【學(xué)術(shù)科研快訊】北理工近期科研動(dòng)態(tài)一覽
發(fā)布日期：2018-12-21
編輯：吳楠 審核：藺偉 閱讀次數(shù)：
北理工張玉利特別研究員在UT-Dallas 24期刊《INFORMS Journal on Computing》發(fā)表最新研究成果
北理工管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)院教師張玉利與美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校申作軍教授,、清華大學(xué)宋士吉教授合作的研究成果“Exact Algorithms for Distributionally β-Robust Machine Scheduling with Uncertain Processing Times”在運(yùn)籌與管理領(lǐng)域頂級(jí)期刊《INFORMS Journal on Computing》發(fā)表。張玉利特別研究員為本文第一作者,。該刊為美國(guó)運(yùn)籌學(xué)和管理學(xué)研究協(xié)會(huì)（INFORMS）季刊,，是國(guó)際商學(xué)院研究能力評(píng)估參考的24本頂級(jí)期刊(UT-Dallas 24期刊)之一。
該研究針對(duì)不確定性環(huán)境下的調(diào)度問題,，提出了一種基于β-魯棒準(zhǔn)則的隨機(jī)魯棒優(yōu)化模型,，并創(chuàng)新性地提出了求解此類非線性離散優(yōu)化模型的高效精確算法——參數(shù)搜索（Parametric Search）方法,。該方法只需對(duì)一維參數(shù)空間進(jìn)行搜索并求解少量的線性優(yōu)化問題即可獲得原問題的最優(yōu)解，避免了傳統(tǒng)方法在多高維離散空間進(jìn)行分支定界的困難,。在期望意義下,，該方法具有多項(xiàng)式時(shí)間的計(jì)算復(fù)雜度。計(jì)算實(shí)驗(yàn)表明該方法可將現(xiàn)有算法效率提升幾個(gè)數(shù)量級(jí),。
論文鏈接：https://pubsonline.informs.org/doi/abs/10.1287/ijoc.2018.0807
北理工李春教授團(tuán)隊(duì)在合成生物學(xué)頂級(jí)期刊發(fā)表“構(gòu)建α-香樹脂醇高產(chǎn)工程化酵母”研究成果
北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院“生物轉(zhuǎn)化與合成生物系統(tǒng)”研究團(tuán)隊(duì)李春教授課題組在合成生物頂級(jí)期刊《ACS synthetic biology》【2018, 7(10), 2391-2402】上發(fā)表了“構(gòu)建α-香樹脂醇高產(chǎn)工程化酵母”的研究成果,。文章的第一作者是李春教授指導(dǎo)的天津大學(xué)化工學(xué)院博士生余源，北理工生命學(xué)院霍毅欣教授是本文的共通訊作者,。
在本研究中,，研究人員通過將α-香樹脂醇合酶MdOSC1引入釀酒酵母中，同時(shí)增加（3S）-2,3-氧化角鯊烯的供應(yīng)以實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)α-香樹脂醇,，搖瓶產(chǎn)量達(dá)到11.97±0.61mg / L,，是之前報(bào)道的最高產(chǎn)量的5.8倍。
三萜的生物合成
萜類化合物是植物次級(jí)代謝產(chǎn)物中最大的一個(gè)家族,，廣泛分布于自然界中，α-香樹脂醇是植物當(dāng)中重要的五環(huán)三萜,，具有重要的生理和藥理活性,。α-香樹脂醇是由(3S)-2,3-氧化鯊烯在氧化鯊烯環(huán)化酶蛋白家族α-香樹脂醇合酶(α-AS)的催化下形成的。由于α-香樹脂醇在植物中的含量極低,，分離純化步驟繁雜,，目前尚未商業(yè)化開發(fā)生產(chǎn)。利用整合了高效α-AS的工程化釀酒酵母,，可用作α-香樹脂醇的可持續(xù)生產(chǎn)方案,。
釀酒酵母中α-香樹脂醇的生產(chǎn)途徑
北理工胡峻教授在《Transactions of the AMS》上發(fā)表Wey模的基座的研究成果
北京理工大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院胡峻教授在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Transactions of the American Mathematical Society》上發(fā)表了題為“Fayers’conjecture and the socle of cyclotomic Weyl modules”的研究論文。該論文研究了分圓Schur代數(shù)的分圓Weyl模的基座,，證明了這些基座中的單模全部都是由Kleshchev多重剖分來參數(shù)化,，并在此基礎(chǔ)上證明了英國(guó)代數(shù)學(xué)家Fayers提出的關(guān)于Fock空間典范基的一個(gè)猜想。
分圓Schur代數(shù)涵蓋了A型的Schur代數(shù)以及q-Schur代數(shù)作為它的特殊情形,，它們?cè)谂c代數(shù)群,、量子群、李型有限群及Hecke代數(shù)相關(guān)的現(xiàn)代李理論中占據(jù)重要的地位,。例如無限一般線性群以及A型量子群的多項(xiàng)式表示都可歸結(jié)為Schur代數(shù)與q-Schur代數(shù)的表示,，而有限一般線性群的冪幺表示也可歸結(jié)到q-Schur代數(shù)的表示。分圓Weyl模是分圓Schur代數(shù)的一類最基本的表示,，后者的每個(gè)不可約模都可以作為某個(gè)分圓Weyl模的單頭,，而研究不可約模是分圓Schur代數(shù)的表示理論中的核心問題。
分圓Weyl模的基座是指它們的最大半單子模,。胡峻教授的上述論文在一個(gè)一般的“Schur對(duì)”的框架下證明了任意Weyl模的基座中的每個(gè)單?？偸撬芯看鷶?shù)的某個(gè)不可分解的投射且內(nèi)射模的（唯一）單頭,。胡峻教授把這個(gè)理論應(yīng)用到解決Fayers提出的關(guān)于Fock空間的典范基的一個(gè)猜想。
這一原創(chuàng)性成果進(jìn)一步增進(jìn)了人們對(duì)于Weyl模中合成因子重?cái)?shù)這一核心問題的理解,，該項(xiàng)工作中所使用的Z分次表示理論方法為研究Weyl模中合成因子重?cái)?shù)開辟了新的途徑,，其中適用于一般“Schur對(duì)”的框架的Weyl模的基座理論有著廣闊的應(yīng)用前景，例如它能夠應(yīng)用到一些不同的場(chǎng)合包括拋物BGG范疇O,、Harish-Chandra雙模理論以及有理Cherednik代數(shù)的表示等,。
論文鏈接：http://www.ams.org/journals/tran/0000-000-00/S0002-9947-2018-07551-1/home.html
北理工朱蓉禪副教授在《The Annals of Probability》上發(fā)表?_3^4動(dòng)力模型格點(diǎn)逼近的研究成果
日前，北京理工大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院朱蓉禪副教授在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《The Annals of Probability》上發(fā)表了題為“Lattice approximation to the dynamical 
model”的研究論文,。該研究構(gòu)造了以格點(diǎn)上場(chǎng)的逼近測(cè)度為不變分布的有限維系統(tǒng)收斂到動(dòng)力模型,。這對(duì)應(yīng)于量子場(chǎng)論中重要的場(chǎng)格點(diǎn)逼近，由此可以得到動(dòng)力模型以場(chǎng)為不變測(cè)度,。
動(dòng)力模型是對(duì)量子場(chǎng)論中基本模型場(chǎng)提出的隨機(jī)量子化模型，即構(gòu)造一個(gè)隨機(jī)偏微分方程即動(dòng)力模型使得當(dāng)時(shí)間趨于無窮時(shí)方程的解依分布收斂到場(chǎng),。由此運(yùn)用隨機(jī)分析的方法研究場(chǎng),。動(dòng)力模型是一類帶有奇異噪聲的隨機(jī)偏微分方程,，如何在d="3時(shí)給出方程解的適定性是公開了很多年的問題,。
場(chǎng)的格點(diǎn)逼近是研究和構(gòu)造場(chǎng)的一種重要方法,，它保持了測(cè)度的鐵磁本質(zhì)和Osterwalder–Schrader公理,。朱蓉禪副教授在上訴論文中運(yùn)用擬控制分布首先研究了以格點(diǎn)上場(chǎng)的逼近測(cè)度為不變分布的有限維系統(tǒng)。動(dòng)力模型可以看成是三維環(huán)面上的模型,，因此要證明收斂性需要將格點(diǎn)系統(tǒng)模型延拓到環(huán)面上進(jìn)行比較。這時(shí)延拓時(shí)會(huì)產(chǎn)生有限維投影算子,，這個(gè)算子會(huì)導(dǎo)致擬控制分布中非常本質(zhì)的交換子估計(jì)不成立,，分析方法無法運(yùn)用。這時(shí)朱蓉禪副教授及合作者在論文中將投影算子中余項(xiàng)部分運(yùn)用概率計(jì)算的方法證明了收斂,。
這一結(jié)果進(jìn)一步增進(jìn)了人們對(duì)于場(chǎng)動(dòng)力系統(tǒng)及其格點(diǎn)逼近之間的關(guān)系。既可以用來聯(lián)系場(chǎng)和動(dòng)力模型,，也可以用來構(gòu)造與場(chǎng)對(duì)應(yīng)的狄氏型,，由此回答了以場(chǎng)為參考測(cè)度的二次型可閉的公開問題。
論文鏈接：https://projecteuclid.org/euclid.aop/1517821226
北理工方岱寧,、陳浩森、宋維力團(tuán)隊(duì)在材料類頂級(jí)期刊Adv. Funct. Mater.上發(fā)表文章
2018 年11月17日，著名材料學(xué)期刊 《先進(jìn)功能材料》 （Advanced Functional Materials, 2018, 1806383.）在線報(bào)道了北京理工大學(xué)先進(jìn)結(jié)構(gòu)技術(shù)研究院方岱寧院士,，陳浩森副教授，和宋維力副教授合作領(lǐng)導(dǎo)研究的一種全新的基于電化學(xué)精確控制的,，硅基電化學(xué)-力學(xué)-光學(xué)耦合仿生變色器件,。該項(xiàng)研究基于全新的電化學(xué)-力學(xué)耦合變色調(diào)控機(jī)理，實(shí)現(xiàn)了可見光寬頻段精確調(diào)控,，并具有獨(dú)特的彩色/銀色切換功能,。
通過模擬章魚皮膚變色機(jī)理設(shè)計(jì)電化學(xué)精確調(diào)控變色硅膜
大自然中有多種能夠自適應(yīng)變色偽裝的生物，以章魚為例,，當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生改變時(shí),，章魚能夠通過主動(dòng)調(diào)控皮膚細(xì)胞中蛋白質(zhì)的體積來改變光在不同界面的相位差，從而實(shí)現(xiàn)皮膚變色,。方岱寧課題組通過設(shè)計(jì)具有穩(wěn)定可逆膨脹的硅膜電極,，模仿章魚皮膚變色機(jī)理，巧妙地利用嵌鋰電位（<1 V）,，精確控制鋰離子在硅薄膜中的脫嵌行為,，實(shí)現(xiàn)硅膜的高精度體積變化調(diào)控，改變硅膜結(jié)構(gòu)對(duì)光線反射產(chǎn)生干涉消光條件,，獲得一系列絢麗色彩,。值得一提的是，調(diào)控硅薄膜中的嵌鋰程度,，可以實(shí)現(xiàn)關(guān)閉或開啟光線干擾作用,，器件可以實(shí)現(xiàn)彩色至銀色的切換功能。
該團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)和理論模擬進(jìn)一步研究了該仿生變色器件中的電化學(xué)力學(xué)耦合變色機(jī)理,。采用橢偏儀測(cè)試了其不同鋰化程度下的納米硅薄膜的光學(xué)常數(shù)（折射率和消光系數(shù)）,，以及相對(duì)應(yīng)的納米硅薄膜的厚度，驗(yàn)證了鋰化納米硅薄膜的化學(xué)演化過程,。通過建立光學(xué)理論模型,，預(yù)測(cè)出不同嵌鋰程度下的器件反射率，其預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測(cè)試吻合,，進(jìn)一步驗(yàn)證了該仿生變色器件的調(diào)控機(jī)理。
光學(xué)理論模型建立
該仿生結(jié)構(gòu)變色器件具有很強(qiáng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用前景,，改變硅薄膜的初始厚度和導(dǎo)電集流體顏色,，可以任意定制所需要的顏色調(diào)控范圍。通過光刻技術(shù),，可以定制各種顯色圖案,。并且，該變色系統(tǒng)和硅基鋰離子電池具有良好的兼容性，在硅基鋰離子電池的可視化實(shí)時(shí)監(jiān)控中也有巨大的應(yīng)用前景,。
變色器件在光學(xué)顯示中的應(yīng)用
該項(xiàng)研究成果首次報(bào)道了納米硅薄膜在嵌鋰過程中的變色現(xiàn)象,，揭示了其中的電化學(xué)力學(xué)耦合變色機(jī)理，設(shè)計(jì)制備了基于硅負(fù)極的仿生變色器件,，為今后的仿生結(jié)構(gòu)變色材料的研究開辟了一個(gè)全新的方向,。該課題組研究人員認(rèn)為，進(jìn)一步優(yōu)化變色薄膜的結(jié)構(gòu),，可以實(shí)現(xiàn)更高穩(wěn)定性的仿生結(jié)構(gòu)變色器件,。同時(shí)獨(dú)特的電化學(xué)力學(xué)調(diào)控變色機(jī)理具有極強(qiáng)的普適性，可以適用于具有脫嵌鋰體積收縮膨脹效應(yīng)的其他材料,。
北理工關(guān)于電力市場(chǎng)化改革研究方面的成果發(fā)表于《Energy Economics》期刊
能源與環(huán)境政策研究中心的研究成果《經(jīng)濟(jì)調(diào)度機(jī)制在煤電部門的節(jié)能潛力評(píng)估》(Economic dispatch savings in the coal-fired power sector: An empirical study of China),，發(fā)表于能源經(jīng)濟(jì)學(xué)的頂級(jí)期刊《Energy Economics》上。該項(xiàng)研究成果是由北京理工大學(xué)能源與環(huán)境政策研究中心（CEEP-BIT）與劍橋大學(xué)能源政策研究組（Energy Policy Research Group,，EPRG）共同合作完成,，魏一鳴教授，陳浩博士,、Chi Kong Chyong博士和康佳寧博士生是該文的主要作者,，魏一鳴教授是該文的通訊作者。
電力部門是中國(guó)最大的煤炭消費(fèi)部門和最大的二氧化碳排放來源,，在應(yīng)對(duì)氣候變化過程中可以發(fā)揮關(guān)鍵作用,。2015年3月，國(guó)務(wù)院發(fā)布了9號(hào)文,，拉開了新一輪的電力市場(chǎng)化改革序幕,。本輪電改的一項(xiàng)重要任務(wù)是有序放開發(fā)用電計(jì)劃，以提高電力系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效率和實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排,，從而提高電力系統(tǒng)發(fā)展的可持續(xù)性和電力消費(fèi)的可支付性,。世界上絕大部分國(guó)家的電力系統(tǒng)運(yùn)行都是基于“經(jīng)濟(jì)調(diào)度”機(jī)制，而由于各種歷史原因,，中國(guó)當(dāng)前的電力系統(tǒng)運(yùn)行仍然沿襲著具有計(jì)劃經(jīng)濟(jì)色彩的“行政調(diào)度”機(jī)制,，產(chǎn)生了大量的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。因此,，為了給中國(guó)的電力市場(chǎng)化改革提供決策支撐和科學(xué)依據(jù),，魏一鳴教授領(lǐng)導(dǎo)的電力市場(chǎng)化改革研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合劍橋大學(xué)的EPRG團(tuán)隊(duì)開展了此項(xiàng)研究。
六大區(qū)域電網(wǎng)煤電機(jī)組的燃料消耗率
本研究首先測(cè)算了中國(guó)六大區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)所有煤電機(jī)組的燃料消耗率,，發(fā)現(xiàn)2014年中國(guó)煤電機(jī)組的燃料消耗率位于273.91 gce/kWh和348.38 gce/kWh之間,。同時(shí)，無論是在省級(jí)電網(wǎng)層面,、區(qū)域電網(wǎng)層面和全國(guó)層面,，同一電力平衡區(qū)域內(nèi)煤電機(jī)組的燃料消耗率均存在著不同程度的差異,，說明了電力系統(tǒng)的調(diào)度機(jī)制改革存在著一定的節(jié)能空間。
煤電機(jī)組發(fā)電效率和年度運(yùn)行小時(shí)數(shù)
基于測(cè)算出的煤電機(jī)組燃料消耗率,，本研究分析了2014年中國(guó)裝機(jī)容量超過1GW的所有煤電廠的機(jī)組發(fā)電效率與其年度運(yùn)行小時(shí)數(shù)之間的相關(guān)性,，發(fā)現(xiàn)有接近一半的省份的煤電機(jī)組處于低效運(yùn)行的狀態(tài)，即機(jī)組的發(fā)電效率越高,，年度運(yùn)行時(shí)間反而越少,。由此，佐證了中國(guó)電力系統(tǒng)運(yùn)行的低效率和實(shí)施經(jīng)濟(jì)調(diào)度機(jī)制的必要性,。
經(jīng)濟(jì)調(diào)度機(jī)制實(shí)施后各省的煤炭節(jié)省比例（%）
以2014年中國(guó)煤電部門的實(shí)際數(shù)據(jù)為例，基于建立的煤電部門經(jīng)濟(jì)調(diào)度節(jié)能潛力評(píng)估模型,，測(cè)算了如果中國(guó)在2014年實(shí)施經(jīng)濟(jì)調(diào)度機(jī)制后帶來的節(jié)能潛力,。發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的實(shí)施可以在全國(guó)層面上帶來大約0.72億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的節(jié)省量，占當(dāng)年發(fā)電總煤耗5.67%,。同時(shí),，研究歸納總結(jié)出了煤電部門實(shí)施經(jīng)濟(jì)調(diào)度機(jī)制面臨的挑戰(zhàn)，包括不同所有權(quán)性質(zhì)煤電廠的利益再分配沖突,、跨區(qū)電力交易和產(chǎn)能過剩背景下的企業(yè)運(yùn)營(yíng)等,。最后，基于國(guó)際經(jīng)驗(yàn)提出了五點(diǎn)利于在中國(guó)煤電部門實(shí)施經(jīng)濟(jì)調(diào)度機(jī)制的政策建議,。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.eneco.2018.06.017
北理工張軍勇特別研究員在《Mathematische Zeitschrift》上發(fā)表含反平方位勢(shì)薛定諤算子的研究成果
日前,，北京理工大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院張軍勇特別研究員與及其合作者在國(guó)際數(shù)學(xué)頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Mathematische Zeitschrift》上發(fā)表了題為“Sobolev spaces adapted to the Schr?dinger operator with inverse-square potential”的研究論文。該論文通過建立含反平方位勢(shì)薛定諤算子所對(duì)應(yīng)的Littlewood-Paley 理論,、乘子定理,、Hardy 不等式等調(diào)和分析工具，證明了含反平方位勢(shì)薛定諤算子在L^p框架下的Sobolev空間與經(jīng)典的Sobolev空間的等價(jià)性,。
含反平方位勢(shì)薛定諤算子的研究興趣主要來源于數(shù)學(xué)和物理兩方面,。在物理上，該算子同含庫(kù)倫位勢(shì)的狄拉克方程,、以及Schwarzschild和Reissner-Nordstr?m黑洞中度量的擾動(dòng)的研究緊密聯(lián)系,。在數(shù)學(xué)方面，反平方位勢(shì)與拉普拉斯算子具有相同的伸縮不變性,，含反平方位勢(shì)薛定諤算子在很多理論研究中引起眾多學(xué)者的研究,。 算子的譜理論和調(diào)和分析工具是研究該算子所對(duì)應(yīng)描述物理現(xiàn)象方程的核心工具，因此該研究成果為后續(xù)研究波的奇性傳播奠定了基礎(chǔ),，例如黑洞中波的傳播,。
張軍勇特別研究員及其合作者的上述論文在充分考慮反平方位勢(shì)的影響下,，證明了通過含反平方位勢(shì)薛定諤算子所定義的Sobolev空間與拉普拉斯算子所定義的Sobolev空間范數(shù)模等價(jià)，但在L^p框架下p的范圍受到了反平方位勢(shì)的嚴(yán)重影響。除此之外,，張軍勇特別研究員在關(guān)于反平方位勢(shì)薛定諤算子和色散方程方面開展了一系列研究,。在本論文完成之前,，與合作者在 [J. Funct. Anal. 267(2014), 2907-2932]研究了歐氏空間中含反平方位勢(shì)能量次臨界非線性薛定諤方程解的整體適定性理論和散射理論，這個(gè)結(jié)果是滿足伸縮變換不變,，但不滿足平移不變的非線性色散方程模型的首個(gè)散射理論。 受這個(gè)結(jié)果啟發(fā),，進(jìn)一步獲得本論文的研究結(jié)果。
這一原創(chuàng)性成果進(jìn)一步增進(jìn)了人們對(duì)于奇性位勢(shì)在薛定諤算子和方程中解長(zhǎng)時(shí)間行為這一核心問題的理解,，該項(xiàng)工作中研究Sobolev范數(shù)等價(jià)性的方法適用于一般滿足熱核估計(jì)算子，該結(jié)果同時(shí)也是研究該類非線性色散方程的重要工具,。
論文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s00209-017-1934-8
北理工楊帆教授,、劉鋮鋮研究員和張力達(dá)副教授在《物理評(píng)論快報(bào)》期刊上發(fā)表關(guān)于魔角石墨烯超導(dǎo)機(jī)理的最新研究成果
2018年11月21日，北京理工大學(xué)物理學(xué)院由楊帆教授牽頭,，劉鋮鋮研究員,、張力達(dá)副教授合作在物理學(xué)最頂級(jí)的權(quán)威期刊《Physical Review Letters》上發(fā)表了題為“Chiral Spin Density Wave and d+id Superconductivity in the Magic-Angle-Twisted Bilayer Graphene”的研究論文。這篇論文對(duì)于今年新發(fā)現(xiàn)的魔角雙層石墨烯中的非常規(guī)高溫超導(dǎo)現(xiàn)象提出一種新的理論機(jī)制,，獲得國(guó)際學(xué)術(shù)界的廣泛認(rèn)同和跟進(jìn),，成為目前該研究領(lǐng)域的重要理論之一（在Google Scholar上已被引用21次）。
今年三月,，美國(guó)麻省理工學(xué)院博士生曹源與其導(dǎo)師Jarillo-Herrero等人在Nature發(fā)表背靠背長(zhǎng)文,，以報(bào)道他們?cè)谄湫陆铣傻哪Ы请p層石墨烯中所發(fā)現(xiàn)的非常規(guī)高溫超導(dǎo)現(xiàn)象，在整個(gè)凝聚態(tài)物理領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注,。目前,，該體系的超導(dǎo)機(jī)理尚不明確。北理工楊帆教授等通過細(xì)致分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,，首次提出“交換密度波漲落”的超導(dǎo)機(jī)理,。基于此觀點(diǎn),，他們首次采用微擾論對(duì)材料的宏觀性質(zhì)作了系統(tǒng)的微觀理論計(jì)算,，得到的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的多個(gè)方面定性符合。該觀點(diǎn)受到魔角石墨烯研究領(lǐng)域的廣泛認(rèn)同和跟進(jìn),，成為該研究領(lǐng)域目前最具影響力的觀點(diǎn)之一,。同時(shí),，論文首次將平帶中的Van-Hove 奇異性與費(fèi)米面嵌套（FS-nesting）和曹源等人在實(shí)驗(yàn)中看到的現(xiàn)象聯(lián)系起來。這一開創(chuàng)性的觀點(diǎn)在該領(lǐng)域得到了之后大多數(shù)研究組的認(rèn)同和采納,。
材料的低能等效晶體結(jié)構(gòu),、能帶結(jié)構(gòu)與態(tài)密度曲線
材料包括磁性和超導(dǎo)的相圖，以及超導(dǎo)能隙函數(shù)
論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.217001
北理工前沿交叉院王博教授在Angew. Chem. Int. Ed.期刊發(fā)表重要研究成果
近日,，在北京理工大學(xué)王博教授,、陳世稆教授和馬小杰助理教授團(tuán)隊(duì)（共同通訊作者）帶領(lǐng)下，提出了一種含鐵金屬有機(jī)框架MIL-100（Fe）,，用于去除臭氧,。相關(guān)成果以題為“An Iron-Containing Metal–Organic Framework as a Highly Efficient Catalyst for Ozone Decomposition”發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊Angew. Chem. Int. Ed.上。
MIL-100（Fe）在室溫下相對(duì)濕度為45％,，空間速度為1.9×105 h^-1時(shí),，在100小時(shí)內(nèi)具有100％的持久臭氧轉(zhuǎn)化效率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出大多數(shù)的性能,，顯示出優(yōu)異且穩(wěn)定的催化效率,。該MOF優(yōu)于許多吸附劑和催化劑,，如活性炭和α-MnO2（12小時(shí)后分別降至臭氧分解的18％和60％）。更重要的是,，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)水在MOF催化臭氧分解中起協(xié)同作用，即使在極端潮濕的條件下（例如> 90％RH）也能實(shí)現(xiàn)完全去除臭氧,。
MIL-100（Fe）作為臭氧分解的催化劑
為了進(jìn)一步的實(shí)際應(yīng)用，團(tuán)隊(duì)還用熱壓（HoP）法對(duì)MIL-100（Fe）進(jìn)行了加工,，制造了一種基于MOF的催化過濾器；作為口罩上的過濾器,，它顯示了對(duì)低濃度臭氧幾乎完全的保護(hù)。本研究證明了MOF在臭氧污染控制方面的巨大潛力,，也為臭氧分解催化劑的設(shè)計(jì)提供了新的見解,。
MIL-100（Fe）物理性能表征及對(duì)臭氧轉(zhuǎn)化率（a）MIL-100（Fe）的臭氧轉(zhuǎn)化率,。b）模擬的、合成的和暴露于臭氧的MIL-100（Fe）的粉末XRD圖案,。c）在暴露于臭氧之前和之后，MIL-100（Fe）的N2吸附等溫線,。插圖：MIL-100（Fe）的孔徑分布,。d）分別對(duì)MIL-100（Fe）、α-MnO2,、活性炭,、α-Fe2O3和β-MnO2進(jìn)行臭氧轉(zhuǎn)化。條件：用0.27g石英砂稀釋的0.03g催化劑,，C(O?)="45ppm,，流速=1000mL·min^-1，RH=45％,，室溫,。）
MIL-100（Fe）不同高濕度環(huán)境下對(duì)臭氧的轉(zhuǎn)化率（a）分別在<5％RH、20％RH,、30％RH,、40％RH和> 90％RH下MIL-100（Fe）的臭氧轉(zhuǎn)化率。b）在交替相對(duì)濕度下MIL-100（Fe）上的臭氧轉(zhuǎn)化率,。c）優(yōu)化了在MIL‐100(Fe)催化臭氧分解過程中沿路徑穩(wěn)定點(diǎn)的結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的勢(shì)能曲線,。d）藍(lán)色和紅線分別表示六重態(tài)和四重態(tài)MIL-100(Fe)氫氧化物復(fù)合物的能級(jí)。實(shí)驗(yàn)條件：用0.27g石英砂稀釋0.03g催化劑,，C(O?)= 45ppm,，流速="1000mL·min^-1，RH="45％,，室溫,。）
地面臭氧是世界上主要的空氣污染物之一，由于其高反應(yīng)性和強(qiáng)氧化能力,，直接導(dǎo)致光化學(xué)煙霧,。長(zhǎng)期暴露于臭氧會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的肺損傷，并增加因呼吸道疾病而早死的風(fēng)險(xiǎn),。臭氧去除的主要方法有活性炭吸附、化學(xué)吸附和催化分解,。吸附劑再生和廢液處理的不可避免的問題意味著多相催化是目前最有效的方法。迄今為止,，通過使用貴金屬和過渡金屬氧化物作為催化劑分解消除臭氧,。在這些報(bào)道的催化劑中,，MnO?具有較好的分解活性和較低的成本。然而,，由于吸附在表面的氧物質(zhì)的積累,，其活性急劇下降。更重要的是,，由于水在反應(yīng)性位點(diǎn)上的競(jìng)爭(zhēng)性吸附,，MnO?在水蒸氣存在的情況下顯示出降低的活性。盡管為了在高濕度環(huán)境下獲得良好的活性,，貴金屬催化劑一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn),，但由于其高成本和稀缺性，貴金屬的大規(guī)模應(yīng)用受到了限制,。因此,，開發(fā)具有優(yōu)異活性和在潮濕環(huán)境下性能穩(wěn)定的非貴金屬催化劑是非常有必要的。
MOFilter的制作及其應(yīng)用測(cè)試（a,b）MOFilter的照片和包含MOFilter的口罩,。c）MOFilter的SEM圖像,。d）（c）中方框的放大圖像。e）模擬MIL-100（Fe）,，無紡布和MOFilter的XRD圖案,。f）MOFilter上的臭氧去除，入口臭氧濃度為200ppb,，室溫下RH為45％。）
團(tuán)隊(duì)探索使用了MOF進(jìn)行催化臭氧分解的可能性和詳細(xì)機(jī)理,。研究了在潮濕環(huán)境中的催化活性,，發(fā)現(xiàn)使用MIL-100（Fe）的臭氧去除效率可以達(dá)到100％并且在45％RH的高流速下持續(xù)超過100小時(shí)。通過與多孔吸附劑（活性炭）和過渡金屬氧化物催化劑（α-MnO2）的比較,，進(jìn)一步驗(yàn)證了MIL-100（Fe）的優(yōu)異活性）,，用臭氧快速停用，在12小時(shí)內(nèi)分別降至18％和60％,。研究發(fā)現(xiàn),，當(dāng)使用MOF作為活性催化劑時(shí)，水的存在有利于消除臭氧,，并且在相對(duì)濕度為40％至大于90％的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)臭氧的完全分解,。此外，MOFilter已經(jīng)被制作并用作口罩中的過濾層,，以防止低水平的臭氧,。這些研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了MOF對(duì)污染控制的重要性，并可能為開發(fā)臭氧分解的其他催化劑開辟新的可能性,。
論文鏈接：An Iron-Containing Metal–Organic Framework as a Highly Efficient Catalyst for Ozone Decomposition（Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201810268）
北理工王涌天教授團(tuán)隊(duì)在光學(xué)類頂級(jí)期刊Light: Science & Applications發(fā)表論文
近日,，北理工光電學(xué)院王涌天教授團(tuán)隊(duì)黃玲玲教授等人和德國(guó)帕德博恩大學(xué)Thomas Zentgraf教授課題組合作,，提出了一種基于雙折射介質(zhì)超穎表面的多通道矢量全息的顯示與加密方法,。該項(xiàng)研究成果發(fā)表在光學(xué)領(lǐng)域著名期刊Light: Science & Applications (volume 7, Article numer: 95(2018))上,，題目為“Multichannel vectorial holographic display and encryption”。
超穎表面通常是由單層亞波長(zhǎng)尺寸的金屬或介質(zhì)納米天線陣列構(gòu)成,。由于它具有任意調(diào)制入射電磁波的相位,、振幅和偏振的功能而引起了研究人員廣泛的關(guān)注。由于超穎表面提供了光場(chǎng)調(diào)控的新方法和靈活性,，近些年來,，研究人員將超穎表面應(yīng)用于光束整形、非線性光學(xué),、渦旋光束的產(chǎn)生,、隱身斗篷以及全息等領(lǐng)域。
伴隨著微納加工工藝的進(jìn)步,，超穎表面在全息領(lǐng)域展現(xiàn)出了獨(dú)特的應(yīng)用前景,。相比于基于空間光調(diào)制器的傳統(tǒng)全息方法，基于超穎表面產(chǎn)生的全息再現(xiàn)像的分辨率和再現(xiàn)質(zhì)量得到了極大地提高,，可以克服傳統(tǒng)全息所面臨的諸如帶寬窄,、視場(chǎng)角小、存在多級(jí)衍射級(jí)次串?dāng)_,、孿生像等挑戰(zhàn),。同時(shí),，基于超穎表面的全息方法能夠克服自然界材料（如空間光調(diào)制器,、光刻膠）對(duì)偏振不敏感,，僅能實(shí)現(xiàn)標(biāo)量全息的限制。
近些年來，研究人員提出了許多基于超穎表面的全息偏振復(fù)用的方法,。然而，在這些方法中僅利用了正交偏振態(tài)實(shí)現(xiàn)雙通道,，通過改變?nèi)肷涔馐钠駪B(tài)，只能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)獨(dú)立的再現(xiàn)像之間的轉(zhuǎn)換,，限制了超穎表面全息圖信息容量的進(jìn)一步提高。針對(duì)這一問題,，王涌天教授團(tuán)隊(duì)和德國(guó)Zentgraf教授合作,，將多幅矢量全息圖編碼到同一超穎表面,。通過對(duì)入射光束和出射光束偏振態(tài)的選擇，利用一種偏振依賴的相位偏移與偏振旋轉(zhuǎn)矩陣,，實(shí)現(xiàn)十二個(gè)不同偏振通道的七種不同偏振圖像組合和復(fù)用，能夠極大地提高全息圖的信息容量,，并提供了三重的信息加密維度，展示了一種實(shí)現(xiàn)高安全性的多通道矢量全息的新方法,。這種完全的偏振控制方法可以在動(dòng)態(tài)全息顯示、可切換光學(xué)器件,、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和光學(xué)加密/防偽相關(guān)的前沿應(yīng)用中發(fā)揮重要作用,。同時(shí)，此方法也可以適用于渦旋光束的產(chǎn)生或其他類型的偏振/相位調(diào)制,，以增強(qiáng)信息容量。
論文鏈接：Ruizhe Zhao, Basudeb Sain, Qunshuo Wei, Chengchun Tang, Xiaowei Li, Thomas Weiss, Lingling Huang, Yongtian Wang, Thomas Zentgraf. Multichannel vectorial holographic display and encryption, Light: Science & Applications (2018). DOI: 10.1038/s41377-018-0091-0
北理工黃佳琦課題組在化學(xué)類頂級(jí)期刊Angew Chem Int Ed上發(fā)表重要研究成果
近日,，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院黃佳琦課題組在鋰硫（Li–S）電池動(dòng)力學(xué)調(diào)節(jié)方面研究取得新進(jìn)展,，相關(guān)研究成果以“Activating Inert Metallic Compounds for High-Rate Lithium–Sulfur Batteries Through In-Situ Etching of Extrinsic Metal”為題在線發(fā)表于化學(xué)類頂級(jí)國(guó)際期刊《Angewandte Chemie International Edition》（《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》,，影響因子12.10）,。該研究利用原位刻蝕的Ni?FeN促進(jìn)多硫化物的表面反應(yīng),，并采用先進(jìn)的表征技術(shù)揭示了原位催化轉(zhuǎn)化機(jī)理。該工作開拓了多金屬合金/化合物作為高倍率Li–S電池動(dòng)力學(xué)促進(jìn)劑的新思路，也提出了催化表面反應(yīng)和缺陷化學(xué)作用的新見解,。本文的第一作者為北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院/材料學(xué)院碩士研究生趙夢(mèng),，共同第一作者為清華大學(xué)彭翃杰博士，通訊作者為黃佳琦特別研究員,。
因?yàn)榫哂休^高的理論比能量,，Li–S電池作為鋰離子電池最有希望的替代品受到極大的關(guān)注。其高能量密度依賴于可逆的表面電化學(xué)反應(yīng),，在硫正極中引入電催化活性成分可以有效加速表面反應(yīng)動(dòng)力學(xué),，從而提高硫的利用率并減輕多硫化物的穿梭效應(yīng),。然而，在電池工作條件下催化劑的真實(shí)活性相此前幾乎沒有被驗(yàn)證過,。深入挖掘表面反應(yīng)機(jī)理,，探明催化劑活性的來源對(duì)于指導(dǎo)催化劑設(shè)計(jì)具有關(guān)鍵作用,。
多硫化物刻蝕誘導(dǎo)的活化機(jī)制
類似于金屬催化劑設(shè)計(jì)的合金化策略，該團(tuán)隊(duì)在單金屬化合物中引入外在金屬,，活化了原來的惰性相化合物，從而促進(jìn)多硫化物的表面反應(yīng)動(dòng)力學(xué),。以六方氮化鎳（Ni?N）作為概念驗(yàn)證,，其對(duì)多硫化物的催化活性較差,。在引入鐵元素后,，Ni?N轉(zhuǎn)變?yōu)楦呋钚缘牧⒎芥囪F氮化物（Ni?FeN）,。在Ni?FeN中，處于立方結(jié)構(gòu)頂角處的較高正電性的鐵（與鎳相比）傾向于通過多硫化物的刻蝕過程浸出，從而在鎳位點(diǎn)的周圍留下大量空位缺陷,，極大地提高了Ni?N的催化活性,。
（a,b）循環(huán)前和（c,d）循環(huán)后Ni?FeN-G的HAADF-STEM圖像和相應(yīng)的元素分布
該團(tuán)隊(duì)利用高角度環(huán)形暗場(chǎng)掃描透射電子顯微鏡和相應(yīng)的元素映射來揭示上述機(jī)制。如上圖所示,，循環(huán)前的Ni?FeN顆粒中Ni和Fe元素的分布較為均勻,。而循環(huán)后的Ni?FeN顆粒顯示出異常的鐵元素的表面富集，證明在循環(huán)期間由于多硫化物的刻蝕作用發(fā)生了相遷移,，從而留下大量Fe元素的空位并提高催化活性,。
Ni?FeN催化作用下Li–S電池的電化學(xué)性能
鐵元素通過多硫化物的原位刻蝕作用而浸出，產(chǎn)生高活性的富空位相,，從而促進(jìn)了多硫化物的動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)化過程,。這種富空位的Ni?FeN催化的Li–S電池表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和高硫負(fù)載下的循環(huán)穩(wěn)定性，并且可以極大降低電解液用量,。這項(xiàng)工作不僅闡述了惰性單金屬化合物的外在金屬活化機(jī)制,，也證明了原位相演化和空位的形成在調(diào)節(jié)催化反應(yīng)中的重要作用。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201812062
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