厦门大学能源学院团委:厚植“双创”沃土,助力“源梦启航”

近年来,厦门大学能源学院团委(以下简称学院团委)深入贯彻落实习近平总书记关于青年工作的重要思想,始终坚持服务青年的工作生命线,聚焦“双创”工作,发挥学科优势,开展了丰富多彩的“双创”活动,引领青年学子在建设能源强国征程中绽放青春。

新工科背景下新能源专业大学化学教学的思考

化学教育是新能源专业人才培养的重要组成部分,可以帮助学生构建完善的知识体系,以获得分析问题和解决问题的能力。在新工科背景下,应根据新能源类人才必备的基础知识,按化学学科的内容将知识引入、延伸与融合。结合教学实际,就如何自上而下地改革大学化学的教学观念与内容、自下而上地改进教学方式与方法等进行了思考,期望能够为解决当前工科基础化学教学中存在的一些问题,达到加强基础、培养能力、突出创新、提高质量的培养要求提供一些有益思路,助力我国新能源产业的人才培养与发展。

计及能源社区产消者的综合能源系统优化方法

分布式可再生能源的发展使得用户逐步转变为产消者,能源社区协调本地能源分配,允许用户交易能源,为能源系统的提效降本提供了新方向。目前能源社区研究或聚焦于探索综合能源为住宅用户供能但未考虑用户间能源交易,或聚焦于用户间的能源交易但未考虑满足多种能源需求。提出一种计及能源社区产消者的综合能源优化方法,将综合能源服务商和用户作为不同利益主体,基于投标响应机制构建能源社区交易模型,以经济性最优为目标探索综合能源系统的最优设计与运行方案。案例表明,用户通过能源交易机制可有效转移负荷、降低用能成本且在交易中获益。同时,能源社区内产消者的能量交易和协调可降低对上层能源系统的依赖,减小本地可再生能源对上层能源系统的冲击。

基于内标型花瓣状间隙增强拉曼粒子的pH传感

汗液是一种可无创测量的分析物,其pH值可作为诊断和监测各种生理状况的重要指标。表面增强拉曼散射技术(SERS)是一种快速、灵敏、无创、无标记的分析检测技术,但存在因信号波动导致的稳定性差等问题。该文通过制备一种内标型花瓣状间隙增强拉曼标签(PGERT)纳米颗粒并构建pH传感器,实现了对人体汗液中pH值的精确实时分析。该传感器通过在间隙结构内部修饰4-巯基苯甲氰(4-MBN)分子获得内标拉曼信号,并基于外部花瓣状壳层表面修饰pH传感分子4-巯基苯甲酸(4-MBA)获得增强的探针信号,显著提高了检测稳定性和灵敏度。该研究先使用原位分析池建立了pH 5.0~8.0条件下的标准分析曲线,相关系数(r2)高达0.99。该传感器对4种不同pH值汗液(pH 5.0~7.0)的检测结果与标准pH计测试结果的误差率分别为(2.17±5.0)%、(4.62±1.1)%、(5.80±0.3)%、(3.68±1.0)%。结果表明,基于该内标型花瓣状间隙纳米拉曼标签的传感器可用于人体汗液的pH值监测,并具有高灵敏度、高稳定性以及分析精确的优点。

促进能源气候协同治理机制与路径跨学科研究

低碳甚至零碳能源系统是气候解决方案的基础。为实现各类供能系统的碳减排,诸多综合性、系统性的技术和政策研究从自然学科、工程学科、经济学科、社会学科的不同角度和层次开展,并应用于工程实践,对中国2019年碳排放强度较2005年降低48.1%做出了重要贡献。2020年,中国提出2030年前碳达峰和2060年前碳中和的新战略目标,主动提高国家自主贡献指标,吹响了能源领域加速减排行动的号角。

二元共晶糖醇颗粒的制备及其作为降温材料在传统卷烟中的应用

为拓宽传统卷烟用降温材料的筛选范围,利用木糖醇和赤藓糖醇的二元相图计算糖醇共晶点温度,通过熔融法制备木糖醇与赤藓糖醇二元共晶糖醇颗粒,将其作为降温材料应用于传统卷烟中,并评价其吸热降温效果。结果表明:二元共晶糖醇共晶点处的木糖醇与赤藓糖醇物质的量之比为7.6∶2.4,命名为木7.6赤2.4共晶糖醇颗粒,共晶点温度约为89℃;该共晶糖醇颗粒的制备过程中未发生化学反应,其形貌特征与木糖醇颗粒相似,表面较为光滑,将其应用于中短支卷烟时,较空白卷烟的主流烟气温度降低了6.8℃;木糖醇颗粒可有效截留主流烟气中的水分,所添加二元共晶糖醇颗粒中的木糖醇含量越多,卷烟出口处所捕集到的水分越少;二元共晶糖醇颗粒可截留部分主流烟气中的焦油,其中木7.6赤2.4共晶糖醇颗粒卷烟出口端捕集到的焦油量最少,但二元共晶糖醇颗粒对主流烟气中的烟碱含量和CO含量均未产生明显影响;添加木7.6赤2.4共晶糖醇颗粒的卷烟其烟气的甜感有所提升,但吸阻略有增加,且卷烟的烟气热感有所下降,感官品质整体评价最高。

城市能源系统智慧低碳转型的驱动机制及关键技术

城市作为能源消费的主体,聚集了全球50%以上的人口,消耗了80%的一次能源,产生了75%的碳排放。随着"碳达峰、碳中和"目标的提出,中国能源领域将迎来一次根本性变革。城市能源系统的智慧低碳转型对于中国实现温室气体减排目标,促进经济绿色、高效发展具有重要意义。近年来,在城市能源系统评估分析、优化运行、规划设计、应用实例等领域涌现出大量优秀成果,为加快全球能源互联网建设,推动清洁可再生能源利用提供了理论和技术支撑。

核事故缓解任务的最优工作路径算法

[目的]核电厂在发生严重事故后,放射性物质可能从安全壳泄漏到核电厂厂房中,给执行事故缓解任务而在厂内移动的工作人员造成一定的辐射剂量损害.为了尽可能降低工作人员执行任务期间所受的辐射剂量,对其最优工作路径进行算法研究.[方法]使用自主研发的厂内放射性评估软件REMADA,模拟计算CPR1000核电厂在一回路小破口事故、主蒸汽管道破裂事故和全厂断电事故期间厂房内的放射性物质浓度分布,并基于REMADA的辐射剂量评估模块建立辐射剂量最优路径算法,搜索不同缓解任务在限定通行时间内所有的可行工作路径,给出工作人员在厂内通行受辐射剂量最低的路径.[结果]该算法寻找到的最优路径能有效地降低厂内工作人员受到的辐射剂量损害,并且该算法具有较高的执行效率,可满足实际应用中严重事故应急决策的需求.[结论]该研究可为降低工作人员受到的放射性风险、制定事故应急策略提供有力的数据支撑与技术支持.

基于卷积神经网络的氢氦协同效应下的空洞演化预测

[目的]了解辐照引起的核结构材料的降质过程对于反应堆安全运行至关重要.然而,由于辐照损伤实验和基于物理的多尺度模拟存在时间和资源密集性的特点,无法快速评估材料的空洞演化行为.[方法]应用卷积神经网络(CNN)对空洞尺寸和数密度进行预测,并在现有的实验数据范围外,对氦和氢注入量在连续参数变化范围内的相关性进行预测.[结果]经过参数优化的CNN可以很好地克服实验数据不足的限制,仅利用元素组分和环境参数即获得准确的数值回归.[结论]这项工作证明了CNN预测氢氦协同效应下辐照损伤的可行性,对核材料的优化和反应堆安全运行具有实际意义.

铅铋堆燃料组件子通道计算方法优化

针对铅铋堆开展燃料组件子通道分析,对于铅铋堆的发展具有重要的意义。本研究的目的是修改和优化COBRA子通道程序,使其适用于铅铋反应堆,并验证其性能。修改包括调整物性参数、流换热模型、摩擦阻力模型以及湍流交混模型。然后将修改后的程序数值计算结果与实验数据进行比较。针对宽参数质量流量条件,提出了一种与神经网络相结合的子通道优化方法。结果表明:改进后的子通道程序在实验工况下与实验结果和FLUENT计算结果吻合良好。分析质量流量对计算精度的影响,发现神经网络可以提高计算精度。通过改进和神经网络优化子通道分析程序适用于宽参数质量流量工况下的铅铋堆子通道分析,可为铅铋堆的堆芯设计提供方法借鉴。

偏铝酸锂/环化聚丙烯腈共包覆改性高镍层状正极材料的制备

构建表面无机-有机复合包覆层,用于改善高镍层状(NCM811)正极材料结构和界面不稳定问题。复合包覆层由纳米偏铝酸锂(LiAlO_(2),LAO)和环化聚丙烯腈(cPAN)构成。该复合包覆层中LAO是一种典型的锂离子导体,可提供Li^(+)迁移通道;PAN环化后,可产生离域的π键,形成具有电子导电性的cPAN。材料表面复合包覆层的结构及成分研究表明,该复合包覆层均匀分布在NCM811材料表面。半电池测试结果表明,在2.7~4.3 V(vs Li/Li^(+))电压范围内,在180 mA·g^(-1)电流密度下,改性后的NCM811材料循环150周后容量保持率为84.8%。而同样条件下,原始NCM811材料容量保持率为65.5%。该复合包覆层可有效提升NCM811结构和界面稳定性,减少电解液分解,降低界面阻抗。

NiAl催化剂催化5-羟甲基糠醛加氢制备2,5-二羟甲基四氢呋喃

[目的] 5-羟甲基糠醛(HMF)是最重要的生物质基平台化学品之一,可以通过催化加氢途径制备许多高附加值化学品.本文为设计在更加温和的条件下达到高效催化HMF加氢的非贵金属催化剂进行了一系列研究.[方法]通过尿素共沉淀法制备了一种NiAl催化剂,考察了NiAl催化剂催化HMF加氢制备2,5-二羟甲基四氢呋喃(BHMTHF)的性能,并利用X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H_(2)-TPR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、氨气程序升温脱附(NH_(3)-TPD)、X射线光电子能谱(XPS)等表征方法系统地研究了不同Ni/Al比、不同煅烧温度和还原温度对催化剂理化性质的影响.[结果] Ni和Al的投料原子比为3∶1,在350℃下煅烧、650℃下还原制备的催化剂Ni_(3)Al-350-650在100℃、氢气压力2.5 MPa的条件下反应1 h,HMF的转化率和BHMTHF产率分别高达99.5%和87.5%.过高的Ni/Al比制备的催化剂比表面积较小,导致暴露的活性位点较少从而降低了催化活性,通过煅烧温度可以调节NiAl催化剂的可还原性.[结论]本研究实现了在温和条件下HMF的高效催化加氢转化.该结果可为用于HMF定向转化的非贵金属催化剂的设计提供参考.

PtIr/CF双功能电极在氨水制氢中的电催化性能研究

以碳纤维纸(Carbon Fiber,CF)为基底,通过可控电沉积制备了PtIr/CF双功能催化电极,并对其在氨水制氢中的电催化性能进行研究。结果表明,Pt､Ir均匀沉积在基底纤维骨架上,呈花簇状分布,表面形成的针形纳米枝晶为催化反应提供丰富的活性位点。当其用作氨氧化反应(Ammonia Oxidation Reaction,AOR)的阳极时,在1.5 mol/L KOH+1.5 mol/L NH_(3)的混合电解液中,PtIr/CF催化电极显示出0.39 V(vs.RHE)的AOR起始电位和134.4 mA/cm^(2)的电流密度;而当其作为阴极用于析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)时,PtIr/CF催化电极在0.121 V(vs.RHE)的电压下实现了100 mA/cm^(2)的析氢性能,并显示出优于Pt/CF电极的电催化性能和稳定性。

多通道碳纳米纤维的制备及其在超级电容器中的应用

为了开发经济、高性能的水电解质超级电容器电极材料,以聚丙烯腈(PAN)、木质素和聚苯乙烯(PS)为前驱体,采用静电纺丝法制备了低成本的多通道碳纳米纤维原丝,进一步预氧化和炭化后制得PAN/PS/木质素碳纳米纤维(PPLCNFs),当PS添加量为0、0.5、0.75、1.0 g时,样品分别标记为PPLCNFs-0g、PPLCNFs-0.5g、PPLCNFs-0.75g、PPLCNFs-1.0g。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)、N2吸附/脱附等温线分析了PPLCNFs材料的微观形貌、微观结构、表面化学性质和孔结构,通过三电极体系和对称式超级电容器测试了材料的电化学性能。研究结果表明:木质素的加入提高了材料的含氧官能团含量,PS的加入促进了碳纳米纤维中多条通道和多孔结构的形成,增大了材料的比表面积(S_(BET))。在不同PS添加量的碳纳米纤维样品中,PPLCNFs-0.75g表现出最优异的结构特性和电化学性能,其纤维横截面呈莲藕状,内部通道多且直径小,S_(BET)高达412 m^(2)/g,孔容为0.24 cm^(3)/g。在三电极体系中,PPLCNFs-0.75g在电流密度为0.5 A/g时,表现出276 F/g的高比电容,当电流密度增加到100 A/g时,其电容保持率为53.7%,明显优于其他样品。以PPLCNFs-0.75g为电极组装的对称式超级电容器具有良好的储能特性和循环稳定性,在电流密度为0.5 A/g时,比电容为186 F/g,当电流密度增加到100 A/g时,其电容保持率为52.6%;在1 A/g的电流密度下进行10000次循环后,电容保持率为99.8%,库仑效率为99.6%。

碳载金属单原子催化剂的电合成氨进展

氨不仅是生产农业肥料和医药分子的关键原料,同时因其具备高能量密度和零碳排放的特性,也被视为极具潜力的能源载体.鉴于当前对环保和可持续发展的迫切需求,实现氨分子的绿色合成已成为重要任务.其中,利用可再生能源驱动的电化学合成氨技术,因其对环境友好和高效性,被视为替代传统哈伯-博世工艺的绿色路径,具有广阔的应用前景.在电化学催化合成氨的研究中,单原子催化剂(SAC)因其独特的性质而备受关注.SAC的孤立金属中心不仅提高了金属原子的利用率,而且有效抑制了氮-氮偶联反应,从而显著提升了催化合成氨的效率,成为当前的研究热点.本文综述了SAC电催化合成氨领域的最新研究进展,旨在为科研工作者提供基础的理论和实验参考.系统总结了不同氮源(包括氮气、硝酸根、亚硝酸根及一氧化氮)合成氨的研究进展,并深入探讨了催化剂的理论和实验设计、催化活性中心的种类及其催化活性,以及真实反应过程中的催化动态行为.首先,介绍了自然和人工固氮系统中的氮循环路径.自然固氮系统展示了氮气、氮氧化物、氨的循环路径,为不同氮物种合成氨方法提供了可借鉴的思路;而人工氮循环则阐述了社会发展、工业生产对自然循环氮平衡的破坏,凸显了电化学人工固氮的必要性.随后,基于理论模拟方法,在原子和分子尺度上总结了不同氮物种在催化剂表面的反应过程.例如,在氮气合成氨过程中探讨了涉及的解离路径、交替缔合及远端缔合路径等.本文详细阐述了催化活性结构的理论筛选方法的重要性,并介绍了如何通过结构稳定性评估、反应物种的吸附活性以及催化活性及选择性的综合考量,来确定最佳的催化活性中心种类及微观结构.随后,总结了科研人员基于理论筛选结果,采用热解策略制备碳载金属SAC的研究进展.这些策略包括,碳基底与金属络合物的混合热解策略、金属有机框架衍生策略、金属辅助小分子热解策略、吸附活性策略及模板牺牲辅助策略等.同时,系统地总结了不同SAC对四种氮前驱体还原反应的催化活性.此外,深入地讨论了催化活性中心如Cu和Fe单原子在合成氨反应过程中的结构动态演化行为,强调了非原位结构可能仅是单原子前驱体,而反应过程中演变结构才是真实催化活性中心.这对于深入理解SAC电催化合成氨的机理和提高催化效率有一定的借鉴意义.最后,本文简要探讨了单原子催化剂在合成氨领域所面临的挑战及发展机遇.主要包括(1)发展更为精准的理论预测方法,实现从静态计算向动态模拟的转变,以更准确地预测和解析催化剂在实际反应中的行为机制;(2)积极发展多原子协同位点,从金属单原子到双甚至三原子团簇,利用多原子间的协同作用提升催化效率;(3)发展可替代氨合成路径,如低温等离子体耦合电化学合成氨技术,以推动氨合成技术的绿色化和高效化;(4)结合动态谱学技术的发展及应用,通过在原位甚至工况条件下的探究,深入解析动态反应过程,为催化剂的进一步优化提供科学依据.通过发展更为精准的理论预测方法、多原子协同位点、可替代氨合成路径以及结合动态谱学技术的进步,我们有望推动单原子催化剂在合成氨领域的应用取得更大突破.

4032铝合金活塞在中高温氨水环境中的腐蚀行为研究

近年来,氨(NH_(3))作为内燃机燃料得到广泛关注。氨燃烧会产生大量的水,然而未完全燃烧的氨在有水存在的中高温环境中对发动机活塞部件可能会产生腐蚀。以4032铝合金活塞材料为研究对象,研究其在恒温200℃下25%(质量分数)氨水溶液中的腐蚀行为,着重探讨了在不同时间尺度下铝合金的腐蚀失重、腐蚀产物形态、腐蚀电化学性质。结果表明,4032铝合金在中高温氨水环境中的腐蚀速率随浸泡时间的延长呈先增强后减弱的变化趋势,腐蚀产物主要以Al(OH)_(3)为主。随着浸泡时间的延长,4032铝合金的腐蚀电位Ecorr和极化电阻Rp均逐渐增大,腐蚀电流密度Jcorr逐渐减小,并进一步解析了其腐蚀机理。

基于并联-倾斜流道液冷板的锂电池组大倍率放电液冷散热研究

以方形磷酸铁锂电池组为研究对象,在传统的并联流道液冷板结构基础上进行优化设计,提出了并联-倾斜流道液冷板,对两种液冷板下6 C大倍率放电的电池组散热性能进行对比。随后,对并联-倾斜流道液冷板开展单因素分析,研究在不同冷却液质量流量和液冷板结构参数(流道宽度、入口宽度和流道倾斜角度)下对电池组散热性能的影响。最后,设计正交实验对获得的仿真结果进行极差分析,结果表明并联-倾斜流道液冷板最优的结构参数组合是流道宽度12 mm,入口流道宽度15 mm,流道角度70°,质量流量30 g/s。在相同的30 g/s质量流量下,最优结构参数组合下电池组的最大温度、最大温差和液冷板的压降相比并联流道液冷板结构分别下降了0.45%、2.96%和29.08%。

用于碳烟燃烧的Ag(x)-Mn_(1)Co_(2.3)多孔纳米片催化剂的制备与性能研究

采用等体积浸渍法制备了一系列Mn_(1)Co_(2.3)复合物负载不同质量分数Ag颗粒的催化剂,并用于碳烟颗粒的催化燃烧。结果表明,制得的Ag(10)-Mn_(1)Co_(2.3)在松散接触模式以及10%O_(2)/Ar+10%H_(2)O(g)+500μL/L NOx辅助气氛条件下表现出最佳的催化活性,其T_(10)､T_(50)和T_(90)分别为293､338℃和375℃。负载Ag不仅提高了催化剂的本征活性,而且Mn_(1)Co_(2.3)所具有的多孔纳米片形貌使该催化剂与反应物之间具有良好的固-固接触效率。

Li-Al LDH固态电解质及其Cs^(+)掺杂研究

固态电池因其所具有的高能量密度和高安全性而极具发展前景,而开发离子电导率高的固态电解质是固态电池发展的一大关键问题。通过水热法制备了一种锂铝水滑石材料(Li-Al LDH),并对其结构与形貌、热稳定性、电化学性能进行了表征。从XRD和SEM分析可以看出,Li-Al LDH在180℃条件下仍然保持稳定,EIS测试结果表明Li-Al LDH的离子电导率为8.25×10^(-5) S/cm。进一步对Li-Al LDH进行了Cs^(+)掺杂研究,结果表明,对Li-Al LDH成功实现了Cs+掺杂,且所制得的Li-Al LDH(Cs0.1)样品,其离子电导率约为5.2×10^(-4) S/cm,达到了现有氧化物固态电解质离子电导率水平。研究表明Cs+掺杂的Li-Al LDH作为锂电池固态电解质具有潜在的应用前景。

全固态锂硫电池电极及电解质膜的制备及性能研究

全固态锂硫电池(ASSLSBs)兼具高能量密度与高安全性,被认为是最具潜力的下一代储能体系候选者之一,然而目前实验室使用的粉末冷压技术并不适合实际应用。因此,开发合适的工艺大规模制备固态电解质膜以及复合正极对促进全固态锂硫电池的实际化应用具有重要意义。以二甲苯作为溶剂,苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)作为粘结剂,通过浆料涂布工艺制备了具有高离子电导率(4.7×10^(-4) S/cm)的自支撑硫化物固态电解质膜以及高硫含量(50%质量分数)、高硫载量(4~5 mg/cm^(2))的复合硫正极极片,并研究了其性能。研究表明:SEBS质量分数为3%时,电解质膜兼具柔性及高离子电导率;SEBS质量分数为1%的复合硫正极极片表现出良好的电化学性能。使用固态电解质膜与复合正极极片组装的全固态锂硫电池首次放电比容量可达742.9 mAh/g。