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利用可再生能源将二氧化碳(CO2)电解转化为高值燃料和化学品是应对气候变化、缓解能源危机的重要途径.然而,CO2分子中C=O键解离能高、多电子还原过程动力学缓慢,实现高活性、高选择性的CO2电解仍面临巨大挑战.此外,工业烟道气中CO2浓度低,分离纯化成本高,极大制约了该技术的实际应用.与高纯CO2电解相比,低浓度CO2电解的反应动力学更为迟缓.尽管研究者已开发出多种可高效转化低浓度CO2的催化剂,并在一氧化碳(CO)、甲酸盐等C1产物上实现了较高法拉第效率,但低浓度CO2电解高选择性制多碳(C2+)产物仍十分困难.这是因为C2+产物的生成涉及C-C偶联步骤,对中间体浓度与反应路径更为敏感.因此,在低浓度CO2条件下有效富集*CO等关键C1中间体、促进C-C偶联、提升反应动力学是实现高效C2+产物合成的关键. 本文选用对苯二甲酸(BDC)类配体,其可通过苯环与CO2之间形成π…C(CO2)相互作用,促进CO2吸附,对低浓度CO2的高效电解转化尤为关键.通过溶剂热法分别以BDC、氟取代BDC(BDC-F)及氨基取代BDC(BDC-NH2)为配体,合成了三种Cu-BDC-X金属有机框架(MOFs)材料前驱体.扫描电镜、X射线衍射、高角环形暗场扫描透射电镜、X射线光电子能谱(XPS)及X-射线吸收谱(XAS)结果表明,Cu-BDC,Cu-BDC-F及Cu-BDC-NH2均成功制备,而Cu以Cu(II)形式存在并形成Cu-O配位结构.在零间隙膜电极(MEA)电解器中系统评估了三种催化剂的CO2电解性能.在高纯CO2条件下,Cu-BDC-F表现出更强的C-C偶联能力,C2+法拉第效率(C2+FE)最高可达64.3%.进一步在模拟工业烟气(15%低浓度CO2)条件下测试,通过加压可显著提升低浓度CO2电解性能.在0.4 MPa下,Cu-BDC-F在150 mA cm-2时C2+FE达到67.9%,最大C2+分电流密度为130 mA cm-2,优于相同压力下的Cu-BDC与Cu-BDC-NH2,且Cu-BDC-F表现出更低的电解电压.反应后的催化剂结构表征表明,Cu-BDC-X MOFs在电解过程中发生显著的电化学重构,由Cu-MOF转变为BDC-X配体修饰的Cu纳米颗粒.准原位XPS及工况XAS结果共同表明,在反应过程中Cu2+被还原为金属Cu.膜电极工况拉曼测试和CO溶出伏安测试表明,相比于Cu-BDC和Cu-BDC-NH2,Cu-BDC-F对CO吸附更强.这说明吸电子-F基团的修饰能够增强中间体*CO在Cu上的吸附.密度泛函理论计算表明,Cu-BDC-F上*COCOH中间体形成能垒最低,且后续加氢步骤热力学更有利.晶体轨道哈密顿布居计算表明,BDC-F体系中Cu与*COCOH间Cu-C成键作用更强,能有效稳定关键中间体、降低C-C偶联能垒. 综上,本研究通过对BDC配体进行氟取代,可精准调控Cu位点的电子结构与中间体吸附强度,显著提升低浓度CO2电解制C2+产物的活性与选择性,为设计高效MOF衍生的低浓度CO2电解催化剂提供了可行策略.

客流在时空维度上呈现的时变特性对城市轨道交通运营管理提出了严峻挑战,同时,需求响应式列车时刻表优化问题的复杂性对算法设计提出了更高的要求.为此,将人工智能领域的深度强化学习方法应用于地铁列车时刻表的优化问题,以提升地铁运营管理的智能化水平.首先,将时变客流需求与列车时刻表决策互动关系构建为马尔可夫决策过程,为智能体提供训练和学习环境.其中:以乘客服务、列车运量以及列车运行作为状态空间,以列车发车间隔作为动作空间,并设计"人-车-站"一体化的多维复合奖励函数.然后,开发一种基于自适应发车间隔和列车数量的多目标软演员-评论家算法来提升求解效率.接着,以小规模算例进行超参数优化,并验证需求响应式列车时刻表相对于均衡列车时刻表的优势.最后,以广州市地铁8号线进行仿真实验,实验结果表明,所提出方法相对于其他人工智能方法以及启发式算法具有较快的收敛速度和求解效率.此外,针对不同客流扰动场景,所提出方法能够在短时间内生成满意的运营方案,表明所提出方法具有较好的泛化能力.研究结果可为进一步提升地铁运营调度智能化水平提供理论和方法支撑.

石墨相氮化碳(CN)作为一种无金属聚合物半导体,因其具有可见光响应、化学稳定性高且可规模化合成等优势,被视为太阳能光催化分解水制氢和CO2还原的理想候选材料.然而,本征CN存在光生载流子复合严重、导电性差及可见光捕获能力不足等瓶颈,制约了其实际应用.引入缺陷态或掺杂异质原子(如碳掺杂)被认为是拓展可见光吸收、调控能带结构的有效策略,但缺陷态能级在带隙内的分布特征如何影响光生电子行为、光吸收与电荷分离的协同关系,以及其与宏观光催化性能之间的定量关联,迄今缺乏系统的实验阐明.因此,精准调控缺陷态能级分布并揭示其对光催化各基元步骤的影响机制,对理性设计高性能CN基光催化剂具有重要的科学意义. 本文提出了一种通过芳香族二羧酸异构体(邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸)调控碳掺杂超薄氮化碳缺陷态能级分布的新策略.以尿素为前驱体,分别引入三种不同羧基取代位置的苯二甲酸,经一步热聚合-原位剥离法制备了系列碳掺杂超薄多孔CN纳米片(PTCN,IPCN,PPCN).系统表征表明,不同异构体因空间位阻和几何构型差异,导致CN骨架中碳掺杂浓度和七嗪环结构有序度显著不同:邻位取代(PTCN)空间位阻最大,碳掺杂量最低;对位取代(PPCN)位阻最小,碳掺杂量最高但结构无序度最大;间位取代(IPCN)则实现了掺杂浓度与结构完整性的最佳平衡.光谱与动力学研究揭示了三种材料截然不同的缺陷态能级特征:IPCN呈现窄分布的缺陷能级,表现为无吸收拖尾的紫外-可见光谱和约530 nm处尖锐的光致发光(PL)发射峰;而PPCN形成连续分布的多重缺陷能级,导致可见光区呈现宽化吸收尾和宽化PL谱.飞秒瞬态吸收光谱显示,2-IPCN的激子湮灭(τ2=15.2 ps)和缺陷态捕获(τ3=316 ps)寿命显著长于2-PPCN和2-PTCN,表明其电荷复合速率降低.时间分辨PL和光电化学测试进一步证实,IPCN的局域化缺陷态提供了合适的热力学驱动力,促进光生载流子空间分离并向催化活性位点高效迁移.在可见光(λ≥420 nm)下,最优的2-IPCN样品表现出卓越的光催化活性:产氢速率达4058 μmol g-1 h-1(为CN的7.7倍),CO2还原产CO速率达526.3 μmol g-1 h-1(为CN的18.4倍),且循环稳定性良好.表观量子效率与吸收光谱高度吻合,说明吸收光子可被高效利用.密度泛函理论计算表明,碳掺杂诱导最高占据分子轨道与最低未占分子轨道空间分离,产生内建偶极场驱动载流子分离;而IPCN的窄分布缺陷能级有效抑制了辐射复合,同时加速了电子向Pt或Co(bpy)32+助催化剂活性位点的转移. 综上,本文阐明了缺陷态能级分布对光吸收、电荷分离及表面反应协同调控的微观机制,为聚合物光催化剂的理性设计提供了新的分子工程策略.未来,通过梯度/分级缺陷结构或二元异构体共掺杂进一步精细调控缺陷能级,有望实现电导率、电荷分离与催化活性之间的协同优化,推动CN基光催化材料在太阳能转化领域的实际应用.

针对低轨卫星星座(如星链)的高动态性和轨道异构性导致的复杂时变多普勒频移问题,提出适用于异构星座,融合轨道动力学与空间几何的多维度解析模型.通过仿真分析发现,仰角与频移呈非线性关系,90°仰角时频移绝对值最小而变化率最大;轨道高度是关键因素,频移幅值及变化率随高度增加而减小(525 km比 550 km 频移峰值大 0.48%,变化率峰值低 1.8%);地理空间依赖性显著,纬度接近轨道倾角时频移达峰值,经度影响呈周期性.研究揭示了星链星座多普勒频移规律,为低轨卫星地面信关站设计、频偏补偿及通信优化提供了理论支撑.

将可再生生物质高效转化为高附加值含氮化合物,已成为绿色化学与可持续精细化学品合成的核心课题之一.其中伯胺作为重要的关键结构单元和合成中间体,广泛应用于药物、聚合物、农业化学品、染料和表面活性剂的生产,具有显著的工业价值.在众多合成路线中,以分子氢为还原剂,氨水为氮源的羰基化合物的催化还原胺化反应,因其操作简便,原子效率高,经济效益显著,被视为生产伯胺最具吸引力且可持续的策略之一.然而,由于还原胺化反应网络的复杂性,在活性氢和氨的作用下,反应物和中间体的直接还原和胺化之间存在竞争性反应,高选择性制备伯胺仍是一项巨大的挑战.因此设计与开发具有双功能活性位点协同催化作用的催化体系有望解决这一问题. 本文通过硬模板导向的原位合成策略,开发了一系列氮掺杂空心碳球负载RuCo合金的双金属纳米催化剂(Ru2Co1@NHCS-T,T:600-800),并以典型的生物质羰基化合物糠醛还原胺化制备糠胺为探针反应,系统的评估了双金属催化剂的还原胺化性能和反应机理.通过RuCo合金效应及金属-载体相互作用,针对性地调控了双金属RuCo催化剂的电子结构和几何构型,进而在RuCo合金中构建了由富电子的Ru0和缺电子的Coδ+组成的双功能活性位点,显著提升了RuCo合金的催化活性和选择性.其中,优选的Ru2Co1@NHCS-600催化剂还原胺化性能尤为显著,具有优异的稳定性和广泛的底物适用性.该催化剂在0.1 MPa压力下表现出极高的H2活化能力,同时对NH3,C=O和C=N键表现了出色的吸附和活化能力,同时对NH3,C=O和C=N键表现了出色的胺化活性,获得了98.1%的高糠胺产率和238.65 molFUA molSm-1 h-1的高反应速率.动力学评估证实了RuCo双金属催化剂具有较低的表观活化能(28.44 kJ mol-1),显著优于单金属Ru@NHCS-600以及绝大多数已报道的催化剂.利用球差电镜,原位CO吸附漫反射红外光谱,X-射线光电子能谱和H2-程序升温脱附等系统性结构表征以及本征动力学测试,深入研究了催化体系的构效关系.结果表明,RuCo双金属催化剂表面丰富的金属-N和吡啶-N物种可有效锚定金属纳米颗粒,并通过电子金属-载体相互作用提高了金属电子密度;同时Ru和Co之间的d-d轨道耦合效应实现了Co向Ru的电子转移,从而形成了富电子Ru0和缺电子Coδ+双功能活性位点.值得注意的是,富电子的Ru0活性位点显著增强了对H2的吸附和解离活化,而缺电子的Coδ+活性位点则在串联还原胺化过程中协同促进了糠醛,NH3和席夫碱中间体的吸附和活化.密度泛函理论计算结果表明,相比于单金属Ru催化剂,RuCo双金属催化剂对NH3具有更优的吸附与活化能力,促进了NH2*和H*物种对席夫碱C=N键优先胺化攻击以及紧随其后的加氢断键反应,并探究了关键席夫碱中间体的氨解反应机理. 综上,本文提出的双金属RuCo催化剂协同催化策略,为羰基化合物还原胺化过程中直接还原和胺化的竞争性反应提供了有效的解决途径,也为生物质可持续转化合成高附加值含氮化合物所需的高性能催化剂的理性设计提供重要指导.

为了解决轨道缺陷检测中小目标易漏检与模糊目标易误检的问题,提出动态多尺度与纹理感知框架(DMT).从动态尺度感知池化(DSP)、纹理对比增强(TCE)和模糊边缘感知(BBA)出发,系统提升模型在复杂场景下的特征提取与边缘表征能力.基于 DMT 框架,设计 DSP、TCE 与 BBA 3 种轻量级子模块融入检测网络.将所提框架嵌入 YOLOv8,构建名为 DMT-YOLOv8 的轨道缺陷检测模型.在真实轨道缺陷数据集上的实验结果表明,DMT-YOLOv8 在小目标检测与模糊目标检测方面均优于基线模型,具备良好的通用性与泛化性.DMT-YOLOv8 的mAP@0.5 与 mAP@0.5:0.95 分别达到 89.1％和 50.2％,整体性能超越多种主流检测方法.

针对城市轨道交通突发事件突发性强、影响范围广的问题,基于风险矩阵法构建突发事件分级模型.通过识别人为、设备、环境、管理四类风险因素,设计"发生可能性-影响程度"双维度评估指标体系,采用层次分析法确定指标权重,划分4级风险等级并构建4×4风险矩阵.选取两类典型事件验证模型,结果表明模型分级准确、实操性强,可有效解决现有应急响应分级模糊问题,为城市轨道交通突发事件精准处置提供理论支撑与实践依据.

TACS作为下一代城轨列控系统,凭借分布式自主控制、车-车通信等优势,逐渐成为城市轨道交通信号系统的首要选择,但当下信号系统的主流系统应用大多采用的是CBTC 列车自动控制系统,为了更好地实现系统的升级换代,从CBTC向TACS过渡将是必然趋势.受改造成本与运营连续性约束,既有CBTC线路向TACS系统升级需经历新旧系统共存、逐步过渡的阶段,兼容性问题成为 TACS规模化应用的关键.文章首先对比分析TACS与CBTC系统的核心架构差异,明确两类系统在控制主体、通信方式、可靠性等方面的本质区别;随后重点探讨系统兼容的两大核心需求及关键影响因素,深入研究混合运行场景下的协同控制机制、接口与协议兼容设计方案;为既有CBTC线路向TACS系统平滑过渡提供相应的参考.

山地轨道交通桥梁施工面临地形复杂、曲线半径小、纵坡大等挑战,预制 T 梁架设是核心技术环节.本文以国内某山地轨道交通项目为例,分析了预制 T梁的运架设备、过孔与架梁施工工序、特殊工况处理及支座安装与附属施工工艺.施工中采用 DJ40180单臂架桥机及配套运梁车,结合精确测量与控制实现梁体位置、姿态及标高精度满足设计要求.施工质量检测表明各项指标均符合设计标准,工期平均缩短约 12%,成本节约约 8%,且施工全过程未发生重大安全事故.

Mo2C MXene(Mo2CTx)被认为是光催化产氢领域最高效的助剂之一,但其固有的助催化性能常受限于催化活性Mo原子对氢中间体(H*)过强的吸附作用.为此,本研究提出了一种巧妙的策略:通过构建Mo2CTx-MoSe2-ySy异质结助剂,调节Mo2CTx中活性Mo原子的H*吸附亲和力,从而有效削弱 Mo-Hads键,以实现高效的光催化产氢.具体而言,利用简便的NaBH4辅助溶剂热法合成Mo2CTx-MoSe2-ySy异质结,随后通过超声辅助法将其与TiO2复合,制备出了TiO2/Mo2CTx-MoSe2-ySy复合光催化剂.结果表明,TiO2/Mo2CTx-MoSe1.5S0.5样品表现出了优异的光催化产氢速率(1142.76 μmol g-1 h-1),分别比TiO2/Mo2CTx和TiO2/Mo2CTx-MoSe2高出4.76倍和1.95倍.实验表征与密度泛函理论(DFT)计算结果表明,自由电子从MoSe1.5S0.5定向转移至Mo2CTx,能向Mo2CTx上Mo原子的d轨道注入电子,从而形成富电子的Moẟ-位点.富电子的Moẟ-位点能够增加Mo-Hads反键轨道的占据态,进而削弱Mo-Hads键,使Mo2CTx的表面实现近乎平衡的H*吸附/脱附动力学,从而显著提升产氢性能.本研究为合理设计Mo2CTx基助剂以优化其活性位点效率开辟了新途径.