上海大学学报(自然科学版)

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1. 2021年第27卷第1期电子期刊

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (1): 0-0.

摘要（504）

PDF（pc）（58103KB）（404）

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2. 半导体量子点中电子态的绝热捷径控制

班玥, 李欣和, 陈玺

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (1): 1-17. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2273

摘要（729）

HTML （237）

PDF（pc）（2187KB）（154）

量子态的精确制备和相干控制是量子信息处理和固态量子计算中的重要任务. 近年来, 量子绝热捷径技术已经被广泛用于原子的冷却、转移等量子信息处理过程, 旨在加快绝热慢过程, 提高量子态制备和传输的保真度. 介绍了量子绝热捷径技术中不变量反控制法、量子无摩擦动力学等不同方案在半导体量子点中电子态快速且高保真的控制应用, 并分析了各类方法以及环境退相干等系统因素对量子态操控的影响.

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3. 基于像素流的视频彩色化

陈钰, 丁友东, 于冰, 徐敏

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (1): 18-27. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2119

摘要（823）

HTML （31）

PDF（pc）（21664KB）（96）

针对利用传统光流传递关键帧颜色信息的视频彩色化方法计算耗时问题, 以及全局传递颜色的视频彩色化方法导致欠饱和度问题, 提出基于像素流的视频彩色化方法. 首先, 将参考帧与目标帧转换到 Lab 颜色空间中, 利用其亮度通道通过一个深度学习网络得到像素流, 该像素流中的数值指示了目标帧的颜色在参考帧中的位置; 然后, 利用该像素流对参考帧颜色通道进行双线性插值得到目标帧颜色通道; 最后, 将得到的颜色通道与目标帧亮度通道组合得到最终的彩色化图像. 实验结果表明: 该方法得到的彩色化图像能够保持参考帧颜色的饱和度且边缘颜色清晰, 具有更高的峰值信噪比; 运算速度较基于传统光流彩色化方法大大提高.

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4. 一种利用年龄编辑改进年龄估计的方法

张辰昱, 徐树公, 黄剑波

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (1): 28-38. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2250

摘要（804）

HTML （33）

PDF（pc）（5756KB）（63）

人脸年龄估计(face age estimation)作为一种新兴的生物特征识别技术, 是计算机视觉中一个经典的学习问题. 基于生成对抗网络(generative adversarial network, GAN) 强大的数据生成能力, 提出了一种利用年龄编辑改进年龄估计的方法, 并通过分阶段联合训练年龄编辑网络 StarGAN 和年龄估计软阶段回归网络 (soft stagewise regression network, SSR-Net), 扩增适用于年龄估计的训练数据. 实验证明, 在非受限条件下, 该方法取得了年龄估计较好的结果.

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5. 强窄带干扰存在时 IEEE 802.15.6 协议下的同步算法

金彦亮, 王雪, 罗雪涛, 聂宏

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (1): 39-48. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2118

摘要（853）

HTML （22）

PDF（pc）（1247KB）（78）

脉冲超宽带(impulse radio ultra-wideband, IR-UWB)是一种通过发射极窄脉冲进行信息传输的无线电技术. 由于脉冲超宽带技术的工作频带特别宽, 因此易混入其他无线系统的窄带干扰信号. 针对超宽带系统中物理层同步头 Kasami 序列的特点, 提出了一种在 IEEE 802.15.6 协议下的同步算法. 一个 Kasami 序列可以被选为与接收信号进行积分相乘的同步模板. 仿真结果表明, 在存在强窄带信号干扰和码间干扰的情况下, 该同步算法比其他针对 IEEE 802.15.6 协议的算法有更高的同步成功率和更低的复杂度.

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6. 一种基于熵函数的合作频谱感知方法

任梦梦, 胡燕妃, 翟旭平

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (1): 49-58. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2121

摘要（817）

HTML （16）

PDF（pc）（720KB）（155）

认知无线电中频谱感知方法的性能与感知场景高度相关. 研究表明, Nakagami-Gamma(KG)衰落信道模型能够可靠地描述无线通信信道. 针对采样点数、接收信噪比、地理位置等多种性能影响因素各不相同的一组异构节点在KG衰落信道下的感知场景, 提出了一种基于熵函数(based on entropy function, BEF)的合作感知方法. 首先, 根据异构节点的不同性能影响因素, 通过定义的熵函数计算各节点的综合评价得分; 然后, 筛选出得分较高的节点进行标准化能量检测; 最后, 采用逻辑或(OR)准则进行融合判决. 仿真结果表明, BEF方法有效地降低了系统的感知开销, 在各个节点的目标虚警概率较低($P_{\rm f}<0.1$)时, 显著提升了全局检测概率.

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7. 线性周期快速切换系统的平衡截断模型降阶

杜鑫, 胡正, 王建英

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (1): 59-77. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2114

摘要（919）

HTML （17）

PDF（pc）（1636KB）（128）

针对电力电子领域中常见的线性周期快速切换系统, 研究了保持系统弱稳定性及平均动态特性的模型降阶问题. 针对输入为直流信号的情形, 引入周期切换系统的直流平均模型并在此基础上给出了可完全匹配其平均直流响应动态特性的平衡截断算法; 针对存在输入交流摄动信号以及切换时间摄动的情形, 引入周期切换系统的交流小信号平均模型, 并在此基础上给出了相应的奇异摄动型平衡截断模型降阶算法. 仿真应用算例验证了所得结果的有效性.

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8. SnO$_{\boldsymbol{x}}$S$_{\boldsymbol{y}}$@PANI@rGO 复合材料的制备及其电化学性能

朱影, 周荻雯, 唐燕, 王浩, 赵攀登, 浦娴娟, 焦正, 程伶俐

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (1): 78-85. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2104

摘要（899）

HTML （22）

PDF（pc）（7442KB）（119）

利用水热法合成二硫化锡六方晶片, 通过氧化聚合包裹聚苯胺, 水热还原制备锡氧硫化合物@聚苯胺@还原氧化石墨烯(SnO$_{x}$S$_{y}$@PANI@rGO)复合材料. 分别利用 X 射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、傅里叶变换红外(Fourier transform infrared, FT-IR)光谱、扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)和透射电子显微镜(transmission electron microscope, TEM)对材料进行形貌和物相分析, 结果表明: 制备的六方形 SnO$_{x}$S$_{y}$被 PANI 和 rGO 双层包覆. 将复合材料作为锂离子电池的负极进行电化学性能研究, 结果显示: 由于多元复合材料中的聚苯胺和还原石墨烯增加了其导电性, 缓冲了 SnO$_{x}$S$_{y}$ 在充放电过程的体积膨胀, 保持了结构稳定性, 展现了优越的电性能.

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9. 上海地区 2017 年夏季大气中羰基化合物的空间分布特征

陈丰, 段玉森, 冯艳丽, 路飞

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (1): 86-96. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2060

摘要（1012）

HTML （19）

PDF（pc）（812KB）（93）

使用实验室自主研发的多通道含氧挥发性有机物 (oxygenated volatile organic compound, OVOC) 远程控制采样器, 于 2017 年 8 月 4---7 日对上海地区 20 个监测站点在早高峰 (6:00---9:00) 时段同步采集大气中 20 种羰基化合物, 并利用 2, 4-二硝基苯肼 (dinitrophenyl- hydrazone, NDPH)/高效液相色谱 (high performance liquid chromatography, HPLC) 法进行分析. 研究结果表明: 上海及其周边地区夏季大气中总羰基化合物浓度水平为 14.34$\sim$ 106.15 $\mu $g/m$^{3}$, 并呈现西部高、东南低的空间分布特征; 各地区浓度水平有明显差异, 其中浦东临港、崇明各采样点浓度较低, 金山枫泾、苏州工业园区最高. 甲醛、乙醛和丙酮是大气中最主要的羰基化合物, 三者共占羰基化合物总量的 68%. 甲醛、乙醛、丙醛之间具有较好的相关性, 苯甲醛、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛之间也存在一定的正相关性, 说明它们之间有着相似的来源. 羰基化合物臭氧生成潜势 (ozone formation potential, OFP) 为 68.01$\sim $326.83 g/m$^{3}$, 其中甲醛贡献最大, 乙醛次之, 二者占羰基化合物臭氧生成潜势总量的 92.93%.

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10. 乌江流域某水库浮游藻类群落结构及多样性分析

岳一鸿, 傅志伟, 陈学萍, 杨明, 王宝利, 汪福顺

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (1): 97-105. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2085

摘要（1183）

HTML （21）

PDF（pc）（1837KB）（156）

浮游藻类在河流生态系统中发挥着重要的生态功能. 为探明乌江流域不同梯级水库中浮游藻类的种群结构特征, 采集了乌江流域某水库水深分别为 0, 10 和 45 m 的水样过滤膜分层样本, 利用两对浮游藻类通用简并引物对水样进行 23S rRNA 基因扩增、扩增片段建库和高通量测序分析. 通过对两对引物获得的浮游藻类种群覆盖度比较, 选择出了相对高效的分子标记, 获得了不同水深水体中浮游藻类群落结构组成的初步信息, 为进一步深入研究乌江流域不同梯级水库中浮游藻类物种多样性提供了一种新手段.

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11. 蛋白质-蛋白质相互作用的实验检测方法

孔文娜, 周宓, 林海霞, 王任小

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (1): 106-116. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2065

摘要（1908）

HTML （40）

PDF（pc）（939KB）（264）

生物体内的蛋白质分子常常通过与其他蛋白质分子发生相互作用来发挥其生物功能. 因此, 研究蛋白质-蛋白质相互作用 (protein-protein interaction, PPI) 对于阐明蛋白质分子的生物功能以及分子作用机理具有重要的意义. 主要介绍基于生物物理和生物化学原理的检测蛋白质-蛋白质相互作用的实验研究方法, 并对发展趋势做出展望.

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12. 双层壳结构 Co$_{\bf 2.7}\rm {\bf Cu_{0.3}O_{4}}$ 立方体复合材料的制备及锂电性能

赵攀登, 何永超, 何新华, 冯笑笑, 浦娴娟, 程伶俐, 焦正

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (1): 117-124. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2113

摘要（822）

HTML （19）

PDF（pc）（4901KB）（48）

通过溶剂热法合成了 Co/Cu-BTC 实心立方体前驱体, 并以此为自牺牲模板在空气中煅烧得到双层壳结构 Co$_{2.7}$Cu$_{0.3}$O$_{4}$ 立方体复合材料, 使用 X 射线衍射(X-ray diffraction, XRD)仪、扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)和透射电子显微镜(transmission electron microscope, TEM)对材料进行物相形貌分析. 结果表明: 制备的 Co$_{2.7}$Cu$_{0.3}$O$_{4}$ 具有双层壳立方体结构. 制备的复合材料作为锂电池负极材料, 表现出优异的循环稳定性能, 这归因于其独特的双层壳结构有效地缩短了电子转移路程, 缓解了在充放电过程中的体积膨胀, 保持了结构的稳定性.

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13. 金属有机骨架衍生双金属氧化物的锂离性能

张燕锋, 蔡昌, 谈馨怡, 孙炜伟

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (1): 125-132. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2072

摘要（929）

HTML （18）

PDF（pc）（2462KB）（319）

通过一步微波法设计合成了含有 Co 和 Zn 的双金属有机骨架结构, 并在氧气氛围下 500 ${^\circ}$C 煅烧衍生获得由纳米粒子组装的 Co-Zn-O 双金属氧化物微米棒材料. 衍生材料延承了双金属有机骨架前驱体的微米棒形貌和多孔特性, 具有两种不同的金属组分之间的协同储锂作用. Co-Zn-O 双金属氧化物作为锂离子电池负极材料时展现了较高的比容量与循环稳定性, 经过 100 圈的充放电循环后, 比容量保持在 1 137 mA$\cdot$h$\cdot$g-1.

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14. Zn-Ti-O/FTO 复合薄膜的选择降解

石基, 赵加栋, 俞圣雯

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (1): 133-143. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2063

摘要（940）

HTML （15）

PDF（pc）（3202KB）（97）

采用溶胶-凝胶法在氟掺杂氧化锡(fluorine-doped tin oxide, FTO) 导电玻璃上制备 Zn-Ti-O/FTO 复合薄膜, 并通过 X 射线衍射 (X-ray diffraction, XRD)分析样品的物相结构, 利用紫外可见 (ultra-violet and visible, UV-Vis) 分光光度计测试样品的吸收光谱, 使用扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)表征样品的微观形貌. 分别研究了 Zn-Ti-O/FTO 对甲基橙 (methyl orange, MO)、亚甲基蓝 (methylene blue, MB) 以及罗丹明 B (rhodamine B, RhB) 的光催化降解作用. 结果表明: 所得到的 Zn-Ti-O/FTO 结构表现出明显的有机物降解的优选性, 对于 MB 具有光催化降解效率为 90.3%/(6 h) 的最优降解效果. 这种优选性可能与薄膜、衬底的导带底/价带顶以及有机降解物的最低未占分子轨道能级和最高占据分子轨道能级的相对位置相关.

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15. 锂离子电池三维多孔硅/银复合材料负极设计及性能

朱德伦, 彭雨晴, 白瑞成, 李爱军, 赵添婷, 孙宁霞

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (1): 144-153. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2061

摘要（962）

HTML （22）

PDF（pc）（10083KB）（144）

以商品单质硅为原料, 利用金属辅助化学刻蚀方法结合化学镀方法制备了三维多孔硅/银复合负极材料, 采用X射线粉末衍射仪、场发射扫描电镜及比表面与孔隙度分析仪对其组成、结构、比表面积及孔隙率进行研究, 随后对其电化学性能进行研究. 结果表明, 三维多孔硅呈现狭缝型的介孔, 平均孔径宽度为 12.5 nm, 比表面积达到 6.083 m$^{2}$/g. 三维多孔硅/银复合材料在 420 mA/g 条件下恒流充放电, 首循环放电比容量 2 822 mA$\cdot$h/g, 首循环库仑效率 87.8%, 经过 50 个循环后容量仍保持有 832 mA$\cdot$h/g. 研究表明: 三维多孔结构和银包覆层可以缓解嵌锂/脱锂时硅巨大的体积效应; 银包覆层可以改善硅基负极材料的电化学性能.

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16. 新型多孔聚苯胺在超级电容器电极材料中的应用

琚歌, KHAN Muhammad Arif, 郑惠文, 安仲勋, 吴明霞, 赵宏滨, 徐甲强

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (1): 154-160. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2116

摘要（967）

HTML （25）

PDF（pc）（4829KB）（155）

通过一个简便的方法, 将苯胺单体在含氯化钾 (KCl) 的盐酸溶液中聚合制备出多孔聚苯胺 (polyaniline, PANI). 以 KCl 作为形成多孔聚苯胺的赝模板, 既有效地避免了有机溶剂和硬/软模板的使用, 又减轻了对环境的污染. 由于具有独特的多孔结构和相互交错的纳米棒结构, 多孔聚苯胺的比表面积较大, 显示出良好的电化学性能. 电化学测试结果表明: 当 KCl 添加至饱和态时, 所制备的多孔聚苯胺电极表现出 800 F$\cdot$g$^{-1}$ 的高比电容, 是普通聚苯胺 (不使用 KCl 作为赝模板) 的 6 倍多, 显示出多孔聚苯胺在超级电容器方面的应用潜力.

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17. 高次光滑边界单元的构建与性能

田钰, 和东宏, 马杭

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (1): 161-170. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2108

摘要（898）

HTML （19）

PDF（pc）（671KB）（29）

基于 Lagrange 插值多项式, 实现了高次边界单元形函数系数的计算机自动生成. 在已有闭合单元的基础上, 充分利用粒子几何形状的特性构建了高次光滑边界单元. 数值算例表明, 与传统的二次单元和闭合单元相比, 高次光滑边界单元能够较大地提高椭圆和椭球粒子数值模拟的计算精度与效率.

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18. 钢筋混凝土肋梁楼盖的优化设计

周博伦, 朱杰江

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (1): 171-180. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2106

摘要（987）

HTML （18）

PDF（pc）（1286KB）（80）

采用鹰策略优化算法处理钢筋混凝土肋梁楼盖优化问题, 包括普通楼板和地下车库顶板的优化. 对于不同的柱网情况, 在满足相应约束条件的情况下, 以造价为目标函数, 得出最优的梁平面布置方式、梁板的最优截面尺寸及对应配筋. 结合国家规范, 对一个 8 m$\times $6 m 柱网的车库顶板及普通楼板的梁板结构布置分别进行整体优化, 优化效果良好, 可应用于实际工程.

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19. 盐溶液饱和高庙子膨润土膨胀特性的时效性

杨康, 孙德安, 张乾越

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (1): 181-189. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2127

摘要（846）

HTML （13）

PDF（pc）（1884KB）（45）

考虑到缓冲材料膨润土块体从制作到浸水的时间很长, 需要分析膨润土膨胀特性的时效性. 以高庙子钠基膨润土为试验材料, 在保持试样干密度和含水率不变条件下, 分别静置 0, 7, 15, 30 和 90 d, 利用单向固结仪进行不同总溶解固体 (total dissolved solid, TDS) 浓度溶液饱和的膨胀力和膨胀变形试验, 同时完成部分试样的扫描电镜 (scanning electron microscope, SEM) 试验. 试验结果表明, 在相同初始状态下, 高庙子膨润土膨胀变形和膨胀力随静置时间增长不断减小, 且前期衰减明显, 后期趋于稳定; 相同静置时间下, TDS 浓度增加, 膨胀特性衰减的时效性减弱. SEM 测试结果表明: 随着静置时间增加, 膨润土发生水化分解, 聚集体间的孔隙趋于均质化; 相比于静置时间增长, TDS 浓度增加引起的聚集体间的孔隙变化更大, 这与膨胀力衰减率得出的结论相吻合, 即在低 TDS 浓度和较短静置时间的条件下, TDS 浓度相比于静置时间对膨胀力的衰减影响可能更为明显.

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20. 一种基于区间值 Pythagorean 三角模糊语言集的多准则决策方法

丁雪枫, 钟俊慧

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (1): 190-207. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2175

摘要（881）

HTML （23）

PDF（pc）（767KB）（75）

为提升不确定环境下信息描述的准确性, 提出了区间值勾股三角模糊语言集(interval-valued pythagorean triangular fuzzy linguistic set, IVPTrFLS), 并研究了区间值勾股三角模糊语言变量(IVPTrFL variable, IVPTrFLV)相关的基本理论. 同时, 针对区间值勾股三角模糊语言环境的多准则决策问题, 提出了一种改进的基于区间的组合评价(combinative distance-based assessment, CODAS)方法, 即 IVPTrFL-CODAS 法. 首先, 定义了 IVPTrFLV 的概念、运算法则、Score 函数、Accuracy 函数及距离公式, 提出了区间值勾股三角模糊语言优先加权(IVPTrFL prioritized weighted arithmetic averaging, IVPTrFLPWAA)算子, 并对计算规则及算子性质给予证明; 然后, 通过求解属性权重的相对重要性系数, 建立了基于 IVPTrFLV 的改进 CODAS 方法; 最后, 通过实例对所提出方法的有效性及稳定性进行了验证.

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21. 中立型时滞微分方程 Rosenbrock 方法的弱时滞相关稳定性

张明坤, 王艳沛, 赵欢欢

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (1): 208-217. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2115

摘要（956）

HTML （17）

PDF（pc）（975KB）（63）

在中立型时滞微分方程存在时滞相关渐近稳定解的条件下, 研究了中立型时滞微分方程的 Rosenbrock 方法的弱时滞相关稳定性. 基于辐角原理, 给出了 Rosenbrock 方法的弱时滞渐近稳定性的充分条件, 并通过数值例子验证理论结果的有效性.

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22. 半参数顺序回归的贝叶斯推断

赵焕丽, 何幼桦

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (1): 218-226. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2124

摘要（898）

HTML （21）

PDF（pc）（427KB）（65）

结合比例优势模型和半参数回归模型建立了一般形式的半参数顺序回归模型. 对于模型的参数与非参数部分, 构造了基于随机过程有限维分布的贝叶斯估计量, 并在正态情形下给出了估计量的解析表达式. 数值模拟结果表明, 即使在小样本情况下, 模型参数的估计值也接近真实值, 非参数部分的估计值能描绘出真实函数的形状. 对根据家庭消费结构预测收入等级的实证分析表明, 相同收入等级的城镇居民与农村居民家庭的消费结构存在差异, 外推情形下也有较理想的表现.

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23. 2021年第27卷第2期电子期刊

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (2): 226-410.

摘要（1083）

PDF（pc）（63904KB）（220）

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24. 基于 FTIR 对水库沉积物中 TOC, TN 和 BSi 含量的快速测定

梅林, 范新怡, 岳一鸿, 刘留, 褚永胜, 汪福顺

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (2): 227-235. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2290

摘要（400）

HTML （555）

PDF（pc）（1385KB）（63）

利用傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)分析了中国西南喀斯特地区岩滩(Yantan, YT)水库中的沉积物, 探讨了基于 FTIR 的沉积物总有机碳(total organic carbon, TOC)、总氮(total nitrogen, TN)和生物硅(biogenic silica, BSi)含量的快速分析方法. 采用偏最小二乘回归(partial least squares regression, PLSR)方法, 分别建立了 TOC/TN/BSi 含量的 FTIR 预测模型, 并根据实测数据对这一预测模型的预测精度进行了验证. 结果表明: 该方法可有效提取水库沉积物中的地球化学信息, 应用于高分辨率古环境变化的研究; 需要样品量少, 预处理过程简单, 并因其快速和经济的特点, 在测定大量沉积物样品时具有极大的优势.

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25. 喀斯特地区深水型水库重金属分布特征、影响因素及来源——以龙滩水库为例

关天昊, 李晓东, 王亦尧, 杨梦迪, 崔高仰, 丁士元, 张雪程

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (2): 236-249. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2289

摘要（549）

HTML （309）

PDF（pc）（1963KB）（81）

为了揭示喀斯特地区深水型水库溶解态重金属时空变化的影响因素及来源, 选取珠江流域龙滩水库为研究对象, 分析了2019年7月和2020年1月库区分层水、汇入库区的支流表层水、下泄水的溶解态重金属, 以及2019年4月、7月、10月和2020年1月库区的水化学参数. 通过主要离子Piper图, 不同种类重金属间的Pearson相关分析、聚类分析, 环境因子与溶解态重金属间的典型对应分析(canonical correlation analysis, CCA), 发现流域碳酸盐岩风化是龙滩水库溶解态重金属的重要外部来源. 水库水体季节性热分层所导致的相对水柱稳定性(relative water column stability, RWCS)的变化是影响龙滩水库溶解态重金属时空分布的主要因素. 较高的RWCS通常会促进Cr, Cu的释放, 而较低的RWCS会促进Fe, As的释放. 该研究为了解水动力条件与溶解态重金属间的关系提供了一定的理论依据, 同时对喀斯特地区深水型水库水资源的科学利用与保护具有重要指导意义.

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26. 乌江流域颗粒态有机碳的时空分布特征

张金华, 黄佳琦, 林昕, 汪福顺, 马静

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (2): 250-259. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2145

摘要（2114）

HTML （289）

PDF（pc）（3178KB）（59）

以乌江为研究对象, 采集了乌江干流 7 座大型水库及猫跳河支流红枫水库的表层水体悬浮颗粒物(total suspended matter, TSM)样品, 测定了其表层颗粒态有机碳(particulate organic carbon, POC)和稳定碳同位素($\delta ^{13}$C), 并以木质素作为陆源有机质的生物标志物, 分析了乌江流域水库有机碳的空间和季节分布特征. 结果表明: 表层水体 TSM 质量浓度受季节影响显著, 呈现出春夏季高于秋冬季的趋势; POC 和木质素含量($\Sigma $8 和 $\Lambda $8)差异受季节影响较大, 其中秋冬季上游 POC 含量显著高于下游, 体现出梯级筑坝拦截效应; $\Sigma $8 与 $\Lambda $8 呈显著线性相关, 都表现出明显的秋冬季高于春夏季的趋势. 表层水体 TSM 的 $\delta ^{13}$C 值明显偏负, 可能是由于陆源植物碎屑和淡水浮游生物更容易存在于表层水体. 木质素参数信息反映出流域内的优势植被种群为被子植物, TSM 样品的陆源有机质是由多种类型植物共同混合、降解、运输至河流的. TSM 样品的降解水平不高, 7 月、10 月个别采样点出现了较高的降解水平.

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27. 河流筑坝对流域和景观尺度土地利用变化的影响——以洪家渡水库为例

符俊杰, 王伟, 李伟, 孙君瑶

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (2): 260-270. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2291

摘要（477）

HTML （295）

PDF（pc）（5677KB）（73）

土地利用变化与人为干扰密切相关. 河流筑坝改变了库区周边土地利用的类型和覆盖, 影响了陆地生态系统通过内陆水体向海洋进行物质输送的过程. 以乌江六冲河洪家渡水库为例, 通过土地利用转移矩阵分析, 在流域尺度和景观尺度探讨了洪家渡水库建设对六冲河洪家渡流域内土地利用变化的影响. 结果表明: ① 在时间尺度上, 土地利用变化主要发生在蓄水后第二阶段; 蓄水后第一阶段洪家渡水库流域总体变化为耕地面积减少 91.33 km$^{2}$, 林地、草地、水体、建筑面积分别增加 26.54, 8.84, 55.51, 0.45 km$^{2}$; 蓄水后第二阶段总体变化为耕地、林地、草地面积分别减少 230.98, 30.17, 42.88 km$^{2}$, 水体、建筑面积分别增加 9.07, 295.46 km$^{2}$; ② 在空间尺度上, 土地利用变化主要集中在洪家渡水库附近, 表现为耕地面积减少、草地面积增加; 在库区景观尺度上, 洪家渡水库筑坝后淹没了不同类型的土地形成库区, 0$\sim$1 km 缓冲区范围内土地利用类型变化最大, 主要表现为水体转移为草地, 建筑转移为耕地.

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28. 乌江流域下游梯级水库沉积物中木质素的特征及有机碳来源辨析

黄佳琦, 林昕, 汪福顺, 马静

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (2): 271-279. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2280

摘要（565）

HTML （312）

PDF（pc）（750KB）（93）

以位于中国西南喀斯特地貌乌江流域下游的两座大型深水水库(思林水库、彭水水库)为研究对象, 利用木质素生物标志物技术对沉积柱中的陆源有机碳(organic carbon, OC)进行了定性分析和定量计算. 研究结果表明: 木质素含量指标$\Sigma 8$值在0.55$\sim$ 2.97 mg/10 g dw(dry weight, 干重)之间, $\Lambda 8$值在0.38$\sim$1.42 mg/100 mg OC之间; 木质素母源植被信息显示, 沉积柱中的木质素主要来源于被子植物的草本组织; 木质素受白腐菌和棕腐菌共同作用, 发生较低程度的去甲基/去甲氧基以及侧链氧化降解. 端元模型结果显示, 沉积柱中外源有机碳的贡献总体上略大于内源有机碳, 其中土壤有机碳贡献最大. 河流梯级筑坝作用对沉积物中有机碳的影响表现为外源有机碳的拦截和内源有机碳的积蓄两个方面, 并且内外源有机碳分布存在明显的空间异质性.

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29. 硼含量对 FeCoNiCrAl$_{\bf 0.1}$B$_{ x}$ 高熵合金组织和力学性能的作用

谢亚茜, 陈业新, 马星星

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (2): 280-288. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2161

摘要（1249）

HTML （344）

PDF（pc）（12310KB）（120）

研究了硼含量对 FeCoNiCrAl$_{0.1}$B$_{x}$ ($x = 0 \sim 0.1$) 高熵合金微观组织和力学性能的作用. 结果表明: 当硼含量 $x \le 0.03$ 时, FeCoNiCrAl$_{0.1}$B$_{x}$ 高熵合金由单一面心立方(face-centered cubic, FCC)结构的 $\gamma $ 相组成; 而当硼含量 $x \ge 0.05$ 时, FeCoNiCrAl$_{0.1}$B$_{x}$ 高熵合金由 $\gamma $ 相、微量的有序态 FCC 相和硼化物组成. 硼元素的加入, 细化了 FeCoNiCrAl$_{0.1}$B$_{x}$ 高熵合金的晶粒, 提高了合金的抗拉强度, 但也降低了合金的延伸率. 在真空中拉伸时, FeCoNiCrAl$_{0.1}$B$_{x}$ 高熵合金的断口形貌均为韧窝状塑性断口.

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30. 达到Gilbert-Varshamov界的准扭码

卢啸华, 王永超, 丁洋

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (2): 289-297. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2129

摘要（1321）

HTML （19）

PDF（pc）（230KB）（87）

准扭码是循环码的一种推广, 1-生成准扭码同构于多项式剩余类环的1-生成子模. Gilbert-Varshamov界是衡量准扭码好坏的一个重要标准. 利用不可约多项式的性质得到任意的一个1-生成准扭码, 有很大概率渐进达到Gilbert-Varshamov界.

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31. 单分子二极管整流特性的第一性原理计算

袁莹, 李惟驹, 陈竞哲

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (2): 298-306. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2148

摘要（1401）

HTML （20）

PDF（pc）（2669KB）（191）

在分子电子学领域中, 设计分子的结构可以实现特定的功能. 单分子二极管的整流行为是极具吸引力的器件功能之一. 研究了对称分子和非对称分子结的电子输运, 分别对应为四苯基和二嘧啶基二苯基单分子结, 二者均是共价结合到两金属电极. 与其同源对称嵌段相比, 非对称二嵌段分子表现出明显的整流行为, 且电子输运方向是从二苯基流向二嘧啶基. 利用密度泛函理论(density functional theory, DFT)和非平衡格林函数(non-equilibrium Green's function, NEGF)结合的第一性原理方法研究了单分子结的电子结构及其量子输运. 电流-电压 ($I$-$V$)曲线的非对称性可以用非对称分子二嵌段在偏压下由于电子态的局域性带来的非平衡效应进行解释. 本理论计算定性上符合其他小组的实验结果, 且尝试了不同的末端接触. 结果发现, 实验中的扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope, STM)针尖接触结构会一定程度地抵消非对称分子的整流效应, 而 STM 针尖接触结构的结果分析也符合之前的理论预测.

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32. 不同飞行高度下超声速来流/射流及其相互作用的数值模拟

邓放, 韩桂来, 刘美宽, 丁珏, 翁培奋, 姜宗林

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (2): 307-324. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2147

摘要（1442）

HTML （21）

PDF（pc）（2705KB）（89）

采用高精度格式求解二维Navier-Stokes方程, 研究了不同飞行高度下超声速来流和射流在后台阶相互作用的流场基本结构. 时间推进采用三阶精度Runge-Kutta格式, 分别应用五阶精度加权本质无振荡(weighted essentially non-oscillatory, WENO)格式、六阶精度中心差分格式来离散对流项和粘性项, 并应用MPI非阻塞式实现并行化. 采用两步后台阶模型分别研究了不同高度下超声速后台阶流动、射流的基本结构特征; 并进一步组合两种流动, 研究了超声速来流/射流组合流动下相互作用的流场结构. 通过改变后台阶上方来流条件, 模拟了不同飞行高度的环境, 研究了其对流场中涡、剪切层、激波等结构的影响. 研究结果发现, 超声速来流和射流发生相互作用后, 在后台阶附近产生回流区, 超声速来流的存在会对射流的流场结构产生影响.

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33. L 型碳纤维增强复合材料连接件承载力的渐进损伤分析

都亚鹏, 胡晓郁, 楚海建

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (2): 325-335. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2126

摘要（1292）

HTML （17）

PDF（pc）（5438KB）（106）

从试验与计算两个方面, 对比研究了 L 型碳纤维增强复合材料连接件(carbon fiber reinforced composite connector, CFRCC)的失效形式和极限承载力. 结果表明: ① 在拉伸载荷工况下, 复合材料 L 型 CFRCC 失效形式主要为圆角处的分层和开孔周边基体破坏; ② 对比两种失效准则和两种退化准则的不同组合, 发现在有限元分析中采用混合失效准则和 Camanho-Matthews 刚度退化准则的渐近失效分析方案可以较好地模拟实验现象; ③ 将有限元分析模型及其模拟获得的参数应用于预测不同辅层顺序和圆角半径的 L 型 CFRCC 性能, 与试验结果吻合良好, 极限承载力误差为 9.4%. 建立的"设计-试验-模拟-预测-验证"分析方法及其获得的结果可为复合材料 L 型构件的强度设计提供借鉴.

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34. 不同温度环境下加肋土工膜与砂土界面拉拔试验的颗粒流数值模拟

高俊丽, 徐宏飞, 袁川, 曹威

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (2): 336-346. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2128

摘要（1093）

HTML （14）

PDF（pc）（3826KB）（76）

为了研究垃圾填埋场衬垫系统中加肋土工膜与砂土界面特性, 通过对比室内拉拔试验, 运用离散单元法的二维颗粒流程序(2D particle flow code, PFC$^{\rm 2D})$, 模拟了不同加肋高度和温度组合下的加肋土工膜与砂土界面拉拔试验, 得到了加肋土工膜与砂土界面的宏观应力-应变曲线、细观颗粒间位移场和应力场的变化规律. 研究结果表明: 加肋土工膜与砂土界面的拉拔应力明显优于光面土工膜($h=0$ mm)与砂土界面; 界面极限拉拔应力随着加肋高度的增加而增大, 随着温度的升高而减小; 界面摩擦系数随着温度的升高而减小. 还从细观角度(颗粒位移和内部接触力)模拟研究了加肋土工膜与砂土界面拉拔试验. 研究结果表明: 加肋土工膜与砂土界面附近砂土颗粒的位移较大, 颗粒整体向左上方移动, 而肋块后部上方的砂土由于法向应力作用向下运动; 随着温度的升高或者加肋高度的减小, 加肋土工膜与砂土界面附近的颗粒位移变大, 稳定性变差; 拉拔模型内部左侧的接触力较大, 加肋土工膜附近的接触力也较大, 并向上下两边逐渐减小; 随着加肋高度的增加或者温度的降低, 加肋土工膜与砂土界面附近土体内部的接触力明显增大. 研究结果从宏观到细观较全面地描述了加肋土工膜与砂土界面拉拔试验的全过程.

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35. 方钢管混凝土柱-H 型钢梁全螺栓连接节点抗震试验及有限元分析

陈靖远, 杨锋, 丁鑫标, 王培成

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (2): 347-359. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2130

摘要（1261）

HTML （17）

PDF（pc）（7470KB）（81）

分别按照中、美两国规范中不同的加载制度, 对 3 根方钢管混凝土柱-H 型钢梁全螺栓连接节点试件进行反复低周荷载试验. 结果表明, 此类节点的滞回曲线、骨架曲线与焊接节点相比具有明显的特征. 由于隔板翼缘相对滑移, 滞回曲线均出现水平段, 呈"捏缩形状". 对比试验结果也发现: 在全螺栓连接节点的试验中, 由于滑移段的存在, 按照位移角控制的加载制度的试验数据更为完整, 优于按"两阶段"控制的加载制度. 利用 ABAQUS 有限元软件, 对反复低周荷载作用下方钢管混凝土与钢梁全螺栓连接节点的受力性能进行计算与分析, 验证了试验结果的准确性, 并通过刚度退化、延性指标及总承载力退化系数对节点抗震性能进行了分析. 同时也提出了因存在隔板翼缘相对滑移, 在评判过程中对这些指标加以修正的建议.

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36. 基于改进型遗传算法的混流U型装配线第二类平衡问题

彭运芳, 梁玉珍, 夏蓓鑫

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (2): 360-368. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2165

摘要（1408）

HTML （20）

PDF（pc）（1092KB）（183）

针对最小化生产节拍的第二类混流U型装配线平衡问题, 构建了混合整数规划模型, 并设计了改进型遗传算法求解. 在遗传算法的解码过程中, 采用3种搜索方式将工序分配到工作站, 比较了3种搜索方式下的工作站时间, 并参照期望生产节拍值筛选出最优的工作站分配方式, 再根据分配方式的寻优情况判断是否自动更新期望生产节拍值. 通过大量的标准算例, 证明了改进型遗传算法的有效性. 最后, 结合实际案例分析, 再次验证了混合整数规划模型和改进型遗传算法的有效性.

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37. Co-Mn 金属有机骨架衍生的双金属硫化物及其在锂离子电池负极材料中的应用

陈恒桥, 吕丽萍, 吴明红

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (2): 369-378. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2157

摘要（1415）

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PDF（pc）（9699KB）（193）

介绍了一种通过简单的室温搅拌合成具有多孔结构的 Co-Mn 金属有机框架(metal-organic-framework, MOF)材料的方法, 并对制备的双金属 MOF 进行气相硫化, 得到多孔 CoS$_{2}$/MnS 双金属复合材料. 与相同方法制备的单金属 MnS 与 CoS$_{2}$ 材料对比发现, CoS$_{2}$/MnS 双金属复合材料表现出了类似花瓣状的多孔片状结构以及更小的粒径, 在作为锂离子电池电极材料使用时表现出了最好的储锂性能. 这主要归因于类花瓣状的多孔结构: 一方面为锂离子提供了更短的传输路径以及更多的接触位点; 另一方面也缓解了材料锂化/去锂化过程的体积变化. 此外, 两种金属硫化物的有机结合也抑制了材料在循环过程中由于体积变化而导致的容量快速衰减. 最后, MOF有机配体衍生的碳骨架也为增强材料的导电性起到了积极的作用.

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38. 双金属离子水热催化转化葡萄糖制备乳酸

李航伟, 杨翔, 罗小飞, 郭晓亚, 孔令照

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (2): 379-388. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2152

摘要（1449）

HTML （17）

PDF（pc）（1340KB）（132）

选择不同的双金属阳离子作为催化剂, 在碱性条件下用于水热转化葡萄糖制备乳酸, 发现Sn$^{2+}$和Cu$^{2+}$具有一定的协同作用. 研究了反应温度、时间、碱加入量和金属离子比例对乳酸产率的影响, 获得最优工艺条件如下: 0.025 g葡萄糖, 2 mmolNaOH, $n$(Sn$^{2+})$:$n$(Cu$^{2+})$=0.25:0.75(共1 mmol), 20 mL水, 200 ${^\circ}$C反应温度, 3 h反应时间. 在最优条件下, 乳酸产率为64.1%, 甲酸产率为20.3%, 乙酸产率为11%. 选用几种模型化合物作为反应的中间产物进行水热转化实验, 并根据实验结果对水热转化葡萄糖的转化机理进行了探究. 结果发现, 转化过程中重要的中间产物为果糖、1,3-二羟基丙酮和丙酮醛. 两种金属离子存在协同作用, Cu$^{2+}$抑制了乳酸的分解, Sn$^{2+}$提高了丙酮醛转化为乳酸的转化效率, 最终提高了乳酸产率.

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39. 云南宣威肺癌高发区固体燃料燃烧排放颗粒的物理化学特征

肖凯, 彭加仙, 谢婷婷, 曾俊扬, 姚传贺, Myat Sandar Win, 吕森林, 王青躍, Yonemochi Shinich

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (2): 389-399. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2156

摘要（1510）

HTML （26）

PDF（pc）（1102KB）（94）

在云南宣威肺癌高发区采集了固体燃料(煤炭、木材)燃烧排放的大气颗粒物样品, 利用扫描电镜(scanning electron microscopy, SEM)、能量色散X射线光谱仪(energy dispersive X-ray spectroscopy, EDX)对796个颗粒物进行了分析. 根据颗粒物的显微特征和化学元素组成, 将其分为矿物颗粒物、飞灰、烟尘集合体和未识别颗粒物4类. 采用$P(X)$值法将矿物颗粒物进一步分为富Si、富S、富Ca、富Fe、富Ti、富Al、富Na和其他8种不同类型, 其中富Si、富Ca、富Fe、富S分别占燃煤颗粒物和生物质颗粒物的44.47%, 20.49%, 8.85%, 1.22%和55.91%, 17.27%, 6.36%, 2.27%. 化学元素分析结果显示: 颗粒物中Al, Fe, Ca, Mg等地壳元素的质量浓度较高, 重金属化学元素的质量浓度较低; 煤炭燃烧排放的颗粒物的化学元素分析结果与单颗粒分析结果之间存在较好的正相关关系($R^{2}=0.63$).

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40. MnO@CoMn$_{\textbf{2}}$O$_{\textbf{4}}$/N-C纳米线复合材料的制备及其作为锂离子电池阳极材料的电化学性能

程二波, 王尚岱, 黄守双, 陈大勇, 胡张军, 陈志文

上海大学学报(自然科学版) 2021, 27 (2): 400-410. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2155

摘要（1472）

HTML （16）

PDF（pc）（2392KB）（167）

过渡金属氧化物作为锂离子电池(lithium-ion batteries, LIBs)阳极材料时具有较高的理论容量, 但因其电导率低, 以及充放电过程中的体积膨胀效应常会导致容量的快速衰减. 碳包覆是提升金属氧化物导电性的有效方法, 二者之间的协同效应也可以有效提升材料的电化学性能. 以MnO$_{2}$纳米线为模板制备出MnO$_{2}$@ZIF-67有机-无机杂化纳米结构, 再通过退火处理合成了氮掺杂碳包覆的MnO@CoMn$_{2}$O$_{4}$纳米线复合材料(MnO@CoMn$_{2}$O$_{4}$@N-C). ZIF-67的有机配体在高温煅烧过程中发生碳化反应, 产生了氮掺杂碳, 提升了导电性. 当作为锂离子电池阳极材料时, MnO@CoMn$_{2}$O$_{4}$/N-C纳米线复合材料在0.1 A/g电流密度下的首次放电比容量为1 594.6 mA$\cdot$h/g, 并且在100次充放电循环后的放电比容量仍保持在 925.8 mA$\cdot$h/g, 在0.5 A/g电流密度下经200次充放电循环后的放电比容量仍维持在837.6 mA$\cdot$h/g, 同时具有优异的倍率循环性能. 这种优异的电化学储能特性主要来源于复合材料的特殊结构, 以及氮掺杂碳的包覆.

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2021年，第27卷