分析深水钻井隔水管的横向振动固有频率和振型,综合考虑深水隔水管受到的顶部张紧力、海洋环境载荷、钻井平台漂移等作用力,借助微元法建立受力分析模型。根据连续梁理论和隔水管单元的动力学微分方程,确定其无阻尼自然振动基本方程,并进一步剖析建立隔水管横向振动固有频率微分方程和模态振型基本方程,然后进行数值求解。使用控制变量法逐步分析隔水管长度、张力比、自身材质对隔水管固有频率的影响和变化规律。通过MATLAB软件表现出不同阶数的振动振型,结果表明:控制张力比、合理选择隔水管类型能够有效提高固有频率,避免与波流力形成共振,进而保证深水钻井作业安全。此外,隔水管的振型并不是标准正弦曲线,振型会受时间的影响不断变化。

铝板带箔轧机板形控制研究分析

当前,我国作为世界上最大的金属铝消耗国,在铝及铝合金产品生产技术上取得了一系列的突破。但我国在高水准、大宽幅、超薄铝型材产品等方面的制造水平,依然与发达国家存在很大的差距,现有的生产水平及能力也难以社会生产需求。基于国内市场对高质量板带箔材料的需求和现实情况,宽幅、高速系列轧机的成为国内众多铝制品设备厂追求的方向。铝加工产品厚度控制精度和板形控制能力作为设备的核心指标之一,受到许多技术工作者的关注,对此本文通过对板形控制技术相关内容进行研究,旨在为相关企业技术升级改进提供参考建议。

R1轧机新增AGC油缸控制系统的研究与应用

介绍了热轧1580产线R1轧机新增AGC油缸控制系统,使得轧机刚度可以通过标定检测,掌控轧机状态;AGC响应速度快,轧机调平精度高,有利于改善R1轧机板形,对后续R2轧机和精轧机的轧制稳定性,板形控制、产品质量都大有改善。

一种形状记忆合金半主动TMD系统的试验研究

针对调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)系统应用于轻型结构时易失调从而导致减振效果下降的问题,提出了一种新型形状记忆合金半主动TMD系统。该系统利用钢索悬吊质量块并承担其全部重量,使用有效截面为矩形的大尺寸镍钛形状记忆合金棒材,提供TMD系统水平面2个方向不同的抗弯刚度。为了研究该系统的半主动性能,进行了足尺形状记忆合金半主动TMD系统的自由振动试验,通过改变形状记忆合金的工作温度,研究了温度变化对TMD系统频率及阻尼比的影响。研究结果表明,控制形状记忆合金工作温度从-40~+80℃,TMD系统的频率随温度升高呈现升高趋势,而阻尼比随温度升高呈现下降趋势。将该新型形状记忆合金半主动TMD系统应用于受控结构中,一旦TMD失调,可以通过改变形状记忆合金的温度使其重新调谐。因此,设计的新型形状记忆合金TMD系统在轻型结构减振研究中具有一定的工程应用价值和前景。

基于纳米流体液滴凝固的三维形状控制机理

为实现液滴在三维空间内的形状控制,实验制备具有三角形图案的双浸润性表面,通过固定纳米流体液滴的接触线,在低温台上观察其凝固的过程,得到液滴高度和凝固后平台形状之间的变化规律,并通过Surface Evolver模拟液滴在复杂约束性表面上的形态。研究结果表明:被三角形接触线固定的纳米流体液滴,凝固后平台形状随着高度的增加依次经历了三角形、圆形、反三角和圆形,通过模拟值和实验值的对比,认为复杂约束表面上的液滴可以被看作是具有不同接触半径的接触球,在给定液滴高度的情况下,会产生不同大小的顶部平台,这些尺寸的变化将决定凝固后最终顶部平台的形状。通过简单地调节液滴高度就能得到液滴凝固后丰富的形状变化,简化了三维结构制造流程,从而显著提高经济效益。

基于非线性修饰和零阶保持器的船舶航向保持控制

[目的]为了解决船舶在海上航行时控制器舵角输出大、打舵频率高、控制速度较慢以及控制精度较低的问题,利用三阶闭环增益成形算法设计鲁棒控制器。[方法]首先,利用三阶闭环增益成形算法设计出线性鲁棒控制器,然后,在控制策略中加入双曲正切非线性修饰以及零阶保持器,在不同海况下对该控制器的性能进行仿真实验。[结果]仿真结果表明,相比于基于非线性修饰的传统PID控制器,在一般海况下,所提控制器在延迟时间、控制精度以及能量输出上分别改进了36%,14%和32%;在恶劣海况下,分别改进了27%,7%和16%。此外,不同海况下该控制器的仿真结果都具有稳定的舵角输出,并可以较快地稳定在临界值附近,证明了其具有较好的鲁棒性。[结论]改进的控制器符合工程实践,对于智能船舶的控制具有较好的应用参考价值。

电弧增材制造薄壁件形状控制研究进展

电弧增材制造(WAAM)具有沉积速率快、材料利用率高等优势,在航空航天、军工生产、智能汽车、核电等领域具有广阔的应用前景和发展空间。然而,WAAM自身工艺特点的局限性使其难以充分发挥自由制造的优势。尤其是在制造复杂结构零件过程中,WAAM存在热积累和热循环产生残余应力和热变形等固有工艺性问题,而且复杂结构零件的结构特征也对WAAM控形精度带来不小挑战。本文从薄壁零件的结构特征出发,综述了WAAM直壁结构、尖角结构、交叉结构、倾斜/悬空结构和空间交叉结构薄壁件形状控制面临的难题,并对WAAM复杂结构薄壁件的形状控制研究进行了展望。

大跨双层分段式主缆威亚系统施工控制关键技术

第七届世界军人运动会开幕式、闭幕式的威亚表演设施工程上跨武汉市体育中心场馆,主要由钢塔、锚锭、主缆3个部分组成,采用双层分段式主缆系统,跨度布置为(40+380+40)m。基于有限元软件对威亚系统施工全过程进行计算分析,确定双层分段式主缆安装方法,为各施工阶段主缆索力、线形调整提供技术支撑,实现了主缆安装线形;同时,通过技术研究,采用装配式设计、工厂化制造、现场预拼保证钢塔拼装精度,利用无人机牵引先导索保障体育馆索膜结构安全,运用横移式循环牵引系统提高主缆安装工效;为工程安全、快速实施提供了技术保障,为类似工程施工提供可借鉴的工程经验。