氧化钍

人工视觉智能技术在安全、医疗和服务等领域颇有应用潜力。然而，随着网络化和信息化的发展，基于冯诺依曼构架的现有视觉系统因功耗问题难以实时处理海量激增的视觉数据。仿生人类视觉的光电突触器件可集图像信息采集、存储和处理于一体，有效解决现有视觉系统存在的时效性、功耗等问题。非晶氧化物半导体薄膜晶体管(TFT)作为传统电子器件在显示、电子电路等领域已实现产业化应用。因此，基于氧化物TFT的创新器件在产业工艺兼容性、与后端电路的在板集成等方面优势明显，在仿生人类视觉神经突触器件的研发方面，亟待解决如可见光响应弱、频率高效选择性、不同波段信号串扰等一些关键科学和技术问题。 　　中国科学院宁波材料技术与工程研究所功能薄膜与智构器件团队阐明了非晶氧化物半导体器件中与氧空位息息相关的突触权重调控的微观机理，为提高可见光响应奠定了理论基础，设计了背沟道修饰pn异质结的光电突触TFT，有效耦合了三端器件的栅压调控和两端器件的内建电场调控功能，兼具高光电响应、易集成、低功耗等优势。 　　近期，该团队携手福州大学教授张海忠团队，设计了基于InP量子点/InSnZnO的光电TFT的仿生视觉传感器，将氧化物半导体优异的电传输特性和InP量子点良好的宽光谱响应特性有机结合，使器件具有优异的栅极可控性和可见光响应特性，通过简单控制栅极偏置实现初始状态的调控，仿生模拟了人眼暗视和明视环境下适应功能的切换。该工作构建的TFT阵列在感知红绿蓝三原色字母时均表现出逼真的环境自适应特征。此外，基于该光电传感阵列的三层衍射神经网络用于手写数字识别模拟，准确率可达93%。该研究为开发环境适应性人工视觉系统开辟了新途径，并对神经形态光电子器件的研发具有启发性意义。 　　相关研究成果发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials，DOI: 10.1002/adfm.202305959)上。研究工作得到国家自然科学基金和宁波市重大科技攻关项目等的支持。人眼明暗适应过程与氧化物光电薄膜晶体管光电流变化过程的类比演

当今世界，绿色低碳发展是大势所趋，全世界都在向碳中和目标不断努力。实现“双碳”目标离不开二氧化碳（CO2）的减排，而CO2作为碳资源的规模化高附加值利用是极具挑战性的的重要战略方向。近日，中国科学院大连化学物理研究所刘中民院士团队提出了CO2与烷烃耦合制备芳烃大宗化学品的新途径。团队发现使用酸性分子筛作为催化剂，可催化CO2与轻质烷烃发生耦合反应，同时促进了芳烃的生成，产物中芳烃选择性高达80%。在特定条件下，约3/4的CO2转化为可用作化工原料的一氧化碳产物，进一步研究证实约1/4已转化的CO2的碳原子直接进入了芳烃产物。相关成果发表在中国催化专业刊物——《催化学报》上。大连化物所供图CO2是最稳定的化学分子，将CO2作为原料高效转化为大宗化学品一直是巨大挑战。芳烃是有机化工中重要的基础原料，可以广泛用于合成树脂、纤维、染料、医药、香料等，目前主要通过石脑油催化重整等石化路线进行生产，存在原料和目标产品之间碳氢不平衡的问题。引入CO2与富氢的烷烃耦合调控其反应的碳氢平衡，提高目标产物选择性，同时将CO2转化为有用的化工原料或产品，以实现CO2资源化利用，对传统芳烃生产技术具有变革性意义。此前很多研究人员尝试采用CO2与烷烃反应，将CO2转化为CO并减少氢气的生成，但均认为CO2的碳原子没有进入烃类产物中。以HZSM-5分子筛为催化剂，催化CO2与轻质烷烃发生耦合反应生成芳烃示意图本工作中，团队以HZSM-5分子筛为催化剂，对比研究了正丁烷、正戊烷和正己烷在氦气和CO2气氛中的转化反应，并详细研究了分子筛酸性，反应温度、压力、CO2加入量等条件对耦合反应的影响。结果表明，CO2的引入可大幅促进芳烃的生成，同时甲烷和乙烷等小分子烷烃的生成受到抑制。对反应后的催化剂进行分析，发现了大量甲基取代的内酯和甲基取代的环烯酮等含氧物种。通过同位素标记实验和一系列验证实验，证实这些含氧中间体由CO2与烃类耦合转化生成，提出并证明了耦合反应发生的途径，即CO2与碳正离子反应得到环内酯，环内酯进一步转化为甲基环烯酮，甲基环烯酮转化为芳烃产物。进一步采用密度泛函理论计算了耦合反应机理各步骤的能垒，验证了耦合反应机理的可行性。“这项成果最大的亮点是证实了CO2与烷烃耦合反应不仅可以将其转化为一氧化碳，更重要的是部分CO2的碳原子可以直接进入芳烃产物，促进芳烃的生成并提高产物中芳烃的选择性，为CO2大规模资源化利用提供了一条有效的途径，具有广阔的应用前景。”刘中民介绍。该研究成果发表在我国唯一被SCI收录的催化英文刊——《催化学报》上。将优秀的成果发表在国产期刊上，刘中民院士深有感悟。“将CO2作为碳资源进行高附加值利用，对实现双碳目标的技术路径设计具有重大意义。将我们的最新研究进展发表在国产期刊上，我是经过了慎重的考虑。我国加强科技创新，也需要与科技创新地位相适应的国际期刊。近些年，很多国产期刊对高水平研究工作都开辟了绿色通道，文章接收后会快速发表并推介宣传，在国内外显示度逐步提升。”刘中民告诉《中国科学报》，“以《催化学报》为代表的国产期刊近年来专业性和世界影响力都在快速提升，让中国的最新成果在中国的期刊上发表，这也体现了我们的科技自信在不断增强。同时，一流期刊的发展也离不开一流的科研成果，积极地向国产期刊投稿高水平科研成果，需要大家积极支持，首先是从自己做起，我们和国产期刊是‘双赢’。”

近日，中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室理论催化创新特区研究组肖建平研究员团队和碳基资源电催化转化研究组汪国雄研究员团队在电催化一氧化氮还原反应（eNORR）合成氨研究方面取得新进展，在Cu6Sn5合金催化剂上实现了96.9%的氨法拉第效率和安培级电流密度。图片来源于大连化学物理研究所氮氧化物（NOx）的转化处理是一种缓解环境和能源问题的方法。氨作为一种重要的化学物质，可用于肥料、炸药和硝酸等的制备，还可作为燃料。eNORR合成氨相较于传统的哈伯法，是一种更绿色更经济的去中心化合成氨的策略。　　图片来源于大连化学物理研究所本工作中，肖建平团队基于自主开发的图论和反应相图分析算法（ACS Catal. ，2021），通过基于描述符的方法初步筛选出铜锡合金具有高eNORR合成氨活性，汪国雄团队进一步合成了Cu6Sn5合金并验证了其具有安培级的合成氨活性。NO电催化实验表明，Cu6Sn5催化剂比Cu和Sn具有更高的活性和选择性，在更广泛的电压范围内也表现出很高的合成氨选择性，在电压为-0.23V vs. RHE时，得到流动池中的氨产率达到10mmolcm-2h-1，法拉第效率为96.9%，并且在大于600mAcm-2时，保持稳定运行135小时。电化学能垒计算表明，Cu6Sn5催化剂比Cu和Sn上生成氨的能垒更低，而且证明Cu6Sn5合金上各产物决速步能垒的大小关系（NH3N2ON2H2）。合作团队基于自主研发的碱性膜电解器件技术（Nat. Nanotechnology ，2023），在总电流为400A时，Cu6Sn5合金上NO电还原产氨速率达到2.5molh-1，展现出了应用潜力。相关研究以“Electrochemical synthesis of ammonia from nitric oxide using a copper-tin alloy catalyst”为题，于近日发表在《自然—能源》（Nature Energy）上。该工作的第一作者是我所05T8组博士研究生井会娟和523组博士研究生邵加奇。以上工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院洁净能源创新研究院合作基金、中国科学院B类先导专项“功能纳米系统的精准构筑原理与测量”、榆林创新院人工智能科技专项等项目的资助。文章链接：https://doi.org/10.1038/s41560-023-01386-6 小科普：氨，化学式NH3，是一种无色、有刺激性气味的气体。氨的用途很广泛，是合成肥料、硝酸（制造炸药的原料之一）、药物的重要原料，而且它还是一种高能量密度（一定空间或质量物质中储存能量的大小）的零碳能源载体，且相对易储存。传统工业上合成氨主要通过一种叫做哈伯法的制备方法在高温高压下进行，能耗较大且产生污染。科学家一直在探索新的合成路线，用可再生能源发电作为驱动力，通过电化学催化的方式合成氨是目前较有应用前景的方式之一。