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  • 摘要:

    本文提出了一种双馈感应发电机变速风力发电系统的鲁棒控制器。该控制器的目标是跟踪风力涡轮机的最佳速度,从而从风力中获得最大的功率。为了避免使用风速传感器,提出了一种鲁棒气动力矩观测器。该转矩观测器可以估计控制器所使用的气动转矩,从而计算出风力发电机最优参考转速的值。采用矢量控制理论,采用定子磁通定向控制来控制风力发电机的转速。提出的鲁棒控制律是基于滑模控制理论的,在系统不确定性条件下具有良好的控制性能。

    利用李雅普诺夫稳定性理论分析了该控制器在扰动和参数不确定性下的稳定性。最后,实时实验结果表明,一方面,所提出的控制器具有高性能的动态特性,另一方面,该方案对于此类系统中通常出现的不确定性具有鲁棒性。

    ——文章发布于2019年4月

    来源机构: ScienceDirect的《Renewable Energy》 | 点击量:197
  • 2   2018-10-16 Argonne发布2018年更新以迎接模型 (编译服务:可再生能源专项服务)     
    摘要:

    10月10日,阿贡国家实验室的系统评估小组发布了2018年更新的GREET模型,该模型是一个分析工具,用来评估各种运输燃料的生命周期。GREET模型被用于多项政府规则,包括提议的安全车辆规则,旨在为21-2026车型建立公司平均燃油经济性(CAFE)和温室气体(GHG)标准。

    根据Argonne的观点,温室气体、管制排放和运输能源使用(GREET)模型是一个生命周期分析工具,旨在系统地分析各种运输燃料和车辆技术对主要运输部门的能源和环境影响,其中包括道路、航空、海运和铁路。

    生物燃料行业的许多人此前就曾批评过GREET模型对乙醇的处理方式。虽然近年来发布的GREET的版本改善了对玉米乙醇的建模,但在2018年发布的GREET更新的信息中,Argonne没有列出该模型对乙醇具体处理方式的任何重大变化。然而,更新确实包括生物燃料和生物产品、氢和燃料电池汽车、电力和电动汽车以及电池生命周期分析的变化。

    关于生物燃料和生物制品,Argonne说:“GREET 2018将继续扩大生物制品模块,以评估生化、生物和热化学转换技术生产的生物衍生化学品对环境的影响。”“在2018年,模型中加入了三种生物衍生产品,包括氧化生物乙烯(EO)、乙二醇(EG)和对苯二甲酸生物酯(TPA)。”Argonne发布的信息解释说,这三种生物制品可用于生产聚酯和塑料,液体冷却剂和溶剂。

    2018年的更新还改变了生物燃料生产(CCLUB)的土地利用碳计算器。据阿贡说,现在用户可以选择一种额外的耕作方式,“美国”在全国范围内计算土壤有机碳(SOC)的变化。该选项根据不同类型的耕作方式(包括免耕(16%)、少耕(59%)和传统耕作(25%))在玉米种植面积上的份额计算SOC变化的加权平均。一份关于新模型的资料表明,CCLUB现在使用的是“U.S.”“平均”进行基本耕作。关于大豆生物柴油土地利用变化(LUC)的情景,简报指出,CCLUB现在加入了新的更新,专门估算东南亚泥炭地流失造成的排放。

    GREET 2018还更新了两条藻类生物燃料的途径,包括联合藻类加工(CAP)和热液液化(HTL)。此外,Argonne还更新了通过间接液化生产高辛烷值汽油的途径,并添加了一种新的途径来检测由原位催化快速热解产生的可再生碳氢化合物燃料。

    ——文章发布于2018年10月15日

    来源机构: 生物质能杂志 | 点击量:198
  • 摘要:

    在2018年夏季的大部分时间里,美国核电站断电导致的发电能力损失相对较低,从6月到8月平均损失2.8亿瓦。今年的季节性维护和加油周期比近年来开始得更早,在9月份的最后一周,总核中断量平均为14.5千兆瓦。奥伊斯特克里克发电厂(Oyster Creek)的提前退役,以及佛罗伦萨飓风(Hurricane Florence)导致的工厂临时停工,也加剧了9月份的断电。

    在夏季和冬季,为了满足日益增长的冷却和供热需求,电力消耗很高,因此,核电站的容量损耗通常是最低的。核电站断电可以是计划内的,也可以是非计划内的,范围可以是部分断电,也就是只有一部分核电站的容量处于离线状态,也可以是完全断电,也就是整个核电站都关闭了。

    核电站计划关闭的时间通常与核电站的加油周期一致。核电站通常每隔18至24个月进行一次燃料补给,通常是在电力需求较低的秋季和春季。在换料停机期间,工厂通常会通过安排设备升级、维修和其他维护工作来优化停机时间。

    在过去6年里,平均燃料供应中断时间已经缩短,从2012年的平均46天降至2018年的34天。燃油供应中断时间的减少,是由于运营商在受监管市场拥有更丰富的经验,以及来自不受监管或批发电力市场的其他发电机的竞争。

    在加油中断期间,反应堆完全关闭,不发电,因此也没有收入。核电站运营商试图尽可能快地将反应堆恢复运行,从而将损失的收入和非运营成本降至最低。2017年,美国6个反应堆的停运时间不到20天:桃树底(15天)、Vogtle(16天)、9英里点(17天)、四城市(18天)、德累斯顿(18天)和三里岛(19天)。

    一个计划外的,或者强迫的,关闭的核反应堆可能是由于设备故障,操作错误,或者环境条件。大多数计划外停机是由于非反应堆核心问题造成的——包括外部工厂条件(如恶劣天气),或非核内部工厂条件(如涉及汽轮机和发电子系统的情况)。

    田纳西州、阿肯色州和亚利桑那州的三次意外断电影响了2018年夏季可用容量。6月22日,美国最新的核电站——田纳西州瓦茨棒2号机组(Watts Bar units -2)的主涡轮机和发电机发生故障后,自动关闭了6天。为了修复反应堆冷却剂系统的泄漏,阿肯色第一核电站1号机组于6月23-26日关闭。位于亚利桑那州凤凰城以西45英里的帕洛佛德核电站3号机组自6月27日起自动关闭三天,原因是蒸汽发生器水位低。

    9月中旬,飓风佛罗伦萨在北卡罗来纳州威尔明顿附近的不伦瑞克核电站造成了九天的意外停运。这座发电量为1870兆瓦(MW)的核电站距离大西洋海岸约4英里,在飓风和洪水到达现场之前被核电站运营商安全关闭。

    同样在9月中旬,位于新泽西州福克特河的625兆瓦奥伊斯特克里克核电站也被永久关闭。该电厂原计划于2019年12月31日退役,但为了配合电厂最后燃料和维护周期的结束,时间提前了一年多。在EIA的数据中,核电站的退役被认为是意外停堆,直到美国核管理委员会(Nuclear Regulatory Commission)修改了停堆数据,以反映停堆情况。

    由于这些工厂的关闭,所有计划外的停机时间从2015年的85次、2016年的78次、2017年的55次以及2018年到目前为止的37次都减少了。由于工厂技术问题和外部环境的原因,这些停机可能每年都在变动。

    ——文章发布于2018年10月15日

    来源机构: 美国能源情报署-新能源 | 点击量:197
  • 摘要:

    在可逆泵-涡轮泵模式下,前缘局部流动分离重叠叶轮的低压侧,导致压力骤降。因此,空化容易在前缘,特别是在非设计条件。为了解决这一空化问题,采用NACA0006剖面作为泵-涡轮叶轮叶片的简化模型,了解空化起始机理。数值结果表明,水翼表面存在多种由快速变化的几何形状引起的有利压力梯度。由于前缘弧的几何形状变化快,最小压力发生在这些梯度区域之一,通常位于前缘周围。然后,采用扩散角积分设计方法对叶片前缘形状进行设计。通过有效的几何解构,只有三个设计参数。通过正交试验确定设计参数的合理取值。在优化设计参数的基础上,对NACA0006箔片和泵涡轮叶轮叶片进行了全面的设计和改进。在大入射角下,重新设计的箔片的初始空化数明显减少。重新设计的泵-涡轮也有一个减少的初始空化数和延迟空化初始化特别是在非设计条件下。本文的设计思想、方法和应用为叶轮机械叶片的抗汽蚀设计提供了有益的参考。

    ——文章发布于2019年4月

    来源机构: ScienceDirect的《Renewable Energy》 | 点击量:194
  • 摘要:

    柴油机的参数更符合柴油机燃油的运行规律。然而,与石油柴油相比,乳渣油生物柴油具有较高的粘度和较低的加热值,因此对柴油机中乳渣油生物柴油运行参数的优化显得尤为重要。通过对喷嘴孔几何形状、发动机参数如喷油器开孔压力(IOP)、喷射定时(IT)、压缩比(CR)等进行修正,对柴油机性能进行了评价(优化)。最后对优化后的发动机参数(IOP: 230 bar, IT: 26 deg.bTDC, CR: 18, NH: 5孔)进行了进一步的研究,研究了在B20(20%生物柴油+ 80%柴油)混合燃料下,活塞碗几何形状对柴油机性能的影响。实验研究显示,修改引擎与凹角环形活塞碗几何(RTPBG)显示改进的性能,燃烧和排放特性与标准相比引擎(B20-SE)和修改引擎(我)有不同的活塞碗几何图形,即半球形活塞碗几何(HPBG),直接站在活塞碗几何(SSPBG)和环形活塞碗几何(TPBG)。这种改善可以归因于燃料雾化的改善,更小的液滴,钢瓶温度的提高,涡流和压扁,燃烧过程中电荷的湍流动能。

    ——文章发布于2019年4月

    来源机构: ScienceDirect的《Renewable Energy》 | 点击量:307
  • 摘要:

    由低品位能量驱动的有机兰金循环(ORC)可以在离网模式下运行。在这里,我们报告了一个ORC系统的稳态和瞬态特性。单螺杆膨胀机和同步发电机将机械动力转化为电能。灯阵列模拟可变的外部负载。用功率计测量频率、功率和有效电压等质量参数。我们表明,设置?50赫兹的频率,最大系统效率可以达到外部负载时不大于兽人的力量能力。膨胀机等熵效率80%以上的蒸汽过热5 - 10 K??膨胀机入口。提出了在不同热源和环境条件下提高系统性能的控制策略。利用剩余频率和调节抽运频率,可自动调节膨胀机进口蒸汽压力,使其达到最优值。瞬态试验表明,电特性对外负载和热/冷源参数的阶跃变化不敏感。热液参数自适应于外界参数的变化。该工作为ORC在不同热/冷源参数下的运行提供了自适应策略。

    ——文章发布于2019年4月

    来源机构: ScienceDirect的《Renewable Energy》 | 点击量:306
  • 摘要:

    对于设计人员和安装人员来说,预测不同水头的独立光伏(PV)泵系统的性能是一个关键问题。前人的研究表明,井口对PV泵送系统的性能有很大的影响。本文提出了一种新的实用的模型,以预测每日抽水量(Qd)日常光伏阵列和电泵的效率对于一个给定的能量输出(EPV)和任何头(H)。该模型根据光伏阵列的操作点的非线性的转换能量输出和日常抽水量。这使得实际的翻译过程更加容易;在任何EPV和H处仅测得4个EPV- qd工作点可作为EPV- qd工作点的参考。的验证、测试和测量运动进行辆pvp战车(模型PS150)安装在阿尔及利亚南部城市阿德拉(纬度27°53′N,经度0°17 W′)提供了必要的实验数据。大范围EPV和H的Qd计算结果与PVPS实验结果吻合较好。该模型可用于研究在沙漠地区或孤立地点供水系统的可靠性,在这些地方没有电力供应,这取决于所需的用水需求。发现最优价值电泵的效率可以得到由光伏阵列名义300辆pvp战车。美联储?Wp和安装在13.5米。我们指出,基于这种方法的EPV-Qd操作点的转换对于估计安装在任何头部和/或任何区域的PVPS的性能是有效的。

    ——文章发布于2019年4月

    来源机构: ScienceDirect的《Renewable Energy》 | 点击量:304
  • 摘要:

    快速增长的海上风电行业正呼吁更多的船员转移船来交付越来越多的次要维修任务,因为大约75%的陆上风力涡轮机故障与涡轮机电气和电力电子系统发生的小错误有关。海上风电场的情况可能更糟,因为海上环境中潮湿、含盐和腐蚀性空气。由于小船体和甲板空间的限制,在风电场机组人员转移船舶上应用已被证实的运动稳定技术存在困难。因此,目前的船员转移船在船只和风力涡轮机之间提供安全转移的能力有限,特别是在波涛汹涌的海浪中。为了解决这一问题,本文采用数值分析和实验测试相结合的方法研究了一种新的运动稳定技术。通过对应用该技术前后不同波动条件下船舶运动的研究,发现应用该稳定技术后,船舶的升沉、横摇和纵摇运动,特别是在谐振频率区域,已成功地约束了船舶的纵摇、横摇和纵摇运动。此外,通过优化稳定器的尺寸和水下距离,还可以进一步提高运动约简量。

    ——文章发布于2019年4月

    来源机构: ScienceDirect的《Renewable Energy》 | 点击量:291
  • 摘要:

    美国物理学会(APS)是世界上最大的物理组织。日前,美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)的四名科学家当选为2018年美国物理学会(APS)成员。APS拥有来自学术界、政府和产业界的53000多名成员,旨在通过研究期刊、科学会议以及教育、推广和倡导方面的活动来推进和分享物理学知识。每年,只有非常少的APS成员通过同行提名程序被提升为院士。研究员因其在物理领域的杰出贡献而受到认可,包括在研究、应用、领导和服务以及教育领域。

    布鲁克海文实验室物理系的物理学家Taku Izubuchi因“在晶格QCD中开发数值方法和算法,允许对标准模型进行精确测试,从重夸克和kaon衰变中的CP破坏到对muon g-2的强子校正”而获奖。

    Izubuchi做出了开创性贡献的研究量子色动力学(量子色),描述强相互作用的理论亚原子粒子的相互作用,特别是夸克和胶子构成的宇宙中可见物质,促进我们理解这些互动如何影响其他粒子的标准模型。

    他是国际公认的专家和“格规理论”领域的领导者。格规理论是一种将复杂的物理问题分解成若干小块的方法,可以通过在强大的超级计算机上运行基于计算的模拟来解决。这种方法在四维晶格上模拟粒子的相互作用,四维晶格包括三个空间维度加上时间。

    虽然Izubuchi的兴趣和专长非常广泛,从量子引力到晶格QCD,但他最主要的关注点一直是开发与粒子物理实验测量直接相关的晶格计算方法。其中一种被称为“全模平均法”(AMA)的方法,在极大程度上降低了解决问题所需的计算成本的同时,也对越来越精确的结果产生了巨大的影响。

    这些精确计算中的许多提供了数量,可以与那些测试标准模型的极限以解释我们世界的重要实验程序的结果进行比较。这包括精确计算,预测罕见粒子衰变过程的速率,显示电荷奇偶校验(CP)对称违反的证据;介子的异常磁矩(介子g-2);中子的电偶极矩;质子一生;以及确定夸克质量的计算。

    通过与RIKEN Brookhaven实验室研究中心(RBRC,由日本理研所创立)的持续联系,Izubuchi现在是这家计算机集团的领导者,他在RIKEN/Brookhaven/Columbia晶格厚度合作的发展中扮演了关键角色。这已经成为世界上在大规模格网规模拟工作的领导小组之一。

    “能得到这个奖学金,我感到非常荣幸。”“我非常感谢我与许多优秀的合作者和同事的交流,他们是我职业生涯中有幸共事的人。我也很感谢你们的慷慨支持,使我的研究成为可能,包括布鲁克黑文和理研所提供的计算资源,以及美国和日本的许多其他地方。我期待着继续为令人兴奋的计算和粒子物理研究做出贡献。

    Izubuchi于1997年在东京大学获得博士学位。他在筑波大学(University of Tsukuba)担任了两年博士后,后来成为金泽大学(Kanazawa University)的终身助理教授。2008年,他以RBRC研究员和物理系高能理论组成员的身份加入布鲁克海文实验室。2011年,他成为RBRC计算组的创始小组组长,现在是物理系的全职成员,2013年获得终身教职。Izubuchi被邀请参加国际物理会议,他也通过博士后研究员和研究生的指导来帮助培养未来的物理学家。

    特雷弗·西尔斯(Trevor Sears)是一名在布鲁克海文实验室(Brookhaven Lab)有长期工作关系的化学家,最近他被纽约州立大学石溪分校(Stony Brook University)联合聘任为研究员。西尔斯被选为“在小分子自由基的高分辨率光谱研究方面取得的进展,特别是在燃烧化学领域的重要进展”的研究员。

    西尔斯在致力于分子自由基分子光谱学的整个职业生涯中对化学物理做出了杰出的贡献。他的实验用激光跟踪分子反应时的电子谱和振动谱。这些光谱研究,结合计算模型,已经帮助确定分子排列的转变——化学中的行动——提供了对重要反应的前所未有的洞察力。这些研究使光谱探测各种反应物质的动力学和动力学成为可能,并为将来研究结构相关但更复杂的分子建立了一个框架。

    西尔斯是布鲁克海文实验室化学部门气相分子动力学(GPMD)小组的共同作者,并对化学动力学、动力学和理论的许多进展贡献了重要的光谱见解。例如,他帮助应用了各种“双共振”方法,从单重亚甲基的复杂光谱中梳理出细节。单重亚甲基是一种分子,在光谱和动力学的多个问题中成为一个具有挑战性的原型。西尔斯的实验和光谱分析为小分子电子光谱学的卓越定义了一个新的标准。新的光谱细节允许完全独特的研究旋转能量转移和它通过混合单态和三态的网关态与碰撞诱导的系统间穿越的联系。他在石溪大学的实验室继续从事分子光谱学的研究。

    西尔斯还是年轻科学家的模范导师,其中包括许多女性和代表性不足的少数族裔。这些学生中的许多人继续从事科学方面的职业,包括在国家科学基金会、能源部、美国和世界各地的大学。

    西尔斯说:“能被选为美国物理学会会员,我感到非常荣幸。“我很幸运,在布鲁克海文有这么好的同事和朋友。”

    1979年,西尔斯在英国南安普顿大学获得化学物理学博士学位。他曾于1979-1980年在贝尔实验室(Bell Labs)担任博士后研究员,1980-1983年在加拿大国家研究委员会(National research Council)赫茨伯格天体物理学研究所(Herzberg Institute of Astrophysics)担任研究员。他于1983年加入布鲁克海文实验室,担任助理化验师,并于1996年晋升为高级化验师。2001年,他以兼职教授的身份加入石溪大学,并于2007年开始在该校化学系担任教授。他曾作为访问学者在日本社会中促进科学2014年7月,大学客座教授杜滨海科特迪瓦'Opale,敦刻尔克,法国,2016年11月,利华休姆基金会赞助支持的客座教授和帝国理工学院和大学学院,伦敦,2016年10月——2017年1月。自2007年以来,他一直是美国光学学会的会员,并于2015年成为《分子光谱学杂志》的编辑委员会成员。他与布鲁克海文实验室的正式合作截止到2018年9月,但在可预见的未来,他将继续作为客座合作者。

    凝聚态物质与材料科学系的物理学家伊戈尔·扎里兹尼亚克(Igor Zaliznyak)因为“创新性地利用中子散射来探测量子材料,并在相应仪器的开发方面发挥了领导作用”而获得了奖学金。

    Zaliznyak是利用中子束探测原子晶格结构和动力学的专家。中子散射的一个优点是它对磁性原子和相邻原子上磁矩的相对方向非常敏感。Zaliznyak利用这种能力的一个领域是高温超导体的研究,超导体是允许电流无损耗流动的材料。例如,他将仔细的测量和聪明的分析结合起来,得出了一个优雅的模型,用来描述一个特定的铁基超导体家族中的局部磁关联。

    Zalizynak最近的另一个成就是研究了稀土原子阵列上含有大磁矩的导体的磁激发。通过中子散射测量,他能够识别量子涨落的特征,这些量子涨落与磁性原子链只在一个方向上,沿着链耦合在一起。令人惊讶的是,深入分析表明,磁耦合是通过电子从一个原子跳到另一个原子来实现的。这个奇异的例子建立了一种新型的电子行为。

    除了进行开创性的实验之外,Zaliznyak还为研制独特的中子仪器做出了重要贡献。特别值得一提的是,他领导了一个开发概念设计的团队,并获得了1500万美元混合光谱仪的资金,该光谱仪是在美国能源部橡树岭国家实验室科学用户实验室的散裂中子源(Spallation Neutron Source)建造并委托制造的。该仪器现在能够区分磁激和晶格振动,这是扎里兹尼亚克目前应用于铁基超导体的能力。

    Zaliznyak说:“我真的很高兴被选为APS研究员,并让我的工作得到同行的认可。”“在我的科学生涯中,我非常幸运,能够从事最有趣的科学问题,并与该领域的杰出科学家合作。我特别感谢我的导师Lous-Pierre Regnault和Collin Broholm,他们对实验凝聚态物理的渊博知识以及对中子散射仪器的欣赏对我是一种启发。这一荣誉强烈地反映了中子散射研究在理解量子材料方面的重要作用,以及布鲁克海文实验室在这一领域继续发挥的主导作用。

    扎利兹尼亚克于1993年在俄罗斯莫斯科的P.L. Kapitza物理问题研究所获得物理学博士学位。他在那里和在法国格勒诺布尔市的磁石与中子衍射实验室(Laboratoire de Magnetisme et des des neutron)进行了联合研究生聘任,从1991年到1993年,他在那里进行了中子研究,对霍尔丹量子自旋链理论的实验验证做出了贡献。在完成学业后,他以初级科学家的身份加入P.L. Kapitza研究所,并于1995年晋升为科学家。从1994年到1996年,他继续在格勒诺布尔市的磁性光子与中子衍射实验室做访问研究员,从1996年到1999年,他是约翰霍普金斯大学的博士后研究员。1999年,他加入布鲁克海文实验室的中子散射小组,成为一名助理物理学家,并被提升为助理物理学家(2001年)和物理学家(2004年)。他曾是许多科学审查委员会的成员,包括能源部和国家科学基金会的成员,也是美国物理学会和美国中子散射学会的成员。

    布鲁克海文实验室(Brookhaven Lab)对撞机-加速器部(C-AD)的高级物理学家安纳托利·泽伦斯基(Anatoli Zelenski)因“在开发高强度高亮度偏振离子束源方面的开创性工作,尤其是光泵偏振源”而入选。

    为布鲁克海文实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)开发的光泵极化离子源Zelenski是美国能源部科学办公室核物理研究用户设施“自旋物理学”项目的关键组成部分。发射具有高偏振度的光束——质子与它们各自的自旋轴以特定的方向对准——使研究质子内部构造块(夸克、反夸克和胶子)如何对整体自旋性能起作用成为可能。

    自从发现三种主要的组成部分,即价夸克,只占质子自旋的20%左右以来,解开质子自旋是如何由质子的组成部分衍生而来的谜团一直是物理学的一个驱动力。用RHIC上的偏振光束进行的实验表明,胶子对质子自旋也有显著的贡献。

    偏振质子束的产生是一个复杂的多步骤过程,每一步都需要对所涉及的物理过程有透彻的了解,并对所有参数进行仔细的优化。泽伦斯基和他设计的用于改进RHIC波束极化测量的其他创新成果的波束源已经在RHIC产生了高电流、高强度、高偏振的波束和不断增加的偏振-质子碰撞速率。

    这些成功建立在Zelenski经验开发创新的加速器技术的实验在——包括在核研究所(INR)在莫斯科和TRIUMF,加拿大国家实验室核和粒子物理学和成功的将是同样重要的自旋物理项目未来的电子离子对撞机,提出设施能够解决质子自旋的谜。

    泽伦斯基说:“我很荣幸被提名为APS研究员,我的工作也得到了同行的认可。”“我们在RHIC的项目的成功是基于与来自日本KEK、加拿大三巨头、莫斯科INR和新西伯利亚的物理学家的许多贡献的国际合作,此外还有美国的布鲁克海文实验室。我相信,国际科学合作是我们物理学家群体中最强大的部分之一,我希望这种合作在未来继续下去。

    泽伦斯基于1986年在INR获得博士学位,因为他致力于开发第一种光泵极化离子源,2003年在INR获得第二份博士学位,用于研究高能加速器和对撞机的质子和氢-负离子束极化的自旋交换方法。1992年至1999年,他在三人执政联盟工作,2000年以物理学家身份加入布鲁克海文实验室。2003年,他获得了该实验室的“科学技术奖”,2006年,他和他的一位同事因“加速器物理学的杰出成就”而获得了著名的韦克斯勒奖(Veksler Award,俄罗斯科学院每三年颁发一次)。2010年,他在布鲁克海文实验室(Brookhaven Lab)获得了终身教职。

    * * *

    另外两名与布鲁克海文实验室有联系的科学家今年也被提名为APS研究员。它们是:

    耶鲁大学的Helen Caines,作为“相对论重离子对撞机”(RHIC)的明星合作项目的共同发言人,该实验室是Brookhaven实验室的第一核物理研究设施。她因“通过发展相对论重离子碰撞中全射流重建技术,在促进RHIC的束流能量扫描和测量射流猝灭的能量依赖方面发挥了关键作用”而被表彰。

    劳伦斯伯克利国家实验室的Grazyna Odyniec因“在高能核碰撞奇异产生和RHIC波束能量扫描项目上的领导和贡献”而被认可。

    ——文章发布于2018年10月9日

    来源机构: 布鲁克黑文国家实验室 | 点击量:415
  • 10   2018-10-11 单个原子会破坏碳最坚固的键 (编译服务:可再生能源专项服务)     
    摘要:

    包括耶鲁大学和美国能源部布鲁克海文国家实验室在内的国际科学家团队已经开发出了一种新的催化剂来打破碳氟键,这是已知最强的化学键之一。这一发现发表在9月10日的《ACS催化》杂志上,是环境修复和化学合成方面的一个突破。

    “我们的目标是开发一种能够降解多氟烷基物质(PFAS)的技术,这是当今最具挑战性的污染物修复问题之一,”耶鲁大学化学与环境工程系教授金俊宏(Jaehong Kim)说。“从北极生物区到人体,PFAS在世界各地都被广泛检测到,在许多地区,受污染地下水的浓度明显超过了监管限制。目前,还没有节能的方法来消除这些污染物。我们与布鲁克海文实验室的合作旨在利用单原子催化剂的独特性能来解决这个问题。

    合成更小、更高效的催化剂

    为了优化催化剂的效率,科学家们把它们分解成更小的部分,一直到纳米材料。最近,科学家们已经开始将催化剂进一步分解,从纳米级到单个原子。

    布鲁克海文的科学家Eli Stavitski说:“催化剂唯一的活性部分是它的表面。”“所以,如果你把催化剂分解成小块,你就增加了它的表面积,暴露了更多催化剂的活性特性。”而且,当你把催化剂分解到10纳米以下时,它们的电子性能会发生戏剧性的变化。它们突然变得非常活跃。最终,你要进入下一步,把催化剂分解成单个原子。

    挑战在于单个原子的行为与更大的催化剂不同;它们不喜欢独自站着,而且会引起不必要的副作用。为了有效地使用单原子催化剂,科学家必须确定一种强的、活性的金属和稳定的、互补的环境的完美结合。

    现在,研究人员已经确定铂的单个原子是一种有效的催化剂,可以打破碳氟键。铂是一种特别坚固的金属,它能够将氢气分解成单个氢原子——这是打破碳氟键的关键一步。

    “我们耶鲁大学的团队最近开发了一种易于扩展的方法,可以通过两个简单的步骤合成单原子催化剂,”Kim说。“首先,我们将金属固定在支撑材料上,然后在温和的UV-C照射下将金属光还原成单个原子。利用这种方法,我们的团队已经合成了一系列单原子催化剂,包括各种金属(铂、钯和钴)和载体(碳化硅、氮化碳和二氧化钛),用于多种催化反应。在这项研究中,我们发现单一的铂原子被加载到碳化硅上,在催化碳氟键的裂解和分解像PFAS这样的污染物方面非常有效。

    成像单个原子

    为了观察他们的新催化剂并评估其性能,科学家们来到了位于布鲁克海文实验室(功能纳米材料中心(CFN)和国家同步加速器光源II (nsl -II)的能源部科学用户设施办公室。世界一流的工具在每个设施提供免费技术,以看到这个难以置信的小催化剂。

    扫描透射电镜图像

    点击图片下载高清版本。扫描透射电子显微镜图像显示了均匀分散的单个铂原子(用白色箭头表示)在碳化硅支架上。ACS催化。

    在CFN,科学家们使用先进的透射电子显微镜(TEM)近距离观察铂原子。通过扫描样品上方的电子探针,科学家们能够在碳化硅支架上观察到分离的铂原子。

    “这项研究为揭示多模态表征如何有助于理解单个原子催化剂的基本反应机制提供了一个黄金标准,”霍林欣说。

    与CFN能够提供的更小、更集中的催化剂视图相比,nsl - ii使研究人员能够更广泛地了解催化剂及其周围环境。

    “我们在NSLS-II有一种技术,叫做x射线吸收光谱,它对催化剂的状态和周围环境具有独特的敏感性,”斯塔夫茨基说。

    通过将nls - ii的超右旋x光照射到催化剂上,并使用ISS观察光如何与样品及其环境相互作用,科学家们能够“看到”这种单原子催化剂是如何构建的。

    国际空间站的这项研究是nsl - ii与耶鲁大学战略合作伙伴关系的一部分,展示了大学和产业界如何与布鲁克海文实验室合作,解决他们的研究难题。

    “我们正在寻求一些战略伙伴关系,以加强我们与附近机构的联系,并利用美国东北部巨大的智力和专业知识nsl - ii科学部副主任沈群说。在这方面,耶鲁大学的教师团体就是一个很好的例子。我们很高兴看到这开始结出果实。

    Kim, Stavitski和Huolin正在继续合作,将单原子催化剂应用于各种环境挑战,包括PFAS。

    这项研究部分是由国家科学基金会通过纳米技术支持水处理的纳米系统工程研究中心(纽特)、中国奖学金委员会和瑞士国家科学基金会资助的。nsl - ii和CFN的操作由美国能源部科学办公室支持。

    ——文章发布于2018年10月2日

    来源机构: 布鲁克黑文国家实验室 | 点击量:407