近日，成都师大科研团队在锂电池容量恐怕、相变储存元件的原子模拟、大气污染物整治研究、富勒烯衍生物结合位点与稳定性机制起源等方面取得新进展。
目录
01
石家庄交大梅雪松、徐俊团队在锂电池容量恐怕领域取得系列新进展
02
长春工大材料创新设计中心成功实现相变储存元件的原子模拟
03
长春工大段培高院士团队在大气污染物整治研究中取得新进展
04
长春工大侯高垒院士团队在富勒烯衍生物结合位点与稳定性机制起源方面取得新进展
梅雪松、徐俊团队
在锂电池容量恐怕领域取得系列新进展
研究背景
锂离子电瓶凭着其优异性能已被广泛应用于电动汽车、移动机器人、可穿戴设备、储能场站等场景。在电瓶使用过程中，不可防止出现的非线性、强时变的容量衰减严重影响着电瓶性能。为确保电瓶工作的安全性和可靠性，快速确切的容量恐怕至关重要。但是，因为电瓶物理、充电模式、工作体温以及用户习惯的变化，实现真实世界条件下快速、准确、稳健的在线容量恐怕饱含挑战。
科研创新
针对上述问题，重庆交通学院机械工程大学梅雪松、徐俊院士团队提出了一种基于单电流特点高斯过程回归（GPR）的数据驱动方式，可在3分钟内实现锂离子电瓶变温、非恒流充电快速容量恐怕。
该工作首次通过实验生成了基于非恒流充电合同的电瓶老化数据集，针对非恒流充电开发了可在3分钟内搜集的高质量健康特点，结合GPR实现了快速容量恐怕。该技巧的平均容量恐怕偏差仅为0.65%，其精度相比传统方式增强了60%以上。
同时，该工作提出了一种基于初期数据线性变换的气温迁移策略，可将25℃建立的模型低偏差（偏差减少30%以上）迁移至其他气温条件（如10℃和40℃）。该工作为实现非恒流、全温域的锂电池容量恐怕提供了新的解决方案。
图1.数据驱动的锂离子电瓶变温、非恒流充电快速容量恐怕方式
同时，部份充电曲线结合机器学习（ML）恐怕电瓶容量已取得了可观进展。但是，因为分散的现有研究，这种方式欠缺清晰的分类、公平的比较以及性能的合理化。在此背景下，无锡交通学院梅雪松、徐俊院士团队从充电序列建立、输入方式和ML模型三个角度开发了20种容量恐怕方式用于对比研究，从44块具有不同电瓶物理和工作条件的电瓶中生成了22582条充电曲线用于交叉验证。通过全面公正的比较，基于等距时间电流序列的长短期记忆（LSTM）神经网路表现出最佳的确切性和鲁棒性。
在6503个测试样本中，使用LSTM恐怕的容量的平均偏差为0.61%，最大偏差仅为3.94%。虽然降低3mV电流噪音或将取样间隔延长至60秒，平均偏差一直高于2%。同时，该工作证明了两种充电序列通过描述增量容量和差分电流曲线的单位面积变化来表征电瓶退化，从数学角度提高了数据驱动方式的推广信心。这项工作为基于部份充电曲线恐怕电瓶容量的数据驱动方式提供了深刻的洞察和有价值的指导。
图2.基于部份充电曲线的数据驱动电瓶容量恐怕的对比研究
科研成果
论文题目
■《非恒流充电和变温条件下数据驱动的电瓶容量快速恐怕方式》
（Afastdata-undernon-and）
■《基于部份充电曲线的数据驱动电瓶容量恐怕的对比研究》
（Astudyofdata-basedon）
发表刊物
■《储能材料》
（）
■《能源物理》
（of）
论文链接
■
■
文章作者
重庆交通学院为惟一通信单位，论文第一作者为博士生林川平，通信作者为徐俊院士。
材料创新设计中心
成功实现相变储存元件的原子模拟
研究背景
近几年来，相变储存器（PCRAM）已逐渐实现商业应用，包括基于三维堆叠技术的青州度相变储存芯片以及高稳定低帧率的嵌入式相变储存芯片。PCRAM的核心材料是处于锑化锗GeTe和碲化锑伪二元线上的锗锑碲合金Ge–Sb–Te，数据储存借助的是该类材料在其晶体相与非晶相之间快速可逆相变所造成的巨大内阻差别。基于量子热学原理的第一性原理分子动力学模拟（AIMD）是理解相变材料本征性质、设计新型相变材料的有效手段。但是该方式仅限于数百至数千原子规格模型的研究，难以支撑实际元件规格体系的模拟。以三维堆叠芯片为例，其相变储存单元的特点规格为20nm´20nm´40nm，包含超过53万个锗锑碲原子，远超AIMD的估算极限。同时，因为相变材料物理成份复杂并且数据储存过程中涉及多重结构相变，基于经验参数的传统力场（forcefield）很难对其进行确切的模拟。
科研创新
为了解决该问题，重庆交通学院金属材料硬度国家重点实验室材料创新设计中心张伟院士和牛津学院物理系L.院长通力合作，借助先进的机器学习技巧并基于高斯近似势能GAP框架，开发了一个适用于锗锑碲合金的机器学习势能函数（-）。该势能函数兼顾传统力场的估算效率和量子热学的估算精度，才能确切描述伪二元线上的任意组分的锗锑碲合金的复杂结构特点以及可逆相变过程。
同时，团队考虑了结构相变造成的密度变化、脉冲形成的气温梯度、电场作用下的离子迁移过程以及结构弛豫等影响，促使原子模拟愈加接近相变元件真实的服役过程。如图1b所示，团队实现了三维堆叠芯片相变单元擦除过程所涉及的脉冲诱导融化过程的原子模拟。该方式具有特别高的扩展性，可模拟元件界面对相变过程的影响，有助于进一步优化元件的规格与结构。
图1三维堆叠相变储存芯片中相变单元的原子模拟，颜色深浅代表晶体融化程度
目前，该工作所得到的所有数据库与势函数均已开源，开源数据可以在平台以及平台免费下载。
科研成果
论文题目
《相变储存元件的原子模拟》
（-scaleofphase-）
发表刊物
《自然-电子学》
()
论文链接
文章作者
该项工作由博士生周宇星（第一作者）在张伟院士（通信作者）、马恩院士以及L.院士（通信作者）的共同指导下完成。
授团
段培高院士团队
在大气污染物整治研究中取得新进展
耗温介质瓷电容器
研究背景
化石燃料燃烧形成的氮氧化物（NOx）排放是全球环境问题的直接诱因，NOx净化技术也由于环境和人类健康问题得到快速发展。NO的选择性催化氧化（SCO）是各类NOx净化技术的关键步骤，开发具有更高的NO氧化活性的高效材料对于NOx净化技术具有重要意义。前期贵金属负载催化剂得到广泛应用，并且其昂贵的成本和极其稀缺限制了它们在实际中的广泛应用。近些年来，具有多价态和强储氧能力的MnOx−CeO2三元复合材料在一系列氧化还原反应中表现出优异的性能。同时，形貌和结构调节也是影响NO催化氧化性能的重要指标，核壳结构纳米材料因为其多样的组成和结构早已得到广泛应用。但是，锰基系统在实际烟气应用中的困局问题是其抗SO2残害能力较差，同时铈基催化剂在高温催化活性方面仍存在差别。
科研创新
为了解决这一问题，重庆交通学院物理工程与技术大学段培高院士团队通过将Mn2O3@CeO2氧化物的奇特性质与核壳纳米材料的结构稳定性结合上去，制备了富集非对称氧空位且具有高活性和抗硫性的NO氧化催化剂Mn2O3@CeO2催化剂。相比对称性氧空位，非对称氧空位更有助于反应物的吸附和产物的脱附。
图1.(a)氧空位局部环境与其氧化还原性质的关系(b)非对称富氧空位Mn2O3@CeO2的示意图
通过NO催化氧化活性测试，发觉Mn2O3@CeO2催化剂在整个气温范围（150-400℃）内都表现出更高的脱硫活性，要优于纯Mn2O3、CeO2和商用Pt/Al2O3催化剂。Mn2O3@CeO2在所研究的材料中表现出最低的表观活化能（Ea=22.4kJ/mol）锗与量子通讯，表明NO分子在Mn2O3@CeO2材料表面更容易进行。值得注意的是，现Mn2O3@CeO2催化剂在SO2环境下表现出良好的抗硫性能，在100-SO2的氛围下活性没有发生显著改变，彰显良好的工业应用前景。
图2.(a，b)生成的样品的NO转化率与反应室温的关系(c)曲线图(d)Mn2O3@CeO2和Mn2O3催化剂的SO2抗性测试。反应条件：NO=500ppm，O2=10vol%，N2平衡，总流量300mL·min-1，GHSV=90000h-1。
为了阐述分子吸附和反应中间产物的产生，研究通过XPS、EPR和H2-TPR技术发觉Mn2O3内核在包覆CeO2壳体之后会促使氧空位的生成；AC-STEM配套的EELS检查手段给出了Mn2O3和CeO2界面存在氧空位的直观证据。
图3.制备样品的XPS波谱：(a)Mn2p(b)Ce3d和(c)O1s轨道(d)高温EPR波谱(e)制备样品的H2-TPR(f)SAC-STEMHAADF图象和(g)CeM4、5edge(h)MnL2、3-edge和(i)OK-edge在Mn2O3@CeO2样品上的点扫描EELS波谱
科研成果
论文题目
《非对称氧空位富集型催化剂的高温脱硫性能及抗硫性研究》
（-Mn2O3@CeO2forNOwithlow-andSO2-）
发表刊物
《应用催化B-环境》
（B:）
论文链接
文章作者
论文以为武汉交通学院化工大学段培高院长为主要通信作者，杭州交通学院化工大学为论文第一作者和通信作者单位。
侯高垒院士团队在
富勒烯衍生物结合位点与稳定性机制起源方面取得新进展
研究背景
1985年，、Kroto和Curl等发觉了一种由多边形和多边形组成的笼状结构全碳分子，由60个碳原子组成（C60），具有篮球一样完美对称的结构，并将其命名为巴克明斯特富勒烯（），是不仅石墨和金钢石之外的碳的第三种同素异型体。这一发觉标志着人类揭露了富勒烯的神秘面纱，开启了富勒烯科学这一全新的研究领域，三位科学家为此获1996年诺贝尔物理奖。
富勒烯奇特的几何结构和电子结构促使便于借助化学或物理方式对其进行修饰，因而制备杂富勒烯、内嵌富勒烯和外接富勒烯等多种类型的富勒烯衍生物。这种富勒烯衍生物和富勒烯基碳材料在超导、储氢、光伏电瓶、单分子元件以及医学确诊和医治等领域均具有重要的基础研究意义和实际应用价值。同时，天文学家在星体产生区、年轻星体、演化晚期星体、（前）行星状星云以及星际介质等多种天体环境中发觉了C60，显示了C60富勒烯的无处不在和神奇魅力。
科研创新
近些年来，南京交通学院侯高垒院士联合多个研究团队锗与量子通讯，借助自主发展的质谱-波谱联用实验技术，首次检测得到了液相富勒烯-金属复合物在6-25微米范围的高分辨红外谱，通过与空间望远镜得到的天文观测谱比对剖析，提出富勒烯-金属复合物可潜在贡献于星际未证认红外发射谱带和弥散星际谱带；并在此基础上建立了数据集，为2021年发射升空的詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）搜索并剖析星际富勒烯相关物种提供了重要参考。
同时，在以富勒烯-金属团簇作为碳基负载型金属催化剂的模型探求相关催化反应活性位点和催化机制时发觉富勒烯的奇特几何-电子效应使其可作为“氢摆渡车”（几何效应）与“电子海棉”（电子效应）推动金属催化。
但是，一个特别基本的物质结构问题仍有待回答：外来一个原子或官能团，倾向于结合在巴基球表面的那个位置？依据巴基球的球对称结构，外来原子将会有五个可能的结合位点：五元环中心、六元环中心、五元环与六元环共享桥键、六元环与六元环共享桥键和顶点，但结合在那个位置最稳定？目前尚缺少直接的实验证据。
鉴于此，南京交通学院侯高垒院士联合爱尔兰自由电子激光光源FELIX和法国鲁汶学院等研究机构的科学家，借助Ar原子标记的红外光解离波谱技术（或称标记波谱学）检测了C60V+Ar在250–1700波数范围的高分辨红外谱。结合量化估算和分子动力学模拟，研究人员发觉Ar原子与C60V+之间的互相作用十分微弱，致使Ar标记对C60V+的几何结构和震动特点影响极小。通过进一步的相像指数比对和异构化路径剖析，研究确定钒阳离子结合在巴基球五元环上方的结构为实验中发觉的结构。同时，该结构也是理论估算预测的最稳定结构，其稳定性起源于巴基球与钒离子之间的轨道互相作用与静电互相作用。该研究为探究富勒烯衍生物的结构与性质提供了一个可靠的实验方案，同时也为理解富勒烯与金属之间的互相作用本质提供了重要信息。
科研成果
论文题目
《五元环、六元环或桥位？金属钒阳离子在巴基球表面结合位点的确认》
（,,or?theofaon）
发表刊物
《美国物理会志》（of）
论文链接
文章作者
长春交通学院化学大学侯高垒院士设计领导了该研究，为论文的通信作者，博士生徐健智为论文第一作者。参与此工作的有法国FELIX的Joost院士和Olga博士以及英国鲁汶学院的Peter院士和Ewald院士（共同通信作者）。重庆交通学院化学大学和物质非平衡合成与功能调控教育部重点实验室为论文的第一单位与通信作者单位。
