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关键词： 能源安全   绿色转型   气候变化   地缘政治风险  

摘要： 当前的能源危机使世界面临新的挑战，即如何在保障短期能源安全的同时，继续推进经济绿色转型。本文研究了历史上影响能源供应安全的关键因素，并分析绿色转型对能源安全的影响，发现能源贸易伙伴的多元化是过去20年来影响各国内部和各国之间能源安全的主要因素。经济绿色转型预计将对能源安全产生积极影响：一方面，减排政策将迫使化石燃料的需求减少，使高成本的化石燃料生产商退出能源市场；另一方面，在气候政策下，可再生能源渗透率的提高将降低能源进口依赖，并提高能源安全。同时，经济绿色转型给能源安全带来了新的挑战，需要投资建设相应的基础设施，从而满足以可再生能源和电力为动力的交通系统的需求。本刊征得国际货币基金组织（IMF）同意，编译此篇论文，以飨读者。

关键词： 甲酸盐氧化   钯   二氧化钛   氢溢流   “推拉”效应  

摘要： 当今社会不断增长的化石燃料消费推动了对可持续和清洁能源的迫切需求。因此,由于尖端科学技术的进步,燃料电池技术已经成为现代能源解决方案的领跑者。直接甲酸盐燃料电池（DFFC）具有输出电压高、毒性低、结构简便等优点,被认为是有前途的能源替代品。其中,Pd基催化剂由于其在碱性电解质中的耐久性和有效性,在电化学甲酸氧化反应（FOR）领域引起了极大的兴趣.然而甲酸盐在Pd基催化剂上电氧化会产生(Had)重要中间体。这种中间体阻碍了HCOO-的进一步吸附和氧化,从而导致催化效率迅速下降,影响了甲酸氧化（FOR）整体的性能。因此如何加快Had的脱附是我们现阶段需要解决的问题,本文通过研究Pd与TiO2载体的强相互作用,加速Had从Pd活性位点上的脱附。具体工作如下: （1）通过在TiO2中引入氧空位,采用Pd/TiO2体系界面氢溢流的策略:首先使用氧化还原方法利用Na BH4在TiO2晶体中引入氧空位,随后使用湿化学还原法将Pd纳米颗粒负载在含有氧空位的TiO2上,最终成功制备了Pd/Ov-TiO2催化剂。Pd/TiO2催化材料也同样使用湿化学方法合成。一系列的表征表明,在TiO2晶体中成功地引入了氧空位。氧空位的引入促进TiO2向Pd NPs的电荷转移,从而得到表面富电子的Pd NPs,进而使其d带中心向下移动。这有助于削弱Had吸 附,增强Had从Pd NPs到TiO2载体的溢流能力。在电化学测试结果表明,Pd/Ov-TiO2表现出4.16 A mg Pd-1的质量活性,分别是Pd/TiO2和商业Pd/C催化材料的1.41和2.72倍,并且在Pd/Ov-TiO2的催化材料中,Had的氧化肩峰几乎消失。这些结果说明Pd/Ov-TiO2催化材料能够及时清除Had,进而提高FOR的性能。实验结果和理论计算都成功地证实了电子从Ov-TiO2转移到Pd NPs,诱导Pd的d带中心降低,从而促进Had的的有利释放。此外,原位电化学拉曼光谱为Ov-TiO2和Pd之间的氢溢出过程以及Pd-H键的减弱提供了直接证据。这些结果说明了Pd/Ov-TiO2改善了FOR的反应活性,从而提高DFFC的性能。 （2）通过界面P掺杂的手段修饰TiO2载体,利用Pd与TiO2之间的界面“推拉”效应来促进Had快速释放的策略:利用湿化学还原法将Pd负载在P掺杂的TiO2载体上,制备了Pd/TiO2-P催化材料。与传统的Pd/TiO2相比,Pd/TiO2-P表现出了4.38 A mg Pd-1的质量活性,是Pd/TiO2的1.83倍。实验和理论计算都证明,P掺杂加强了Pd纳米颗粒与TiO2载体的强相互作用,促进了Pd的d带中心下移,有效地“推动”了Had从Pd活性位点的解吸。TiO2-P载体起着至关重要的“拉动”作用,减少了Had从Pd位点转移到载体本身的能量障碍。这种协同效应加速了Had快速地从Pd活性位点上脱出,进而提高FOR反应的活性。 综上,设计和制备的Pd/Ov-TiO2与Pd/TiO2-P催化剂在电催化甲酸盐氧化的过程中都表现出优异的催化活性,对于DFFC的发展和进一步商业化起到了强烈的推动作用。

摘要： 7月5日，宿迁市交通运输局联合市生态环境局开展全市汽车维修行业大气污染防治业务培训，进一步提高汽车维修行业的污染防治管理水平，减少汽修行业废气污染物排放总量，推动全市汽车维修行业绿色、健康发展。

关键词： 燃料电池汽车   氢安全   氢气浓度传感器   泄漏源定位   深度置信网络  

摘要： 发展氢能是我国实现“双碳”目标、实现能源转型的重要途径。燃料电池汽车续航长、加注快、无污染,是国内外一致认可的氢能核心应用场景,但其安全性是影响燃料电池汽车商业化进程的瓶颈问题。其安全性的提高,一方面依赖于燃料电池汽车本身的氢安全技术,另一方面决定于燃料电池汽车使用场景的氢气泄漏防护能力。如何进行怠速、行驶等场景下氢气浓度传感器的布置优化和如何在隧道、停车场等多车静止场景中定位泄漏源是解决燃料电池汽车氢气泄漏问题的关键。针对上述问题,研究了面向燃料电池汽车氢气泄漏的数值计算模型、多场景下燃料电池汽车氢气泄漏快速诊断及燃料电池汽车使用场景中空间泄漏源定位方法,旨在提高燃料电池汽车的使用安全性。本文主要工作如下: (1)对多组分气体控制方程进行了详尽的阐述,深入比较分析各种湍流模型特点后,根据研究需求选定了K-Epsilon模型,构建虚喷嘴模型为数值计算提供等效的入口条件,基于多组分气体控制方程、湍流模型和虚喷嘴模型建立氢气泄漏的数值计算模型。搭建了氢气泄漏实验台架并设计氢气泄漏实验步骤,通过氢气浓度传感器采集浓度数据,构建实验台架的数值计算模型与实验结果进行对比,数值计算模型的平均误差不超过3.71%,证明氢气泄漏数值计算模型能够如实反应氢气的泄漏扩散。 (2)建立燃料电池汽车几何模型与外流场模型,根据燃料电池汽车安全事故资料确定边界条件,分析不同场景对燃料电池汽车泄漏氢气扩散的影响,探究不同场景下燃料电池汽车泄漏空间顶部氢气覆盖率的变化规律,泄漏5秒后37.18km/h的行驶场景下空间顶部氢气覆盖率相较于怠速场景下降了62.55%,114 km/h的行驶场景下空间顶部氢气覆盖率相较于怠速场景下降了81.35%,提出基于遗传算法的多场景氢气浓度传感器快速诊断布置方法,优化氢气浓度传感器的位置后,氢气泄漏的诊断时间从5 s缩短到1 s,诊断到氢气泄漏时的爆炸氢气云团体积相较于优化前至少减小了17.63%。 (3)构建考虑壁面阻碍和具有快速计算的氢气高斯扩散概率模型,与氢气泄漏实验数据平均误差不超过2%,最大误差为7.41%,证明模型可以反应空间平面中氢气浓度传感器间的数据特征,提出基于氢气高斯扩散概率模型的预训练方法和基于少量实验数据的微调方法,建立基于深度置信网络的空间氢气泄漏源定位算法,并通过训练未采用的实验数据对定位结果进行验证,结果表明:本文所提的泄漏定位算法的定位坐标平均误差在20.62 mm,为实验模型XY平面对角线长度的2.97%,相较于其他方法的定位误差至少减少了39.31%。

关键词： 氢燃料电池空压机   螺旋槽轴承   承载特性   动态特性   转子动力学  

摘要： 国内外正在大力发展清洁能源,推动能源转型。氢燃料电池具有绿色、清洁、高效等特点,是今后解决碳排放和能源紧缺的有效方式。螺旋槽气体轴承离心空压机性能优良,具有低功耗、故障少、装配复杂度低等优点,已成为氢燃料电池空压机主轴支撑的最佳选择。目前国内关于氢燃料电池离心空压机中螺旋槽动压轴承润滑流体的流动状态是在层流的假设下进行分析研究,因此本文对气体润滑模型进行修正,在此基础上研究螺旋槽径向气体轴承在不同雷诺数下的润滑特性,并建立了空压机主轴5自由度模型,探究轴承参数对转轴固有频率、稳定性等影响,主要的研究内容和结论如下: (1)运用有限差分法对修正的雷诺方程进行差分求解,探究轴承在不同雷诺数下的承载力,得到了轴承几何参数和槽型参数变化对承载力的影响。结果表明螺旋槽径向气体轴承在润滑流体雷诺数大于零时的承载力比雷诺数趋近于零时的承载力大,轴承几何参数、轴承槽型参数中槽宽比、槽深比、轴承进口初始压力对承载特性影响显著;槽数对承载特性影响较小。 (2)基于扰动法建立轴承的气膜压力和气膜厚度表达式,计算在不同涡动比和不同运行速度下,轴承的刚度系数和阻尼系数的变化规律。结果表明涡动比和转速对轴承的动态参数影响显著。 (3)建立空压机主轴的5自由度刚性转子模型并进行动力学分析。结果显示轴向力对转子的圆柱频率和圆锥频率影响显著,在转子重心与支撑中心重合时,转子两种运动模态解耦;径向轴承参数、转子质量、转动惯量和转子重心位置对转子模态和稳定性产生了显著影响,两径向轴承的运动轨迹呈周期性,使用仿真软件对主轴进行模态分析,仿真结果与理论分析相吻合。 (4)通过在转轴的单侧和双侧施加不平衡质量来进行不平衡响应分析,探究转轴的重心改变时,径向轴承在不同转速下径向位移和相位角的变化。结果显示单侧施加不平衡质量时,转子处于圆锥涡动状态。双侧相同相位施加不平衡质量时,转子处于圆柱涡动状态。 本文通过数值计算完成了对螺旋槽径向气体轴承承载特性、空压机转子动力学的研究分析,为氢燃料电池离心空压机转子理论分析和设计提供一定的参考价值。

关键词： 硫酸根阴离子   金属有机框架材料   气体吸附分离   动态穿透实验  

摘要： 乙炔（C2H2）、乙烯（C2H4）和碳四（C4）烯烃等低碳烃分离纯化是石油化工领域重要的分离过程之一,但是低碳烃混合物中的分子尺寸、沸点等物理性质的相似性使得纯物质的分离过程需要消耗大量能量,吸附分离作为一种低能耗、环境友好的分离过程,在气体吸附分离领域展现出巨大的应用前景,而吸附分离技术的关键之一在于高效吸附剂的开发。金属有机框架（MOFs）材料作为一种先进的吸附剂材料,具有制备工艺简单、孔径易调节和功能位点易设计等优势,在性质相似的气体吸附分离中极具潜力。本文为了实现性质相似气体的分离纯化,拟以硫酸根(SO42-)无机阴离子作为柱撑或连接体合成超微孔MOFs材料,研究了合成的硫酸根阴离子型超微孔材料对不同气体的吸附行为和分离效果,并通过动态穿透实验模拟了实际混合气体的分离过程,在分子层面上深入研究了气体分子与框架的作用机制和分离机理。本文的主要研究内容包括: （1）首先使用七水合硫酸锌（Zn SO4·7H2O）和4,4'-二吡啶胺（DPA）配体合成了一种超微孔材料SOFOUR-DPA-Zn(SOFOUR=SO42-),该材料具有3.8×5.8?2的不规则窗口尺寸的一维（1D）通道,SO42-未配位的氧原子在孔道环境中形成了负静电势。研究表明,SOFOUR-DPA-Zn在0.01和1.0 bar下对C2H2分别表现出1.80和2.76 mmol g-1的高吸附容量,C2H2/CO2在1.0 bar下的理想吸附溶液理论（IAST）选择性高达69.1。穿透实验证实了SOFOUR-DPA-Zn可从C2H2/CO2混合物中有效分离C2H2。计算模拟阐明了SO42-的存在对选择性捕获乙炔起到重要作用。 （2）为了能够同时分离C2H2/CO2和C2H2/C2H4两个混合气体体系,设计制备了一种新型二维（2D）四面体硫酸盐柱撑超微孔SOFOUR-DPDS-Ni（DPDS=4,4'-二吡啶二硫醚）,SO42-的引入形成了大量电负性功能位点,且该材料具有狭窄的层内空腔通道（3.3×4.5?2）和带强负静电势的层间孔通道（3.6×3.7?2）。因此,SOFOUR-DPDS-Ni在0.01 bar下对C2H2的吸附量达到1.60 mmol g-1,相反,对CO2和C2H4的吸附量仅为0.13和0.49 mmol g-1,该材料对C2H2具有易于再生的中等吸附热,且同时具有对50/50 C2H2/CO2（174）和1/99 C2H2/C2H4（65）混合物的基准选择性。动态穿透实验验证了C2H2从CO2（50/50,v/v）和C2H4（50/50和1/99,v/v）中分离出来的有效性。计算模拟阐明了SO42-的电负性氧原子与C2H2之间形成了强C-H···O氢键作用,且C2H2分子跟SOFOUR-DPDS-Ni骨架之间形成了比CO2和C2H4更强的电荷转移和相互作用。 （3）使用SOFOUR-DPDS-Ni材料进一步开展了C4烯烃分离的工作,该材料对iso-C4H8具有尺寸筛分效应,且同时吸附C4H6和n-C4H8。SOFOUR-DPDS-Ni是通过四面体SO42-连接的2D金属有机框架材料,通过这种四面体柱撑连接两个不平行的层可以有效地防止去除客体分子后的层间滑移行为,并在不同温度的C4烯烃吸附过程中没有观察到“开门”或逐步吸附现象。在298 K和1.0bar条件下,SOFOUR-DPDS-Ni对C4H6和n-C4H8的吸附量分别为1.68和1.48mmol g-1,而对iso-C4H8则表现出尺寸筛分效应(0.17 mmol g-1)。SOFOUR-DPDS-Ni在0.01 bar下对C4H6和n-C4H8的吸附量分别为1.36和1.25 mmol g-1。SOFOUR-DPDS-Ni在0.001 bar对C4H6吸附能力达到1.15 mmol g-1,这表明该吸附剂有去除微量C4H6的潜力。此外,该材料提供了一个新的基准吸附比选择性和亨利（Henry）选择性,C4H6/iso-C4H8（9.9和2321.8）和n-C4H8/iso-C4H8（8.7和233.5）的选择性超过了大多数高性能吸附剂。巨正则蒙特卡洛（GCMC）模拟的C4H6和n-C4H8的理论吸附量和测试的一致。为了模拟工业上的分离过程,通过穿透实验证实了SOFOUR-DPDS-Ni从二元和三元C4烯烃混合物中可有效分离iso-C4H8,且可在穿透柱出口端直接获得高纯度iso-C4H8（>99.9%）,在两组分的穿透实验结束后的解吸过程中可获得高纯度C4H6（>99.0%）和n-C4H8（>99.0%）。密度泛函理论（DFT）计算在微观层面上分析了C4H6和n-C4H8与框架之间的相互作用和结合能,通过差分电荷分析说明了C4H6/n-C4H8和SO42-/吡啶环之间存在强烈电

关键词： 燃料电池   大数据   故障诊断  

摘要： 质子交换膜燃料电池（PEMFC）的可靠性和耐久性一直是制约行业技术发展的关键属性，本文基于批量化的大功率高功率密度重型商用卡车车载燃料电池系统运行数据，进行数据的提取和筛选分析，形成对燃料电池电堆故障诊断具有一定效益的数据分析链和分析方法，最终实现对失效模式的快速定位和问题分析，提升对典型故障的快速诊断，做到提前预测、提前干预处理，降低后期不可逆损失，旨在为燃料电池实现商业化运营提供实践经验，推动行业技术发展。