水污染作为润滑油污染的常见形式,对润滑油本身以及机械系统都有巨大的危害。为了模拟实际非均匀多相系统中的界面行为,本文搭建了高精度点接触实验台来研究传统的不溶相替换问题。将目前静态平行受限空间内油水界面行为的研究推广到动态点接触楔形受限空间内,探究了游离水滴穿过点接触狭缝间毛细油池过程中的界面特性。重点关注固壁润湿性以及固壁的分离运动对整个侵入过程中液滴动态行为的影响。实验发现了铺展系数是决定油水界面融合和分离特性的关键因素,揭示了固壁润湿性和球盘间的相对分离运动会影响游离水滴穿过毛细油池之后的粘附行为。表面张力和液体与壁面之间的粘附功能够解释观测的实验现象。

采用第一性原理密度泛函理论结合周期性平板模型模拟研究了Pt₄团簇吸附单层石墨相氮化碳(g-C₃N₄)的几何结构和电子性质,以及氧气在其表面上的吸附行为。同时,对比分析了氧气在纯净的石墨相氮化碳和Pt₄团簇上的吸附行为。计算结果表明, Pt₄团簇吸附在3-s-三嗪环石墨相氮化碳表面,并与四个边缘氮原子成键,形成两个六元环时为最稳定构型。Pt₄团簇倾向于吸附在三嗪环石墨相氮化碳的空位并与邻近三个氮原子成键。由于Pt与N原子较强的杂化作用,以及金属与底物之间较多电子转移增强了Pt₄团簇吸附g-C₃N₄的稳定性。另外,对比分析了氧气在纯净的g-C₃N₄和金属吸附的g-C₃N₄上吸附行为,发现金属原子的加入促进了电子转移,同时拉长了O―O键长。Pt₄吸附3-s-三嗪环g-C₃N₄比Pt₄吸附三嗪环g-C₃N₄表现出微弱的优势,表现出明显的基底扭曲以及较大的吸附能。这些结果表明,化学吸附通过调节电子结构和表面性质增强催化性能的较好方法。

In this work, we used density functional theory with the Tkatchenko and Scheffler method to investigate the adsorption of diazinon, hinosan, chlorpyrifos, and parathion organophosphorus pesticides on the surface of B₃₆N₃₆ nanocage and its Fe doped derivatives. The assessments revealed that van der Waals interaction is a key factor in organophosphate adsorption on the surface of these nanocages as well as overlapping. The results of Fukui indices and atomic partial charges calculations indicated that these pesticides and nanocages act as nucleophile and electrophile, respectively, and the adsorption sites of all four organophosphates on these nanocages are thiophosphate groups, as well as the aromatic ring in diazinon, and the nitro group in parathion. In addition, the calculated adsorption energies yielded the best result for diazinon, and the best Fe doped B₃₆N₃₆ derivative for adsorbing organophosphates in aqueous solution is the one in which Fe atom is located in the boron position of the square ring of B₃₆N₃₆.

石墨烯量子点凭借其良好的水溶性、低生物毒性等特点,被不断尝试应用于生物成像领域,但其有限的荧光性能限制了其进一步应用。为改善石墨烯量子点的荧光性能以及进一步揭示石墨烯量子点的制备机理,本文对聚乙烯亚胺(PEI)功能化石墨烯量子点的制备条件进行了探索,讨论了不同反应时间、制备温度以及混悬液pH值对其荧光性能的影响。测试结果显示,当混悬液pH值为12时,在反应釜中经过200 ℃高温反应20 h,所制备的功能化石墨烯量子点能取得良好的紫外吸收峰和荧光性能,同时达到较高的量子产量。

系统探索了蛋白质二肽模型分子——甘氨酸二肽(GLYD)在气相与水溶液中的结构与光谱特性。从分子动力学轨迹中提取具有代表性结构的GLYD-D₂O聚集体的瞬态结构开展简正模式分析,获取了对蛋白质二级结构敏感的酰胺-Ⅰ带的振动光谱参数,建立起振动光谱与特征基团结构间的相关性。将溶剂作用以静电势场的形式投影至二肽分子骨架中,与酰胺-Ⅰ带在气/液相中的频率差相关联,并引入酰胺-Ⅰ带简正模式随二级结构变化的规律,将各个构象态可能存在的振动耦合包含在内,构建具有二级结构敏感性的静电频率转换图,实现溶液相中多肽骨架酰胺-Ⅰ带的快速准确预测。

分别采用浸渍法、柠檬酸络合法以及沉淀法在SAPO-11分子筛上负载MnO_x,制备了一系列MnO_x/SAPO-11催化剂。考察了催化剂的低温NH₃选择性催化还原(SCR) (NH₃-SCR) NO_x的性能。结果表明,沉淀法制备的负载量为20%(w)的MnO_x/SAPO-11催化剂表现出最优异的低温NH₃-SCR性能及N₂选择性。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能量散射谱(EDS)、原子吸收光谱(AAS)、N₂吸附-脱附、X射线光电子能谱(XPS)、H₂程序升温还原(H₂-TPR)、NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD)以及NO/O₂程序升温脱附-质谱(NO/O₂-TPD-MS)等多种表征手段对催化剂的结构及表面性质进行分析。表征结果显示,采用不同方法制备催化剂时,其表面MnO_x的存在形式和晶相结构不同。沉淀法制备的催化剂表面存在无定型态MnO_x以及MnO₂晶型,具有较大的介孔及外表面积、更多比例的Mn⁴⁺和化学吸附氧,同时表面存在对反应有利的中强酸以及强酸。因此,催化剂在低温SCR反应阶段能够生成重要中间产物NO₂,从而表现出最佳低温活性。同时,三种制备方法均能使MnO_x相对均匀分散在SAPO-11表面。SAPO-11对催化剂表面MnO_x物种的形成具有一定的影响,从而影响催化剂的酸性,拓宽了MnO_x的活性温度窗口,提高了催化剂的N₂选择性。

采用浸渍法对钙钛矿太阳电池的介孔层TiO₂纳米颗粒进行了SiO₂、ZrO₂、Al₂O₃几种绝缘氧化物包覆,研究了其对电池光伏性能以及界面电荷复合动力学的影响。结果表明, SiO₂包覆之后,电池的填充因子(FF)从67.6%提高到72.3%,光电转换效率提升到13.7%, ZrO₂和Al₂O₃包覆导致电池开路电压提升约50mV,但是短路电流(J_sc)和填充因子略有下降。采用纳秒时间尺度的瞬态吸收光谱技术,从时间分辨的角度分析了钙钛矿电池界面的电子和空穴的复合寿命,对电池性能的变化给出了合理的解释。

在288.15-318.15 K温度范围内测定了不同浓度离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([C₂mim][OAc])水溶液的表面张力和密度;在改进李以圭等人的溶液表面张力模型基础上,提出摩尔表面Gibbs自由能新概念,建立了摩尔表面Gibbs自由能随溶液浓度变化的线性经验方程,利用这个经验方程估算了[C₂mim][OAc]水溶液的摩尔表面Gibbs自由能,并进一步预测了该溶液的表面张力,其预测值与相应的表面张力实验值高度相关并非常相似。由此可见,摩尔表面Gibbs自由能与等张比容极其类似,可能成为预测离子液体及其溶液性质的一种新的半经验方法。在指定溶液浓度下,根据溶液的摩尔表面Gibbs自由能随温度呈线性变化的规律,得到了新的Eötvös方程,与传统的Eötvös方程相比,新Eötvös方程的每一个参数都有明确的物理意义:斜率的负值是摩尔表面熵,截距是摩尔表面焓,在指定浓度的溶液中摩尔表面焓几乎不随温度变化。

以硝酸铋为原料,氨水为沉淀剂,通过液相沉淀法制得前驱体Bi(OH)₃,并将Bi(OH)₃分别在不同温度和时间下焙烧。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、热重(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)及紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)详细研究了Bi(OH)₃转变为Bi₂O₃的过程及相变过程中粒子形貌、大小、光吸收性质等。结果表明,前驱体Bi(OH)₃经过焙烧之后,发生了如下的转变过程:Bi(OH)₃→Bi₅O₇NO₃→β-Bi₂O₃/Bi₅O₇NO₃→β-Bi₂O₃/Bi₅O₇NO₃/α-Bi₂O₃→α-Bi₂O₃,而且转变过程伴随着粒子长大。在上述转变过程中,与Bi₅O₇NO₃向β-Bi₂O₃转变的过程相比,从β-Bi₂O₃到α-Bi₂O₃相变过程更为迅速。此外,以光催化降解罗丹明B(RhB)为模型反应,考察了不同晶相的Bi₂O₃光催化活性,结果表明Bi₅O₇NO₃和β-Bi₂O₃材料具有优异的光催化性能,而α-Bi₂O₃具有较低的光催化活性。

合成了两种咪唑基表面活性离子液体,通过界面膨胀流变法研究了其在气/液界面的聚集行为,考察了咪唑基表面活性离子液体浓度、无机盐和温度对聚集行为的影响。研究发现,咪唑基表面活性离子液体在吸附过程中吸附控制占主导作用,而弛豫过程不是单一指数函数;加入无机盐或升高温度可以提高咪唑基表面活性离子液体的表面活性、增强其在界面的吸附能力、降低表面张力。扩张流变结果显示扩张模量、弹性模量和粘性模量随震荡频率增加而增加;随表面活性离子液体浓度增大,扩张模量先增大后减小。扩张模量随温度升高或无机盐(NaBr或CaBr₂)的加入而降低。表面活性离子液在气/液界面形成的吸附膜以弹性模量为主,而且C₁₄mimBr的界面膜弹性模量大于C₁₂mimBr的界面膜弹性模量。

通过热还原法成功地制备出了柔性复合织物电极石墨烯/棉布(graphene/cotton)。热还原条件对电极的导电性能具有较大的影响。导电柔性织物电极graphene/cotton特有的多级结构使其既有利于进一步负载膺电容材料,又有利于电子和电解质离子的传输与扩散。通过电化学沉积方法,利用导电柔性织物电极graphene/cotton进一步制备出了电极MnO₂/graphene/cotton。利用扫描电子显微镜(SEM),傅里叶变换红外(FTIR)光谱,四探针测试法等表征技术对电极的结构进行了较为详细的表征。结果表明电极MnO₂/graphene/cotton的比电容可以达到536 F·g^-1。良好的电化学性能和柔性使得此类电极在柔性储能材料应用中具有极大的应用前景。

采用密度泛函理论(DFT)对钌掺杂的铂团簇阳离子([Pt_nRu_m]⁺, m + n = 3, n ≥ 1)活化甲醇C―H和O―H键反应进行了理论研究;探讨了电荷对[Pt_nRu_m]团簇反应活性的影响。电荷分析表明:(1) [Pt₃]⁺团簇中正电荷在三个Pt原子上均匀分布;掺杂Ru原子后,正电荷主要分布在Ru原子上; (2)首先活化C―H键时[Pt_nRu_m]⁺的反应活性比[Pt_nRu_m]明显提高;首先活化O―H键时只有[Pt₃]⁺比[Pt₃]团簇的反应活性有明显提高。本研究可为金属团簇调控的C―H键和O―H键的活化提供更深入的理解。

近年来,人们在有机电致发光材料和器件结构方面取得了巨大的进步。然而由于蓝光材料具带隙宽的内禀属性,在发光效率、色纯度和稳定性上仍然面临巨大挑战。本文将螺旋形三萘苯共轭体系引入电致发光材料领域,它独特的螺旋形分子结构和易于化学修饰的特点有利于抑制聚集体和基激缔合物的形成。通过SiCl₄催化的环三缩合反应和Suzuki偶联反应,我们设计合成了以三萘基苯为核心,萘、蒽和三苯胺为取代基团的系列螺旋形蓝光寡聚物,并系统地研究了它们的热学、光物理和电化学性质。研究发现,萘和三苯胺取代的寡聚物1, 3, 5-三(3-(1-甲氧基萘-2-基)-4-甲氧基萘-1-基)苯(TNNB)和1, 3, 5-三(3-(4-(N, N-二苯胺基)苯基)-4-甲氧基萘-1-基)苯(TPANB)具有最好的热稳定性。在溶液中,这两种材料都具有深蓝发射,发射峰分别为382和415 nm;在薄膜中, TNNB的发射峰仅有1 nm的红移,而TPANB甚至产生了6 nm的蓝移。以这些寡聚物为发光材料,通过旋涂法制备的有机电致发光器件结果表明,基于TNNB的器件获得了最大亮度达到5273 cd·m^-2,色坐标(0.17, 0.11)的纯蓝光器件。

通过分子动力学(MD)方法研究了不同类型电解质对阴非离子表面活性剂C₁₂EO₃C油水界面性能的影响。运用z轴质量密度分布、径向分布函数、分子间相互作用配位数、空间分布函数及均方根位移五种模拟参数来分析电解质与阴非离子表面活性剂的相互作用情况。研究表明,三种离子的加入均对水分子与表面活性剂亲水基形成的水化层结构产生影响,且从微观层面验证三种离子对表面活性剂亲水基相互作用强度大小顺序为Na⁺ < Ca²⁺ < Mg²⁺。通过扩散模拟结果可以较好地解释离子加入对界面张力平衡时间的影响情况。这对指导实验方向、制订最佳复配方案具有重要意义。

DNA是大部分生物包括病毒的基因载体。DNA双螺旋链通过A＝T和G≡C两种碱基对编码实现对遗传信息的存储。碱基对中的相互作用对DNA双螺旋链的稳定性起到重要作用,直接关系到基因的复制和转录。当前研究中,我们构建了四组不同结构的DNA双螺旋链,进行了总共4.3 μs的分子动力学模拟。通过伞形取样技术计算了DNA双螺旋链中碱基对分离的自由能曲线,并从分子尺度细节和相互作用能对自由能曲线进行解析。在碱基对G≡C的自由能曲线(PMF-PGC)上观察到三个峰,通过监测氢键数目的变化发现分别对应于G≡C三个氢键的断裂;而在A＝T的自由能曲线(PMF-PAT)上只出现一个峰,说明A＝T的两个氢键在分离过程中几乎同时断裂。PMF-PGC的总能垒比PMF-PAT高,主要是因为G≡C比A＝T多一个氢键,更稳定。两条曲线的后段自由能仍然升高,而此时碱基对的氢键已断裂,这是DNA链骨架刚性所导致。我们还研究了碱基对稳定性受相邻碱基对的影响,发现邻近G≡C碱基对会增强A＝T的稳定性, C≡G会削弱A＝T的稳定性, T＝A对A＝T的影响较小。

利用座滴法研究了两性离子表面活性剂支链十六烷基(聚氧乙烯)_n醚羟丙基羧酸甜菜碱(n = 0, 3)和阳离子表面活性剂支链十六烷基(聚氧乙烯)_n醚羟丙基季铵盐溶液在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)表面上的润湿性质,考察了表面活性剂类型、结构及浓度对接触角的影响趋势。研究发现,表面活性剂浓度低于临界胶束浓度(cmc)时,分子通过氢键以平躺的方式吸附到PMMA界面,亲水基团靠近固体界面, PMMA表面被轻微疏水化;表面张力和粘附张力同时降低,导致此阶段接触角随浓度变化不大。浓度高于cmc时,表面活性剂通过疏水作用吸附,亲水基团在外, PMMA表面被明显亲水改性,接触角随浓度升高显著降低。由于具有相同的支链烷基,表面活性剂类型变化和聚氧乙烯基团的引入对接触角影响不大。

通过液相沉积在云母表面制备1H, 1H, 2H, 2H-全氟癸基三氯硅烷(FDTS)自组装单分子膜(SAMs)。室温下,将1.0 mmol·L^-1的FDTS溶液静置水解15 min,再把云母浸入自组装30 min,原子力显微镜(AFM)表征发现,液相沉积过程中FDTS的团聚现象得到有效解决。该方法制备出了高覆盖率(85% ± 2%)和低均方根粗糙度(0.58 nm)的FDTS SAMs,且单分子膜的生长过程符合Langmuir一级动力学吸附模型。在液相沉积过程中,若水解和组装同时进行,过长的水解时间(大于30 min)或组装时间(大于30 min)均会导致FDTS的团聚,进而极大降低SAMs的质量。

以²³⁰Th为稀释剂的同位素稀释质谱法是分析铀材料中微量杂质元素钍的准确分析方法, 在该方法分析铀材料中微量杂质元素钍时, 需要先将微量钍从铀材料样品中的大量铀和其它微量杂质元素中分离出来. 本研究建立了强碱性阴离子交换和磷酸三丁酯(TBP)色层串级柱分离方法, 将铀材料样品中痕量钍吸附在强碱性阴离子交换柱上, 大量的铀吸附在TBP 色层柱上, 而其它杂质元素既不被强碱性阴离子交换树脂吸附又不被TBP色层粉吸附, 实现了微量钍与基体元素铀和其它杂质元素的分离, 同时以²³⁰Th为钍同位素稀释剂, 用热表面电离质谱法测定了铀材料样品中痕量钍的含量. 测量结果显示, 铀材料中钍的含量为(59.3±0.1) μg·g^-1, 扩展因子k=2, 置信度为95%.

UO₂粉末干法转化工艺是把固体UF₆汽化后在反应室中与来自同心喷咀的水蒸汽反应生成中间化合物UO₂F₂, 然后通过螺旋装置输送到回转还原炉(回转炉)中与逆向的H₂-H₂O混合气体转化成UO₂粉末. 本文介绍了从气态UF₆到固体UO₂粉末在几个不同阶段的主要化学反应热力学, 包括UO₂F₂+H₂O/H₂→UO₂/UO₃和UO₂+HF→UF₄, 从热力学角度讨论了回转炉第一个温区的温度和气氛(H₂O-H₂-HF)对UO₂被HF氟化成UF₄的影响.此外, 结合工艺鉴定试验结果, 分析和讨论了反应室和回转炉中干法转化工艺参数对UO₂粉末物理性能的影响.

分别采用显微激光拉曼光谱(MLRS)、X射线光电子能谱(XPS)、称重及形貌观察等手段, 开展了UF₄在不同环境气氛(空气, 氧气, 湿氧)中的热化学反应实验. 研究不同温度时效下UF₄质量、颜色及失重情况, 获取反应前后不同铀化合物的拉曼(Raman)和XPS特征图谱. 结果表明, UF₄在不同气氛中加热至200 ℃时, 性质稳定, 其拉曼光谱图基本无变化; 但在250 ℃以上, 样品表面颜色发生明显变化, Raman光谱和XPS分析发现有UO₂、UO₂F₂、U₃O₈等多种铀化合物生成; 通过实验, 测定并计算了UF₄与环境气氛中活性气体热化学反应的表观活化能, 建立了相应的反应速率与温度之间的关系式.

研究了以辛基(苯基)-N,N-二异丁基胺甲酰基甲基氧化膦(CMPO)和磷酸三丁酯(TBP)在离子液体(ILs)中选择性萃取水溶液中的铀酰离子(UO₂²⁺). 离子液体为1-烷基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐(C_nmimNTf₂,n=2, 4, 6, 8). 水相硝酸浓度以及离子液体的取代基链长对UO₂²⁺的分配比和萃取选择性均有影响. 与TBP相比, CMPO在离子液体中对UO₂²⁺具有更高的萃取分配比和更好的萃取选择性. 对模拟废液(SLW)萃取发现,Zr⁴⁺, ReO₄^- 和Cs⁺是主要的竞争离子. ReO₄^-和Cs⁺可被离子液体本身萃取, 而Zr⁴⁺则是被CMPO和TBP萃取而不被离子液体本身萃取. 本研究工作表明, CMPO-ILs 体系在铀酰离子的选择性萃取分离中具有一定的应用前景.

为研究不同铀铌合金(U, U-25%Nb, U-57%Nb (质量分数))的氢化表现行为以及合金元素铌在氢化过程的作用规律和机制, 以应变能理论为基础, 对3 种合金表面氢化物生长进行模拟研究, 获得了氢化物生长过程中的应力、应变和应变能演变, 发现3种材料在氢化物生长过程的应变能存在明显差异. 3种材料表面形成铀氢化物需克服的应变能顺序为: U-5.7%Nb > U > U-2.5%Nb. 结合化学反应活化能理论, 获得3 种材料的氢腐蚀倾向性顺序为: U-2.5%Nb > U > U-5.7%Nb. 应变能模拟结果与3 种材料氢化腐蚀动力学实验一致, 说明了氢化物生长的应变能模型的正确性, 证实了氢化物形成时由于体积变化大, 导致了巨大应变能形成, 直接影响了铀氢化物的形成动力学.

根据西南某极低放废物场址地下水的化学组分, 运用PHREEQC软件研究了铀的化学形态, 并讨论了pH、温度和pE (平衡状态下的电子活度)等条件对铀的化学形态的影响及变化规律. 研究结果表明: 当pH=7.6,温度T=12.2 ℃, pE=4时, 该场址地下水中的铀主要呈现VI 价, 以[UO₂(CO₃)₂]^2-, [UO₂(CO₃)₃]^4-, UO₂CO₃形式存在; 温度和pH值对铀化学形态分布影响较大, 而pE对其化学形态分布影响较小. 因而, 废物填埋和场址选择需重点考虑场址地下水的温度和pH.

报道了Pu(III)、Pu(IV)、Pu(VI)等单一价态溶液的制备方法, 并建立了利用紫外-可见-近红外光区的特征吸收谱来鉴别钚离子各价态的分析方法. 首先在盐酸介质中采用氧化还原剂制备了Pu(III)、Pu(IV)、Pu(VI) 三种价态溶液, 确定了最佳实验条件. 随后考察了上述样品溶液在紫外-可见-近红外区的吸收光谱, 并对特征吸收峰进行了归属. 结果表明, Pu(III)在560、600、665、900 nm处有较强的吸收峰; Pu(IV)在470、550、660、795 nm处有较强的吸收峰; Pu(VI)在835、950、990 nm处有较强的吸收峰. 本文实验结果表明, 可以利用特征吸收峰对不同价态的钚离子进行快速鉴别, 与国外文献报道结果一致, 该结果对后续研究工作具有一定的技术支持.

对于未来聚变和裂变能源装置, 第一壁/包层的结构材料处于严酷的使用环境. 其中嬗变产物氢氦对结构材料的作用是所关心的重要问题之一. Ti₃SiC₂是一种新型的高性能综合性陶瓷材料——金属陶瓷材料, 具有十分优异的耐高温抗辐照特性. 本文通过³He (d, p) ⁴He核反应方法获得了400 至1100 ℃ He在Ti₃SiC₂中的扩散系数以及氦在材料中的深度分布, 并对氦的扩散行为进行了讨论. 发现氦在材料中的演化和内应力的共同作用导致了氦分布的变化.

δ-Pu材料由于钚元素α衰变发生自辐照老化, 随着老化时间增加, 材料微结构和宏观力学性质发生变化. 氦泡作为自辐照的主要产物, 通过阻碍位错运动实现对δ-Pu力学性质的影响. 文中首先通过钚材料级联衰变规律建立氦泡体积分数与老化时间的关系, 然后将氦泡对位错运动临界剪切应力的影响和氦泡长大规律引入本构方程, 获得基于位错密度演化的δ-Pu静力学本构方程组. 拟合实验数据得到本构模型参数. 最后, 通过模型计算获得不同老化时间下δ-Pu的应力应变关系.

²³⁹Pu核自发衰变产生的氦原子在材料中聚集形成氦泡, 氦泡生长是钚材料老化的重要因素之一. 通过分子动力学模拟, 发现钚核自发衰变引起的原子级联碰撞过程可导致影响区域内的氦泡散裂, 对氦泡生长的影响不可忽略, 这是传统速率方程理论不能很好描述钚中氦泡生长数据的一个重要原因. 通过改进Schaldach-Wolfer 速率方程模型, 并选取适当的级联碰撞影响因子, 得到与实验数据较好符合的理论结果, 最后预测了100年内室温储存的钚中氦泡生长行为.

基于多次区熔过程中的溶质分布模型, 以试棒中部杂质去除最大化为目标, 采用源于生物进化理论的遗传算法优化计算金属钚多次区熔过程中的熔区长度, 最后采用优化的熔区长度计算多次区熔后试棒中的溶质再分布. 计算结果表明, 相对于固定的熔区长度, 优化区熔长度条件下杂质分离效果明显提高; 采用优化的区熔长度, 15次区熔提纯后在试棒中部80%部分可获得相对较低的溶质含量.

为了描述δ-Pu中5f 电子的定域/离域状态, 获得准确的5f 电子布居数, 本文采用多种密度泛函理论方法对5fⁿ (n=0-7)电子构型进行了第一性原理计算. 研究结果表明, 自旋极化效应明显降低各个电子构型的内聚能, 增强其内聚性质. 对于5f⁰、5f¹、5f³、5f⁴、5f⁶电子构型, 当晶格常数超过0.475 nm时, 自旋极化局域密度近似(SP-LDA)+U方法计算获得的内聚能明显低于SP-LDA方法. 除了5f⁴和5f⁶电子构型以外, 自旋极化广义梯度近似(SP-GGA)+U方法计算获得的内聚能明显低于SP-GGA方法, 当晶格参数超过0.570 nm时, SP-GGA+U和SP-LDA方法计算的内聚能趋向于重合. 对于SP-LDA+U方法, 5f⁰、5f¹、5f³、5f⁴和5f⁶电子构型的内聚能是相同的, 5f²、5f⁵和5f⁷电子构型的内聚能是相同的. 对于SP-GGA+U方法, 5f⁰、5f¹、5f²、5f³、5f⁵和5f⁷电子构型的内聚能是相同的, 5f⁴和5f⁶电子构型的内聚能趋向于重合. 5f 投影态密度表明自旋极化效应导致5f 轨道产生交换劈裂行为, 部分5f 状态从Fermi 能级上消失, 降低5f 状态对化学成键过程的贡献, 增加了平衡体积, 即强烈的自旋极化效应导致5f 电子的"部分定域化". SP-GGA+U方法明显高估了晶格常数, 而SP-LDA方法计算获得的晶格常数与实验值相当一致.

采用基于范德华密度泛函的vdW-DF(+U)方法, 通过系统的第一性原理电子结构计算和分子动力学模拟, 研究了两种钚钝化层(PuO₂和PuN)的表面电子结构性质, 以及表面与H₂分子相互作用的微观动力学行为.结果显示: (1) H₂很难靠近PuO₂表面, 与表面发生"碰撞-解离"的几率很小, 自钝化层PuO₂具有抗氢蚀作用; 但是, 一方面H₂解离后H原子在PuO₂表面的吸附放热稳定, 另一方面在缺氧条件下PuO₂薄层会转化成α-Pu₂O₃,而H₂能穿过α-Pu₂O₃到达钚层, 所以PuO₂的抗氢蚀性能并不可靠. (2) H₂在PuN表面的微观动力学行为与在PuO₂表面类似, H₂极难解离且H原子的吸附热力学上不稳定; 相对于PuO₂, PuN的成分单一、稳定而且结构致密, PuN具有比PuO₂更好的抗氢蚀性能. 我们希望本工作能为钚表面钝化防护技术的发展提供理论基础和依据.

分别采用浸渍和喷涂方法制备了浸渍型钴基催化剂(i-Co/SiO₂)和蛋壳型催化剂(e-Co/SiO₂), 添加锕系元素钍(Th)作为催化剂助剂, 利用X射线衍射(XRD)分析了催化剂晶相结构, H₂程序升温还原(H₂-TPR)表征了催化剂的还原性能, 一氧化碳加氢反应评价了催化剂的费托合成反应性能. 结果表明: 添加钍对浸渍型和蛋壳型两种催化剂均可提高重烃(C₅₊)的选择性, 抑制甲烷和轻烃的生成. 对于浸渍钴基催化剂, Th助剂可促进活性相的分散, 从而提高催化剂活性. 而对于蛋壳型钴基催化剂, Th助剂的添加可覆盖部分表面活性中心, 从而降低催化剂活性.

利用冻干法将氧化石墨烯(GO)和碳纳米管(CNTs)的混合液凝胶制备成碳气凝胶, 并通过扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外(FTIR)光谱对该气凝胶进行表征. 通过考查吸附剂的量、pH值、初始浓度以及时间对吸附的影响来了解碳气凝胶吸附铀(VI)元素的过程. 结果显示, 碳气凝胶可以有效移除水溶液中的铀(VI)元素,是一种有潜力的吸附剂.

利用X射线光电子能谱(XPS)、能量色散X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)分析铀金属在惰性气氛中贮存10年后的表面腐蚀状况, 探讨了引起铀金属表面发生氧化自燃及腐蚀坑形成的因素. 结果表明, 铀金属贮存10年后, 表面发生氧化、自燃, 形成腐蚀坑, 其材质中杂质铁元素含量异常, 长期密封贮存和贮存环境介质化学行为是主要原因. 腐蚀坑氧化物为UO₂和U₃O₈. 铀金属氢化反应生成UH₃, UH₃直接暴露于空气中而发生自燃.

Zr-Co是迄今为止研究较多、性能较好的储氚材料, 材料中的氚会自发衰变生成³He. 随着材料中³He的积累, 氦会逐渐聚集成泡, 这将对材料的储氚性能造成严重的破坏. 温度和氦浓度将显著影响材料中氦的行为.本文采用⁴He模拟氚衰变生成的³He在材料中的行为, 用磁控溅射的方法制备了不同氦含量的Zr-Co薄膜, 并用卢瑟福背散射(RBS)方法分析薄膜的元素组成及厚度, 弹性反冲探测(ERD)方法分析样品的氦含量及深度分布. 分别采用恒温退火和动态热解析方法研究了⁴He 在Zr-Co 样品中的滞留和存在状态, 并用X 射线衍射(XRD)方法分析其微观结构.

脉冲激光氮化是一种非常有效的铀表面抗腐蚀改性方法, 它与离子氮化相比具有基体升温小、改性层氮含量高、处理快速、真空室简单和精确定位等优点. 而且, 激光处理后样品表面犁沟、机械损伤消除, 粗糙度下降. 但样品表面也会出现裂纹, 在腐蚀环境中,裂纹处容易发生腐蚀, 降低氮化层抗腐蚀性能. 因此需对激光氮化工艺进行优化, 减少裂纹的产生. 本文通过纳秒脉冲激光对金属铀表面进行激光氮化, 并通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)研究了激光能量密度、氮气压和激光扫描速率对氮化改性样品表面微裂纹的影响; 同时, 研究单点作用激光能量、脉冲重复次数对铀表面形貌的影响. 结果表明: 能量、气压过高, 扫描速率过低引起开裂, 扫描速率的影响更为显著, 开裂与扫描速率以及氮化物含量有关.

在常压、298.15 K条件下, 用RD496-2000微热量仪分别测量了1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)在乙酸乙酯(EA)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中的溶解焓. 得到了TNAZ在不同溶剂中的微分溶解热和积分溶解热. 建立了热量与溶质的量之间的关系式. 对TNAZ, 得到了在乙酸乙酯中描述溶解过程的动力学方程为dα/dt=10-7.26(1-α)0.88; 在N,N-二甲基甲酰胺中, 描述溶解过程的动力学方程为dα/dt=10-7.21(1-α)0.66.

通过多种热化学方法研究了三聚氰胺的热力学性质. 首先用氧弹式燃烧热量计测定了三聚氰胺在298.15 K 时的燃烧热, 根据燃烧热结果, 计算出三聚氰胺的标准摩尔燃烧焓和标准摩尔生成焓, 分别为: △cHΘm=(-2455.17±4.65) kJ·mol-1; △fHΘm =(-763.38±5.16) kJ·mol-1. 然后根据键焓与燃烧焓之间的关系, 估算出三聚氰胺中的C≈N(此键介于单键与双键之间)键能为458.30 kJ·mol-1, 此值介于碳氮单键键能和双键键能之间. 通过绝热热量计测定了三聚氰胺从80到385 K的低温热容. 根据热容值, 计算了此温度区间的标准摩尔生成焓, 其与温度呈线性关系. 另外, 三聚氰胺的热稳定性也用热重-差示扫描量热(TG-DSC)法进行了分析, 确定其分解的DSC曲线的峰顶温度为603.37 K.

在碱性条件下采用原位微量热法对CaMoO4微晶的构建进行了研究. 首次呈现了CaMoO4微晶生长过程能量变化的特征热谱曲线; 该特征热谱曲线由一个反映最初反应成核的典型吸热曲线和随后晶体生长的两个相对较弱的不连续放热曲线组成. 在导向机制的基础上, 结合CaMoO4微晶生长过程的形貌演变, 简要地讨论了CaMoO4微晶生长过程的热动力学信息. 反应成核过程、晶化过程及微晶的二次生长过程的速率常数分别为1.54×10-4、1.09×10-4和0.71×10-4 s-1. 由于晶体的聚集和扩散二者之间强烈的相互作用, 使得反应速率下降, 从而呈现出一个相对较平坦的第二次放热曲线.

报道了在含氟的酸性水溶液中, 对电沉积制备的WO3薄膜电极进行电化学刻蚀, 并采用光电化学、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱、光致发光(PL)等方法对电极进行了表征. 结果表明, 刻蚀使电极比表面积增大, 质量减少, 重要的是可使电极表面状态发生变化. 在相同催化剂质量和比表面积的条件下, 这种变化显著提高了WO3薄膜电极在可见光和紫外-可见光照下的光电转换性能. 机理研究表明, 电极光电化学性能提高可归因于刻蚀使电极表面发生氟化, 光生载流子表面复合中心数目减少, 平带电位负移. 刻蚀对电极的吸光性质和晶体结构等未检测出明显变化. 氟化电极在酸性中具有良好的光电化学稳定性.

用化学液相法制备了超级电容器用的Sn掺杂二氧化锰电极材料. 采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)光谱对电极材料的形貌和物相进行表征. 结果表明, 所得样品由直径约10 nm, 长约100 nm的棒状物粘结成200-500 nm的球状物, 晶型为δ-MnO2. 循环伏安、电化学交流阻抗和恒流充放电测试表明, 化学掺杂的比例对材料的电化学性能有较大的影响. 当Mn:Sn的摩尔比为50:1时, 电极材料的比电容达到293 F·g-1, 比未掺杂的提高了64.6%. 600次充放电循环后, 比电容稳定在275 F·g-1, 表现出良好的容量保持能力.

分别用Fe3+离子和戊二醛作为交联剂对海藻酸钠(SA)阳膜层和壳聚糖(CS)阴膜层进行改性, 制备了八羧基钴酞菁-海藻酸钠/改性壳聚糖(CoPc(COOH)8-SA/mCS)双极膜(BPM). 在海藻酸钠阳膜层中添加八羧基钴酞菁以提高阳膜的离子交换容量, 促进中间层水的解离. 用傅立叶红外(FT-IR)光谱、扫描电镜(SEM)等方法对制备的双极膜进行了表征. 实验结果表明, 经八羧基钴酞菁改性后, 阳离子交换膜层的离子交换容量、H+离子透过率均获得提高. 与Fe3+离子改性或二茂铁离子改性的mSA/mCS双极膜相比, CoPc(COOH)8-SA/mCS双极膜的交流阻抗、电阻压降(IR降)和溶胀度降低. 当电流密度高达105 mA·cm-2时, CoPc(COOH)8-SA/mCS双极膜的IR降仅为0.7 V.

采用单步电沉积法在Mo基底上制备了高质量的CuInS2薄膜. 用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征了样品的结构和形貌, 研究了沉积电位、退火温度、pH值、反应物浓度等工艺条件对制备的CuInS2薄膜形貌、组分及性能的影响. 制备的CuInS2薄膜致密平整, 呈黄铜矿结构, 晶粒大小为1-2 μm. 用紫外-可见光分光光度计测试了其光学性能, 计算得到常温下禁带宽度为1.41 eV, 非常适合用作薄膜太阳电池的吸收层材料.

用络合还原法合成了用作直接甲酸燃料电池(DFAFC)中阳极碳载Pd(Pd/C)催化剂, 并研究了电解液中的硅钨酸(SiWA)对甲酸在Pd/C催化剂电极上氧化的促进作用. 结果表明, SiWA不但能提高Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化活性, 而且能增加电催化稳定性. 这种促进作用与SiWA浓度有关. 当SiWA浓度为0.40 g·L-1时, 促进作用最佳. 当SiWA浓度大于0.40 g·L-1时, 由于过多的SiWA吸附在Pd/C催化剂上而覆盖了部分Pd活性位点, 反而会降低促进作用. 另外, 由于SiWA在Pd/C催化剂上的吸附, 降低了CO的吸附量, 提高了Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化稳定性, 也促进了甲酸通过直接途径氧化.

采用大功率双阳极热等离子体装置, 对CH4-CO2重整制合成气进行实验研究. 实验采用两种不同的原料气输入方式: 一种是使原料气(CH4和CO2的混合气体)作为等离子体放电气体全部通入第1阳极与第2阳极间的放电区, 直接参与放电; 另一种是保持前述状态, 再附加另一部分原料气通入从等离子体发生器喷出的等离子体射流区. 实验表明: 第1种方式下, CH4和CO2同时具有很高的单程转化率和反应选择性, 但能量转化效率较低; 第2种方式下, 尽管CH4和CO2单程转化率和选择性有所降低, 但由于进料量增加, 所得合成气摩尔量较大, 因此能量转化效率高于第1种进气方式所得结果. 实验还发现, 保持放电电流恒定的情况下, 等离子体放电电压随通入第1阳极与第2阳极间放电区的原料气流量增加而增加, 与通入等离子体射流区的流量无关, 同时实验未发现等离子体发生器阴极和阳极被氧化或出现碳沉积现象.

在温和的条件下制备了负载型3%(w)Ir/SiO2/2TPP(三苯基膦)催化剂, 并且考察了(1S,2S)-1,2-二苯基乙二胺[(1S,2S)-DPEN]作为手性修饰剂对其催化苄叉丙酮不对称加氢反应性能的影响. 结果表明, 手性修饰剂(1S,2S)-DPEN的加入, 对苄叉丙酮不对称加氢反应活性和C=O加氢的选择性都有很好的促进作用. 经优化条件, 在40 ℃下, LiOH浓度为0.375 mol·L-1的甲醇溶液中, 氢气压力为6 MPa, 反应8 h后, 苄叉丙酮的转化率大于99.0%, 对不饱和醇的选择性大于99.0%, 不饱和醇的对映选择性(ee)值达到48.1%.

用等体积浸渍法制备了SBA-15担载的钒基(V/SBA-15)和钾修饰的钒基氧化物(K-V/SBA-15)催化剂, 使用氮气吸附、小角X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和紫外激光拉曼光谱对这些催化剂的结构进行表征, 并评价了这些催化剂对乙烷选择氧化的活性与选择性. 实验结果表明介孔结构SBA-15对乙烷选择氧化的活性优于常规的SiO2; 对于SBA-15担载的V/SBA-15和K-V/SBA-15催化剂, 极低钒担载量(nV:nSi≤0.1:100)时隔离的四配位钒氧化物是乙烷选择氧化生成醛类化合物的活性物种, 高钒担载量(nV:nSi≥2.5:100)时聚合的和微晶态的钒氧化物是乙烷氧化脱氢或深度氧化的活性物种.

采用电化学阳极氧化法在钛表面构筑了海绵状纳米结构TiO2膜. 应用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对膜层的形貌和晶型进行了分析和表征, 考察了阳极氧化时间对膜层厚度的影响, 并通过海绵状纳米结构TiO2膜对甲基橙的光催化降解研究了膜层厚度与光催化活性的关系. 结果表明, 海绵状纳米结构TiO2膜对甲基橙具有光催化降解作用, 而且随着膜层厚度的增加, 光催化降解速率显著增大, 厚度为2.2 μm的海绵状纳米结构TiO2膜对甲基橙的光催化降解速率是厚度为480 nm的6.4倍.

光波导分光光谱技术利用光波导表面的消逝场敏感地测定有色物质亚单分子吸附层的偏振吸收光谱, 非常适合于研究染料、颜料、荧光分子、量子点、金属纳米粒子、带色基的蛋白质等在固/液界面的吸附行为. 本文使用宽频带卤钨灯、棱镜耦合的薄膜玻璃光波导和基于电荷耦合器件(CCD)的光谱分析仪设计制作了具有时间分辨本领的光波导分光光谱装置, 并利用该装置实时监测了罗丹明6G(R6G)和亚甲基蓝(MB)在玻璃表面的吸附特性. 通过比较在横电(TE)和横磁(TM)偏振模式下的吸收光谱, 发现R6G主要以二聚体和单体的形式吸附在玻璃表面, 而MB主要以多聚体的形式吸附在玻璃表面, 并分别估算了它们的平均取向角.

利用脉冲分子束技术, 在305-322 nm范围内研究了1-萘酚(1NP)的共振双光子电离(R2PI)光谱. 1NP分子存在cis和trans两种旋转异构体, 但实验中仅观测到trans异构体的电子振动跃迁光谱, 其S1←S0跃迁的(0-0)带头出现在317.90 nm(即31456 cm-1)位置. 利用光谱选律及ab initio和密度泛函(DFT)计算, 对trans异构体在S1态的振动模进行标识, 得出主要对应于对称性为a'的平面内振动模. 计算显示, cis异构体在电子基态S0的能量较trans异构体高出439 cm-1, 而第一激发能却比trans异构体的低1216 cm-1, 与之相应的实验值分别是220和274 cm-1. 计算数值与实验结果在能量变化趋势上完全一致. 共振双光子电离谱中没有观测到cis异构体的光谱信号, 其原因可归结为分子束的有效冷却效应使得处于基态的cis异构体的布居数密度相对trans异构体极低, 导致cis光谱信号太小而未能被探测到.

四苯基卟啉锌在完全无水的乙氰中发生自聚现象, 聚集体的形成可以通过稳态光谱来证实. 吸收光谱和荧光发射光谱的红移表明四苯基卟啉锌的聚集体是卟啉之间以头对头的方式排列, 即J-聚集体. 进一步研究表明聚集体的形成还依赖于溶剂. 光谱和激发态寿命的测定结果表明聚集体的辐射跃迁速率比单体快两倍, 这表明形成的J-聚集体存在超辐射. 四苯基卟啉锌的晶体呈现出杆状的结构. 通过X射线的结构分析, 提出了一个四苯基卟啉锌J-聚集体的结构模型. 四苯基卟啉锌中的一个苯基和相邻的四苯基卟啉锌中的吡咯垂直并通过C—H…π键相互作用. 最后讨论了乙氰配位后对四苯基卟啉锌中Zn—N键的影响.

基于密度泛函理论的B3LYP方法, 对具有等瓣相似性的(BCO)12和(CH)12的10种异构体结构的稳定性进行了计算对比研究, 这10种异构体由三元、四元、五元和六元环组成. 环张力分析表明对羰基硼笼体系, 三元环起主要的稳定化作用, 而四元环是张力的主要来源, 对碳氢笼体系, 五元环起主要的稳定化作用. 电子差分密度表明羰基硼笼中的三元环与碳氢笼中的三元环有不同的电子结构, 导致了它们不同的张力表现. 核独立化学位移(NICS)分析表明, 尽管σ芳香性不是稳定性的决定因素, 但对笼的稳定性有一定的影响.

采用广义梯度近似(GGA)密度泛函理论(DFT)的PW91方法结合周期性模型, 在DNP基组下, 利用Dmol3模块研究了CO和H2在真空和液体石蜡环境下在Cu(111)表面上不同位置的吸附. 计算结果表明, 溶剂化效应对H2和CO的吸附结构参数和吸附能的影响非常显著. 在液体石蜡环境下, H2平行吸附在Cu(111)表面是解离吸附, 而CO 和H2在两种环境下的垂直吸附都是非解离吸附. 相比真空环境吸附, 在液体石蜡环境中, Cu(111)吸附CO时, 溶剂化效应能够提高CO吸附的稳定性, 同时有利于CO的活化. 在真空中, H2只能以垂直方式或接近垂直方式吸附在Cu(111)表面. 当Cu(111)顶位垂直吸附H2, 相比真空环境吸附, 溶剂化效应能够提高H2吸附的稳定性, 但对H2的活化没有明显影响. Cu(111)表面的桥位或三重穴位(hcp和fcc)垂直吸附H2时, 溶剂化效应能明显提高H2的活化程度, 但降低H2的吸附稳定性; 在液体石蜡中, 当H2平行Cu(111)表面吸附时, 溶剂化效应使H—H键断裂, 一个H原子吸附在fcc位, 另一个吸附在hcp位.

采用引入Hubbard参数U修正的密度泛函理论(DFT+U)方法, 对水分子在二氧化铈(111)表面的吸附作用进行了研究. 计算结果表明: 在氧化的二氧化铈(111)表面, 水分子以单氢键构型吸附在二氧化铈表面, 但是不能自发解离; 在还原的二氧化铈(111)表面, 水分子或化学吸附在衬底上, 或自发解离成表面羟基结构. 与氢气在氧化的二氧化铈(111)表面上物理吸附体系的总能相比, 羟基化表面构型是能量更低的构型, 所以羟基解离形成氢气, 从而使表面被氧化的过程需要有外部条件, 反应不能自发进行. 因此, 水分子在还原的二氧化铈(111)表面有两个可能的状态, 即无氢键结构的化学吸附和表面羟基结构的解离吸附. 在一定的外部条件下, 表面羟基结构进一步解离形成氢气, 并使还原的二氧化铈(111)表面得以氧化.

通过周期性层状模型, 利用密度泛函理论预测了微量杂质元素原子M(M=Fe, Si, Mg, Cu, Mn, Ga, In, Sn, Pb)在高纯铝箔(100)表面的偏聚趋势. 计算得到表面偏聚能与已有实验结果相吻合. 表面偏聚能由表面取代的微量元素原子M的位置、原子半径和金属的表面能决定. 当表面偏聚能为负时, 微量元素原子M在表面偏聚, 反之则杂质原子不发生表面聚集. 微量元素原子在铝箔表面偏聚可以使铝箔表面产生大量的缺陷和位错, 它们在铝箔腐蚀时容易成为腐蚀的形核起点, 进而增加铝箔的腐蚀发孔密度.

采用量子化学密度泛函理论(DFT)及线性回归分析方法, 对十一烷基咪唑啉衍生物缓蚀剂抗H2S、CO2腐蚀性能进行了定量构效关系(QSAR)研究. 通过回归分析, 筛选出了影响缓蚀剂缓蚀性能的主要因素, 建立了QSAR模型, 并使用留一法交叉验证对模型的稳定性及预测能力进行了分析. 结果表明, 电子转移参数△N、咪唑环上非氢原子静电荷之和∑Qring及分子极化率α对咪唑啉类缓蚀剂的缓蚀性能有很大的贡献, 所得模型的拟合相关系数(R2)和交叉验证相关系数(q2)分别为0.924 和0.917, 模型对此类缓蚀剂抗H2S、CO2腐蚀性能具有较好的预测效果. 应用QSAR研究结果进行了分子设计, 在理论上提出了一些具有较高抗H2S、CO2腐蚀性能的新型咪唑啉衍生物, 为实验工作者合成新型缓蚀剂提供理论参考.

采用巨正则系综蒙特卡罗(GCMC)方法对NiAl合金晶格模型在1273 K温度下的点缺陷浓度和Al原子相对化学活度等进行计算, 并与实验数据及缺陷关联模型(DCM)的理论计算结果进行比较. 结果发现, 当Ni原子比大于0.475时, 晶格模型能很好地描述NiAl合金的行为; 当Ni原子比小于0.475时, 空位浓度高于0.05, 晶格模型相互作用参数须作适当修正. 研究指出GCMC能很好地模拟晶格模型的热力学性质, DCM在描述富Ni区域Al空位的热激发行为和富Al区域Ni空位分布的关联性方面有局限性.

运用分子动力学模拟方法研究了在质量力驱动下不同浸润性壁面纳米通道中气泡的分布及其运动状况, 提出了一种统计纳米通道中气泡运动速度的方法. 结果显示, 在亲水性壁面的纳米通道中, 气泡位于通道中间, 气泡的运动速度接近但小于通道中心流速, 在势能强度较大时, 壁面吸附的分子较多, 气泡也较大, 反之则气泡较小; 对超疏水性壁面, 气泡则位于固壁附近, 两个壁面形成对称的一对气泡, 气泡的运动速度接近但大于边缘速度. 流体总的流动速度随着流体粒子与壁面粒子作用的减弱而增大, 滑移速度则逐渐从负转变为正.

用量子化学密度泛函理论(DFT), 并结合导体极化连续模型(CPCM)研究了具有潜在抗肿瘤活性的“Keppler型”钌配合物trans-[RuIIICl4(2-NH2-5-Me-STz)2](1)的水解反应过程. 首先, 在UB3LYP/(LanL2DZ+6-31G(d))理论水平上对水解反应中各平衡构型在气相条件下的有关结构进行全几何优化及振动频率分析; 然后, 在更高的基组水平LanL2DZ(f)+6-311++G(3df,2dp)上对优化的结构进行单点能计算, 并考虑溶剂效应. 计算得到水解反应过程中相应的结构特征和详细的反应势能面. 对于第一步水解, 液相中配合物1的活化能垒为92.9 kJ·mol-1, 与已经报道的配合物trans-[RuIIICl4(2-NH2-Tz)2](2)的活化能垒(96.3 kJ·mol-1)相接近, 并与实验结果相符. 对于第二步水解, 反应在热力学上优先生成顺式双水解产物, 恰如顺铂的水解反应机理一样, 存在着所谓“顺式效应”, 即生成的顺式水解产物有利于其与生物分子靶标的键合, 因此, 顺式双水解产物在生物反应中有望成为重要的前体药物. 本文研究结果有助于深入理解抗癌性Ru(III)配合物与相关生物靶标的作用机理.

含大的平面胺配体的二价钯金属配合物在当前的抗肿瘤药物设计中代表着一类具有重要发展前途的先导结构. 由于大的平面胺配体具有较大的空间位阻, 目前主要的问题是这类化合物能否和DNA碱基结合形成单功能和双功能加合物. 我们采用密度泛函理论和等电聚焦连续极化(IEF-PCM)溶剂化模型研究了trans-PdCl2L2(L:2-羟基吡啶)的钯配合物与DNA碱基的作用. 该化合物与DNA形成单功能和双功能加合物反应的活化自由能均低于铂类抗肿瘤药. 所有反应在水溶液中均为放热反应. 结果表明, 这一大的平面胺配体不会阻碍该化合物与DNA碱基形成双功能加合物, 而且该化合物与DNA的单功能和双功能结合的速率会大于铂类化合物.

蛋白质的氨基酸序列如何决定空间结构是当今生命科学研究中的核心问题之一. 折叠类型反映了蛋白质核心结构的拓扑模式, 折叠识别是蛋白质序列-结构研究的重要内容. 我们以占Astral 1.65序列数据库中α, β和α/β三类蛋白质总量41.8%的36个无法独立建模的折叠类型为研究对象, 选取其中序列一致性小于25%的样本作为训练集, 以均方根偏差(RMSD)为指标分别进行系统聚类, 生成若干折叠子类, 并对各子类建立基于多结构比对算法(MUSTANG)结构比对的概形隐马尔科夫模型(profile-HMM). 将Astral 1.65中序列一致性小于95%的9505个样本作为检验集, 36个折叠类型的平均识别敏感性为90%, 特异性为99%, 马修斯相关系数(MCC)为0.95. 结果表明: 对于成员较多, 无法建立统一模型的折叠类型, 基于RMSD的系统分类建模均可实现较高准确率的识别, 为蛋白质折叠识别拓展了新的方法和思路, 为进一步研究奠定了基础.

以聚乙烯吡咯烷酮(poly(vinylpyrrolidone), PVP)为保护剂, 硼氢化钠为还原剂, 合成了尺寸为(1.9±0.4) nm的单分散金胶体, 再以其作为一级晶种, 并分别用抗坏血酸和PVP为还原剂和保护剂, 通过改变各步晶种尺寸和氯金酸与晶种的摩尔比分步逐级合成了尺寸为3.2、4.7、6.3、8.0、10.3、14.0 nm的系列金纳米颗粒. 以LaMer模型为基础, 对分步晶种生长过程中影响金胶体产物尺寸分布(单分散性)的主要因素进行了讨论. 缓慢加入抗坏血酸并降低氯金酸对晶种的相对量对于单分散金纳米颗粒的控制合成有决定性作用. 快速加入抗坏血酸会因二次成核而导致金颗粒尺寸分布范围变宽.

以仲丁醇铝和硼酸为原料, 葡萄糖作模板剂, 在水介质中120 ℃形成淡黄色干凝胶, 再于750 ℃焙烧得到尺寸均一的硼酸铝纳米棒. 通过改变仲丁醇铝/硼酸的摩尔比实现了对产物形貌及长径比的控制合成. 采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对产物结构和形貌进行表征. 结果表明产物为Al4B2O9纳米棒, 直径为15-45 nm, 长度为100-300 nm. 根据表征结果对葡萄糖参与的硼酸铝纳米棒的生长机理进行了探讨. 结果表明, 葡萄糖与硼酸反应产生网状结构的配合物, 同时释放质子, 促使铝源均匀地分散在网格间, 为硼酸铝的生成提供一有利的反应空间. 纳米棒的生长为自催化生长过程, 在750 ℃热处理时沿着(100)面方向生长.

以乙基黄酸锌(ZnR2)作为单分子前驱体, SBA-15作为模板, 合成高度有序的ZnS纳米束, 并通过透射电子显微镜(TEM)、热重-差热分析(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附、紫外-可见(UV-Vis)光谱、荧光光谱和扫描电子显微镜(SEM)等一系列手段对其形貌、结构及性能进行表征. 结果表明, 此阵列具有高度有序的六方介孔结构, 同时具有类似于母模板的纤维状形貌. 采用一种简单的交流电场辅助的方法把纳米束组装到电极上, 然后通过半导体表征仪器进行测试, 表征结果发现单束ZnS纳米束呈现出非线性的整流行为, 在紫外光照射下, 其电流-电压(I-V)曲线发生了很大的变化, 说明利用它们组装的纳米器件具有良好的光开关效应，并对整流及光响应机理进行了解释.

采用阳极氧化法在铝合金表面原位构造粗糙结构, 经表面自组装硅氧烷后得到超疏水自清洁表面, 与水滴的接触角最大可达157.5°±2.0°, 接触角滞后小于3°. 通过傅立叶变换红外(FT-IR)光谱分析仪、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、能谱仪(EDS)、原子力显微镜(AFM)和接触角测试对阳极氧化电流密度、硅氧烷溶液中水的含量和自组装时间等参数进行了分析, 并得到制备超疏水自清洁表面的最优工艺参数. FE-SEM及AFM的测试结果表明, 由自组装硅氧烷膜层的无序性形成的纳米结构和阳极氧化构造的微米级粗糙结构与硅氧烷膜层的低表面能的协同作用构成了稳定的超疏水表面. 电化学测试(动电位极化)的结果表明, 原位自组装超疏水膜层极大地提高了铝合金的耐蚀性.

以二丙烯酸1,4-丁二醇酯为交联剂, 成功制备了甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸共聚物为壁材, 正十八烷为囊芯的相变材料微胶囊. 采用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪(TG)分别考察了单体与芯材投料比、单体浓度和交联剂的含量对微胶囊形貌、相变热性能、热稳定性能的影响. 实验结果表明: 随着单体与芯材投料比或单体浓度的增加, 微胶囊表面均变得致密, 壁厚增加; 随着交联剂含量的增加, 微胶囊的表面变得更加致密光滑, 热稳定性显著增强; 随着单体与芯材投料比的增大, 微胶囊热焓值减小, 被包裹的囊芯含量减少.

用开放体系的热重-质谱联用仪(TG/MS)研究了7种低煤级煤的热解特征、H2的生成动力学特征以及它们与第一次煤化作用跃变的关系. 结果显示, 煤热解失重率在碳含量(Cdaf)为80%(质量分数)和镜质组最大反射率(R0max)为0.60%附近发生转折; 氢气生成的特征温度参数以及动力学参数均在Cdaf为80%(R0max为0.60%)左右表现为最低; 氢气的总产率在此处最大. 这些特征参数的极值点刚好与第一次煤化作用跃变点一致, 说明这些参数可以反映第一次煤化作用跃变的发生. 结合傅立叶变换红外(FTIR)光谱法获得的煤结构特征, 对影响机制进行了分析解释, 认为是由以下3个方面的原因导致的: (1)煤中脂肪类含氧官能团的演化特征; (2)可溶有机质的低温热缩聚作用; (3)有机质的“两极分化”作用.

以复杂的Warren二元及赝二元常规系统下的液-固界面自由能理论为基础, 借助Pb-Al二元体系为例对其进行简化, 获得了二元非混溶体系液-固界面自由能物理模型, 然后对其热力学公式进行推导, 得出只含两个参变量的理论公式, 并对几种温度下液-固界面自由能(γSL)计算值及用多相平衡(MPE)法得到的实验值作了对比. 结果表明, 改进的物理模型及理论公式易于理解、计算简便, γSL的计算值取决于温度及Al原子分数的两个参变量, 与实验值较好地吻合, 证明了该模型具有结构简单、精度较高的优点, 并可作为其它非混溶体系γSL的计算模型, 为其推广应用奠定基础.

采用热失重分析(TGA)法研究了水溶性封闭型异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)的热分解过程, 利用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)考察了谱图中40 与140 ℃两种温度下的异氰酸酯特征峰. TGA与FTIR的结果表明失重阶段即对应封闭异氰酸酯的解封闭反应. 用Friedman-Reich-Levi (FRL)和Flynn-Wall-Ozawa (FWO)两种动力学模型研究了解封反应的表观活化能E, 所得平均表观活化能分别为125.0和124.5 kJ·mol-1. 采用双等双步法对解封过程进行表观机理函数判断, 结果符合Jander方程, 反应机理为三维扩散, 结合FWO方程确定了反应级数n和指前因子对数lnA的范围.

碳包覆层的结构和形态对LiFePO4正极材料的电子电导率影响很大. 本文以聚丙烯和葡萄糖为碳源, 二茂铁为催化剂前驱体, 采用原位固相法合成LiFePO4/C复合材料, 并对其微观结构和形貌, 碳的结构与含量, 电化学性能进行分析. 结果表明, 聚丙烯热解形成的碳包覆层石墨化程度高, 可提高材料的高倍率放电性能. 二茂铁的加入有助于优化包覆层的碳结构. 制备的LiFePO4/C复合材料具有优异的高倍率电化学性能, 10C (1C=170 mA·g-1)放电比容量达到145 mAh·g-1.

采用表面分析技术、失重法和电化学测试研究了A3钢在氧化硫硫杆菌(T.t)作用下的腐蚀行为. 扫描电子显微镜(SEM)分析结果表明, 与无菌体系相比, 氧化硫硫杆菌会在A3钢表面形成致密的生物膜和腐蚀产物膜. 去除膜层后, 无菌体系中的试样出现点蚀, 氧化硫硫杆菌体系中试样呈现为均匀腐蚀. 浸泡三周后, 氧化硫硫杆菌体系中A3钢的腐蚀失重远小于无菌体系. 电化学交流阻抗谱(EIS)测试结果显示, 在浸泡10 d后, 氧化硫硫杆菌中的电极表面只存在两个时间常数, 这表明氧化硫硫杆菌会在试样表面形成致密且附着力非常强的产物膜层, 有效地阻碍了腐蚀介质对基体的侵蚀. 极化曲线结果表明, 浸泡20 d后, 氧化硫硫杆菌的存在使得金属具有较小的自腐蚀电流密度.

采用原位芳基重氮化反应对碳纳米管进行苯磺酸功能化, 进而制备了聚吡咯/苯磺酸化碳纳米管复合材料(PPy/f-MWCNTs), 通过透射电镜(TEM)及扫描电镜(SEM)测试发现, 氢键诱导使聚吡咯成功地包覆在碳纳米管表面. 循环伏安和恒流充放电测试结果表明, 复合材料具有良好的电化学电容性能, 当聚吡咯与苯磺酸化碳纳米管质量比为1:1时, 复合材料在1.0 A·g-1的电流密度下的比容量达266 F·g-1, 而且聚吡咯利用率比未功能化聚吡咯/碳纳米管(PPy/p-MWCNTs)和纯聚吡咯(PPy)提高了1倍以上.

在气体扩散电极的制作工艺中, 加入乙醇对粘结剂聚四氟乙烯(PTFE)进行预处理. 通过全自动微孔物理化学吸附仪对气体扩散电极进行BET比表面积、Langmuir比表面积、孔分布等进行测试, 并用扫描电子显微镜(SEM)检测观察电极表观形貌. 以锌电极作为负极组装成锌空气电池, 检测在不同的电流密度下气体扩散电极相对锌电极的电位变化, 研究PTFE乳液经过乙醇预处理后对电极性能的影响. 结果显示, PTFE乳液经过乙醇处理后, 先膨胀后收缩, 能够增加催化层和气体扩散层的孔隙结构和比表面积,从而使得电极有效电化学反应场所相应增多, 减低电极在大电流密度条件下放电时的极化过电位.

通过X射线衍射(XRD)、热重、热膨胀、电导率以及电化学交流阻抗等测试技术研究了SmSr1-xAexCo2O6(x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1; Ae=Ca, Ba)作为中低温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)阴极的结构与性能. 研究表明, 固相法合成的SmSr0.8Ae0.2Co2O6(Ae=Ca, Sr, Ba; 简写为SSAC)随着Ca、Ba掺杂量的增大晶体结构发生变化. 其中, 空间群为Pnma晶体结构的电极SSAC中, 晶胞参数随着Sr、Ca、Ba的顺序增大; SSAC晶体中的氧空位浓度随着Ca、Sr、Ba的顺序增大, SSAC热膨胀系数与Ae元素关系不大, 氧催化性能随着Ca、Sr、Ba的顺序降低. 由于载流子浓度降低, 使得Ba 掺杂Sm0.5Sr0.5CoO3(SSC)后电极的电导率降低. 由于导电活化能增大, 使得Ca掺杂SSC后电极的电导率也降低.

Two new sporopollenin-immobilized Schiff bases, S-[N-(2-aminoetil) salicylaldiimino] and S-[N-(2-aminoetil) benzaldiimino], and their cobalt (III) and nickel (II) complexes, S-[N-(2-aminoetil) benzaldiimino] aquatriacetato cobalt (III), S-[N-(2-aminoetil) salicylaldiimino] aquadiacetato cobalt (III), S-[N-(2-aminoetil) benzaldiimino] diacetato nickel (II), and S-[N-(2-aminoetil) salicylaldiimino] diacetato nickel (II), were synthesized onto a chemically modified sporopollenin with ethylenediamine. The immobilized ligands and their metal complexes were characterized by thermal analysis and spectroscopic techniques such as infrared, ultraviolet-visible, and atomic absorption spectrometry. Immobilized Schiff base metal complexes, S-[N-(2-aminoetil) benzaldiimino] aquatriacetato cobalt (III) and S-[N-(2-aminoetil) salicylaldiimino] aquadiacetato cobalt (III), were used as ligand exchanger media to investigate ligand adsorption behavior of methylene blue (MB) with column technique. The result shows that the chelation of methylene blue with S-[N-(2-aminoetil) salicylaldiimino] aquadiacetato cobalt (III) complex increases ligand adsorption capacity.

以二甲亚砜(DMSO)为溶剂, 用多巴胺(Dopamine)胺解聚(苯乙烯-alt-马来酸酐)(P(St-alt-Man))制备双亲交替共聚物P(St-alt-Ma-Dopa). 在选择性溶剂(N,N-二甲基甲酰胺(DMF)/水)中对P(St-alt-Ma-Dopa)进行溶液自组装, 用紫外分光光度计(UV)、透射电镜(TEM)、荧光探针技术、zeta电位仪等技术研究了添加剂(HCl, NaOH或NaCl)对P(St-alt-Ma-Dopa)自组装行为的影响及其胶体粒子的乳化性能. 结果表明, P(St-alt-Ma-Dopa)链在选择性溶剂(DMF/水)中可自组装形成球状胶体颗粒, 其临界聚集水含量(CWC)明显大于P(St-alt-Man). 体系的pH值、盐浓度等对P(St-alt-Ma-Dopa)胶体粒子的性质(粒子大小、zeta电位、亲疏水性等)有较大的影响, 引入多巴胺结构使交替共聚物胶体粒子的乳化性能有所提高.

采用由环己烷、聚乙二醇辛基苯基醚(TritonX-100)、正丁醇与水溶液构成的反相微乳液体系, 合成了纳米Al2O3粉体. 采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、比表面积分析仪等表征手段, 分别对产物的结构、形貌、比表面积和孔容进行了表征, 该纳米Al2O3比表面积约450 m2·g-1(随反应参数不同发生变化), 均属γ-Al2O3, 粒径均匀, 颗粒直径小于10 nm. 考察了微乳液体系中水与表面活性剂的物质的量之比r0、表面活性剂与助表面活性剂的体积比φ、焙烧温度等关键因素对产物比表面积等物理性质的影响. 结果表明, 当r0=20, φ=0.5, 焙烧温度为500 ℃时, 可以得到大比表面积、高孔容、分散性好及粒径分布均匀的γ-Al2O3粉体.

分别在导电铝合金片(Al)和具有阳极氧化铝层的非导电铝片(AAO/Al), 以及铟锡氧化物导电玻璃(ITO/glass)和普通非导电玻璃(glass)表面通过提拉法制备出TiO2/Al和TiO2/AAO/Al, 以及TiO2/ITO/glass和TiO2/glass两组TiO2薄膜样品, 通过测试紫外光照下水滴接触角的变化考察TiO2薄膜的光致亲水性. 结果表明, 相对于TiO2/Al2O3/Al, 基底导电的TiO2/Al表现出较好的光致亲水性能; 而相对于TiO2/glass, 基底导电的TiO2/ITO/glass表现出较差的光致亲水性能. 分析认为, Al和ITO两导电基底和TiO2薄膜间的不同电子转移方向影响TiO2薄膜的光致亲水性能, Al片提供电子给TiO2有助于提高以光生电子为主要初级活性物种的光致亲水性, 而ITO接受TiO2的光生电子, 导致光致亲水性的下降.

采用变温晶化方法, 通过改变低温段晶化温度, 水热合成B-ZSM-5沸石. 以B-ZSM-5沸石为母体, 经脱硼处理后, 与TiCl4进行气固相取代反应制得Ti-ZSM-5样品. 采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、紫外-可见(UV-Vis)光谱、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、拉曼光谱、N2吸附-脱附及1,2,4-三甲苯物理吸附等手段对其进行了表征, 并考察了Ti-ZSM-5样品在苯酚羟基化反应中的性能. 结果表明, 合成的母体均为长方体颗粒的聚集体且具有完整的MFI拓扑结构, 但其聚集体颗粒大小、载钛量、孔容及比表面积却存在明显差异; 低温晶化最佳温度为333-353 K, 以此条件下合成出以B-ZSM-5为母体制得的Ti-ZSM-5具有更小的颗粒尺寸、较大的孔容及比表面积, 在苯酚羟基化反应中表现出更加优异的催化性能. 在苯酚与过氧化氢的摩尔比为3的条件下, 苯酚转化率最高可达到20.5%.

以对甲苯磺酸钠为掺杂剂在不锈钢(SS)电极表面恒电位合成聚吡咯(PPy)修饰膜, 采用恒电位和动电位对Cu(II)的还原效果进行了研究, 并与不锈钢电极进行了对比. 结果表明, 由于聚吡咯的催化作用, 聚吡咯修饰电极对Cu(II)还原效率高于不锈钢电极; 聚吡咯膜对析氢有明显的抑制作用, 因此电流效率远远高于不锈钢电极, 这是采用聚吡咯进行电化学还原的明显优势. 通过在不同浓度Cu(II)酸性溶液中的循环伏安行为讨论了聚吡咯对Cu(II)的还原作用机理.

利用固定床、傅里叶红外光谱(FT-IR)及频率响应(FR)等方法研究了1,5-己二烯和苯对NiY分子筛脱硫性能的影响机理. 结果表明, 吸附剂的选择性吸附脱硫性能随着模拟燃料中1,5-己二烯和苯含量的增加而显著降低, 苯的影响比1,5-己二烯更显著. 1,5-己二烯和苯影响NiY脱硫的机理不同, 在吸附剂表面质子酸的作用下, 烯烃与噻吩发生催化反应, 噻吩开环生成烷基噻吩类大分子化合物, 这类吸附堵塞分子筛的孔道, 阻碍硫化物分子进入超笼与其中的金属阳离子吸附活性中心发生吸附作用. 通过FR光谱观察, 得知吸附过程是噻吩在NiY分子筛中传质过程的速控步骤, 扩散过程是苯在NiY分子筛上动力学过程的速控步骤, 这使噻吩从吸附中心上置换下来的苯不易从分子筛孔道中扩散出去, 从而阻碍了噻吩在吸附中心上的吸附.

通过共沉淀法和沉积-沉淀法制备出了具有良好热稳定性的Al2O3改性Fe2O3基金催化剂, 并通过透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附及热重和差示扫描量热(TG-DSC)分析等表征手段对催化剂的结构与表面形貌进行了研究分析. TEM测试结果表明: 500 ℃焙烧后, 未掺杂Al2O3的催化剂中金颗粒粒径分布较宽, 平均粒径约为7.0 nm, 载体颗粒尺寸在50-100 nm范围内; 而掺杂Al2O3的催化剂中金颗粒粒径分布变窄, 平均粒径约为5.0 nm, 且载体颗粒大小也明显小于未掺杂Al2O3的催化剂, 保持在30-50 nm的范围内. N2吸附-脱附测试结果表明, Al2O3的掺杂有利于保持催化剂的介孔结构和比表面积, 从而提高了载体的热稳定性. XRD和TG-DSC测试结果表明, Al2O3的掺杂可以有效地抑制Fe2O3的结晶, 进而抑制了高温焙烧过程中金颗粒的长大. 选用CO低温氧化反应对催化剂的活性进行了评价, 即使在500 ℃高温下焙烧12 h, 掺杂了Al2O3的催化剂仍然可在26.7 ℃将CO完全转化, 而未掺杂Al2O3的催化剂CO最低完全转化温度(T100)高达61.6 ℃. Al2O3的掺杂显著提高了催化剂的热稳定性能.

制备了聚乙二醇(PEG)稳定的RuB非晶态纳米催化剂, 采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和透射电镜(TEM)对催化剂进行表征. 结果表明, RuB以高分散态存在, 其平均粒径为2.4 nm. 该催化剂体系对吡啶及其衍生物显示了优异的催化活性和选择性. 在100 ℃、氢气压力3.0 MPa, 催化剂与底物的摩尔比为1/670的条件下, 反应60 min, 催化吡啶加氢的转化率大于99.0%, 生成哌啶的选择性为100%. 对含不同取代基的底物的加氢反应活性顺序如下: 2-甲基吡啶>2,6-二甲基吡啶>吡啶.

通过三种硅源, 正硅酸已脂(TEOS)、胶体二氧化硅、气相法白炭黑, 成功地合成出ITQ-13分子筛, 并用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、BET表面积测试和氘代乙腈吸附等方法对合成的材料进行表征. 结果表明, 用硅胶和白炭黑为硅源合成出的ITQ-13具有较好的晶化度和较大的晶体尺寸.

采用共沉淀法制备了系列含Pd类水滑石材料, 类水滑石基体为M3Al-HT (M=Mg, Co, Ni, Cu, Zn), 经焙烧制备出含Pd类水滑石衍生复合氧化物催化剂. 通过X射线衍射(XRD), 热重-差热分析(TG-DTG), H2程序升温还原(H2-TPR), O2程序升温脱附(O2-TPD)和N2吸脱附等表征技术手段研究了不同二价金属元素对含Pd类水滑石衍生复合氧化物催化剂物理化学性质及其对挥发性有机污染物氯苯催化氧化性能的影响. XRD和TG-DTG结果表明, 不同二价金属元素, 除Cu外, 都能形成类水滑石层状结构, Pd在不同类水滑石前驱物中均能良好分散. 不同的二价金属元素对催化剂性能的影响不同, 其中Pd/Co3AlO催化剂表现出最高的氯苯催化氧化活性, 其起燃温度和全转化温度分别为182和283 ℃. H2-TPR和O2-TPD测试表明, Pd和类水滑石衍生复合氧化物存在着协同作用, Pd的引入促进了复合氧化物的还原, 从而影响氧化物的氧化还原性能. Pd/M3AlO系列催化剂的活性主要受催化剂的氧化还原性能及其表面活性氧物种的影响.

以环氧氯丙烷为桥接, 将具有较强给电子能力的芳叔胺(ATA)结构引入香豆素衍生物C分子中, 通过芳叔胺结构的光化学促进作用加速香豆素基元的光二聚反应. 用紫外(UV)和荧光(FL)光谱等手段对该香豆素衍生物进行表征. 结果表明, 芳叔胺结构的引入可有效增强香豆素基元在260-400 nm之间的吸收. 紫外点光源光二聚反应实验表明, 芳叔胺结构的引入使香豆素基元的光响应性能得以大幅增强, 在相同光照条件下, 其在匀速反应区间内对光照时间的依赖性的斜率高达6.47, 光二聚反应程度达到80%时所需光照时间仅为29 s.

超临界CO2和离子液体(ILs)是两种绿色溶剂. 离子液体可以溶解超临界CO2, 而超临界CO2不能溶解离子液体. 由此设计构成的CO2/IL二元系统, 同时具备了超临界CO2和离子液体的许多优点: 既可以降低离子液体的粘度, 还便于相分离, 是新型的耦合绿色溶剂. 其物理化学性质对于设计反应、分离等过程非常重要. 因此, 本文以CO2/IL二元系统为研究对象, 通过选择合适的分子力场和系综, 运用分子动力学(MD)模拟方法研究了CO2/[bmim][PF6]、CO2/[bmim][NO3]等体系的热力学性质. 结果表明, CO2对ILs膨胀度的影响非常小, 当CO2摩尔分数为0.5时, ILs膨胀仅为15%. CO2/ILs的扩散系数远小于CO2膨胀甲醇、乙醇溶液的扩散系数. 随着CO2含量的增加, ILs的扩散系数提高, 粘度显著下降, 表明CO2能有效地改善ILs扩散性, 减小其粘度. 因此CO2可用以改善离子液体溶剂体系的传递特性, 增强反应分离过程在其中的进行.

基于密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法, 在6-311++G(d,p)水平上全优化得到了3,3'-偶氮苯磺酸(3,3'-AbS)在S0和T1态顺反异构化机理.在S0态存在两种异构化途径: 绕角NNC反转和绕NC键旋转相结合的形式和单纯的绕CNNC二面角旋转形式, 两种异构化途径的能垒分别为94.2和124.3 kJ·mol-1. 有必要指出的是, 在反转与旋转结合的途径上存在二次过渡态. 在T1态上仅存在旋转途径且其能垒为21.1 kJ·mol-1. 采用含时密度泛函理论(TD-DFT), 在B3LYP/6-311++G(d,p)水平上, 沿着基态的两种异构化途径计算得到了T1, S1, T2和S2态的垂直激发的势能剖面, 分析了可能的光致异构化途径. 当激发光波长为330 nm时, 反应物分子被激发到S2态, 然后弛豫到较低的能态S1发生异构化反应, 旋转途径存在两条活化途径: (1) 沿着S1/S0的圆锥交叉点衰变到产物; (2) 由S1态弛豫到T1态后, 在S0-T1-S0的区域发生异构化, 再转化到产物. 计算结果表明, 3,3'-AbS通过反转和旋转的结合形式实现在S0态的异构化, 而被激发后倾向于沿着旋转坐标作为其主要的异构化途径.

利用密度泛函理论(DFT)总能计算研究了Ni(110)-p2mg(2×1)-CO表面的原子结构和电子态. 计算结果表明: CO分子吸附于该表面的短桥位附近, 分子吸附能为1.753 eV, CO分子的键长dC—O为0.117 nm, 分子与表面竖直方向的夹角为20.0°, 碳原子和短桥位中点的连线与竖直方向的夹角为20.9°; 吸附的CO分子内原子间的伸缩振动频率为1876和1803 cm-1. 态密度研究结果表明吸附作用主要来自CO分子π、σ轨道与衬底d轨道间的杂化作用. CO分子σ轨道和衬底表面镍原子dxz轨道杂化形成的表面电子态主要位于费米能以下-10.4 至-8.8 eV和-7.4至-5.1 eV 范围内. σ和dxz轨道间的杂化作用可能是形成p2mg表面对称性的重要因素之一.

H2NCH2CN+H2O→H2NCH2C(OH)NH是一个重要的反应, 涉及到星际媒介中甘氨酸的形成, 与早期地球上的氨基酸起源有关. 如果没有考虑氢隧道效应, 在MP2/6-311+G(d,p)级别上计算反应能垒是254.7 kJ·mol-1, 在星际媒介中该气相反应很难进行. 在星际媒介冰颗粒表面上, 水分子催化反应增强了该化学反应的活性. H2NCH2CN与(H2O)3反应中的两个水分子作为催化剂降低活化能77.5 kJ·mol-1和活化自由能70.9 kJ·mol-1, 并且通过氢键桥协同传递质子. 量子氢隧道对于该反应进行至关紧要,采用小弯曲隧道(SCT)近似和正则变分过渡态理论(CVT)方法研究. 温度50 K时, 速率常数kSCT/CVT为1.86×10-23 cm3·molecule-1·s-1, 表明在星际媒介中通过质子隧道机理该反应容易进行. 研究结果与地球上的氨基酸起源于地球本身物质的观点相一致.

在密度泛函理论水平上, 利用响应函数方法研究了实验新合成的两类以芴为π中心的分子(SK-G1和NT-G1)的双光子吸收特性. 计算结果表明, 这两类有机分子都具有较大的单光子和双光子光吸收强度. 在低能量范围内, NT-G1分子的最大单光子吸收峰相对于SK-G1分子来说发生了红移, 且其最大单光子吸收强度是SK-G1分子的两倍. SK-G1和NT-G1分子的最大双光子吸收均发生在第二激发态. NT-G1分子的最大双光子吸收截面约是SK-G1分子的五倍, 并且NT-G1分子存在一个较宽的双光子吸收带. NT-G1分子的较强光学性质与分子内较大的电荷转移过程有关. 采用Onsager模型计算了溶剂分子对溶质分子单光子吸收性质的影响, 理论计算结果和实验测量结果符合得较好.

构建水滑石(Mg3Al-LDHs-Cl-nH2O)周期性计算模型, 采用密度泛函理论-赝势平面波法的CASTEP/LDA(局域密度近似)程序, 在CA-PZ水平上对模型进行几何全优化和弹性常数计算. 从弹性常数Cij、切变模量、杨氏模量和泊松比等方面研究了层间水分子含量(n)对材料力学性质的影响. 计算结果表明, 层间水分子含量对材料的力学性质有很大的影响. 层间水分子能提高体系总体的抗压性能, 当n=1时, 材料的抗压性能最好; 当n=2时, 材料的抵抗剪切变形的能力最差, 体系最柔软. 层间水分子对材料杨氏模量的影响较大, 对泊松比的影响并不明显. 且层间水分子对材料横向的力学性能起到平均化作用, 最终使材料在x轴和y轴方向上的抗压性能和膨胀率趋于一致.

用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了氧原子在具有Pt皮肤的Pt3Ni(111)[记为Pt-skin-Pt3Ni(111)]表面的吸附和扩散特性. 重点研究了氧原子在Pt-skin-Pt3Ni(111)表面的扩散问题, 这对理解Pt-skin-Pt3Ni(111)催化剂的高催化活性有重要意义. 结果表明: 氧原子容易吸附在fcc位; 催化剂Pt3Ni中的Ni原子对催化剂的电子结构有很大影响, 从而改变了其对氧原子的吸附. 用推拉弹性带(NEB)方法搜索氧原子的扩散势垒, 并解释了Pt-skin-Pt3Ni(111)催化剂的高催化活性.

采用广义梯度近似(GGA)的密度泛函理论(DFT)(DFT-GGA)并结合平板模型, 研究了甲胺在清洁及磷(P)改性的Mo(100)表面(P-Mo(100))发生C—N键断裂的反应历程(CH3NH2→CH3+NH2). 优化了裂解过程中反应物、过渡态和产物的几何构型, 获得了反应路径上各物种的吸附能及反应的活化能数据. 计算结果表明, 在清洁和磷改性的Mo(100)表面, 甲胺均稳定吸附在顶位, 甲基和氨基最稳定的吸附位置均为桥位. 甲胺的C—N键在P-Mo(100)表面裂解的活化能为2.39 eV, 高于其在清洁表面的活化能(1.99 eV). 这表明Mo(100)表面被预吸附的P原子钝化了. 电子结构分析表明, 改性P原子使得金属Mo的供电子能力减弱, 导致它的d带中心下移, 从而降低了该表面的反应活性, 提高了甲胺的C—N键裂解的活化能. 活化能的分解表明, C—N键在P-Mo(100)与Mo(100)表面裂解的活化能的差异主要体现在初态到过渡态时甲胺的结构变化引起的能量变化(△EdefCH3NH2)、过渡态仅有甲基存在时的吸附能(ETSCH3)和过渡态甲基和氨基的相互作用(EintCH3…NH2). △EdefCH3NH2和ETSCH3使活化能升高幅度大于EintCH3…NH2使活化能降低幅度, 最终导致甲胺的C—N键在P-Mo(100)表面裂解的活化能要高于在Mo(100)表面裂解的活化能.

The structural and electronic properties of a (4, 0) zigzag single-walled carbon nanotube (SWCNT) under parallel and transverse electric fields with strengths of 0-1.4×10-2 a.u. were studied using the density functional theory (DFT) B3LYP/6-31G* method. Results show that the properties of the SWCNT are dependent on the external electric field. The applied external electric field strongly affects the molecular dipole moments. The induced dipole moments increase linearly with increase in the electrical field intensities. This study shows that the application of parallel and transverse electric fields results in changes in the occupied and virtual molecular orbitals (MOs) but the energy gap between the highest occupied MO (HOMO) and the lowest unoccupied MO (LUMO) of this SWCNT is less sensitive to the electric field strength. The electronic spatial extent (ESE) and length of the SWCNT show small changes over the entire range of the applied electric field strengths. The natural bond orbital (NBO) electric charges on the atoms of the SWCNT show that increase in the external electric field strength increases the separation of the center of the positive and negative electric charges of the carbon nanotube.

用B3LYP杂化泛函和等电子聚焦极化连续模型(IEF-PCM)研究了trans-[PtCl2(NH3)(Am)](Am: 非平面哌啶或哌嗪)新型反铂抗癌药物的水解反应机理. 对经由一般的SN2机理的第一步和第二步水解反应势能面上的稳定点进行了全优化和表征. 在水解中, 最显著的结构变化发生在反应过渡态和中间体的五配位三角双锥的赤道面上. 与经典顺铂(cisplatin)比较, 反式[PtCl2(NH3)(piperazine)]的第一步和第二步水解活化能均低于顺铂, 而反式[PtCl2(NH3)(piperidine)]的第一步水解活化能稍高于顺铂, 第二步水解活化能稍低于顺铂. 计算表明, 这些含有非平面杂环胺反铂的配合物减小了赤道面上的立体效应和水解势垒.

 L-ornithine is a metabolic product of L-arginine and is found in the liver and other tissues after the enzyme arginase in the urea cycle catalyses the reaction. The presence of L-ornithine has an influence on certain biochemical activities such as the proliferation of collagen production and also has an effect on airway responsiveness. Therefore, it has a role to play in the availability of nitric oxide (NO). A brief reactivity study was carried out for various substituents at the α-C atomof this amino acid. Substituents such as chlorine and fluorine affect the reactivity of the entire molecule and may alter the properties of the amino acid. To understand the properties of molecule, a detailed study was done at the density functional theory (DFT) level and compared with ab initio calculations. Fukui functions were invoked to assess reactivity and stability. The descriptive properties were correlated to logP or pKa using available software to help build a model to quantitatively assess properties and reactivity. Results showed a randomreactivity pattern upon halogen substitution and this indicates the need to exercise caution during docking and reactivity studies.

利用一种简便的一步反应路线, 通过调节反应温度, 选择性地合成出两种有序排列的氧化铜纳米阵列, 即成束的一维(1D)纳米带和紧密排列的二维(2D)纳米片. 系统研究了产物的物相和形貌随反应时间的演变情况, 结果表明两种氧化铜纳米结构阵列分别是通过氧化→生长→脱水和氧化→脱水→生长过程形成的, 其中动力学因素控制的成核与生长过程决定了氧化铜纳米结构的最终形貌. 模拟太阳光辐射光催化降解有机染料罗丹明B(RhB), 测试了所制备的氧化铜纳米结构阵列的光催化活性. 本工作为制备新颖的多级纳米结构材料提供了一种简单且经济的合成路线, 这些纳米材料将在多个领域体现出重要的应用潜力.

用苯乙炔合成聚苯乙炔(PPA), 对多壁碳纳米管进行纯化、氧化, 然后将多壁碳纳米管与PPA一起在甲苯中超声分散. 结果显示氧化多壁碳纳米管已被PPA包覆且能够稳定分散于甲苯溶液中, 一个多月不沉降. 分别采用傅立叶变换红外(FTIR)光谱、酸碱滴定、拉曼光谱分析氧化后多壁碳纳米管的结构变化. 利用高分辨透射电镜(HRTEM)分别观察纯化、氧化、PPA包覆多壁碳纳米管的分散情况.

以MgO负载的Fe为催化剂、正己烷为碳源、乙二胺为氮源, 用催化化学气相沉积法合成了碳纳米管(CNTs)和氮掺杂碳纳米管(CNx). 通过还原焙烧的Mg/Fe水滑石(LDH)和Mg(NO3)2/Fe(NO3)3前驱体得到具有催化活性的Fe催化剂(Fe-LDH和Fe-Mg(NO3)2/Fe(NO3)3). 由这两种催化剂催化合成的CNTs都具有中空的管状结构. Fe-LDH催化合成的CNx具有明显的“竹节”状形貌, 而Fe-Mg(NO3)2/Fe(NO3)3催化合成的部分CNx的形貌与“竹节”状不同. 该CNx具有厚的管壁且在管壁的石墨层与层之间存在大量的空隙. Fe-LDH催化合成的CNx中氮摩尔分数为6.3%, 高于Fe-Mg(NO3)2/Fe(NO3)3催化合成CNx中的5.7%; 但后者具有更多的缺陷, 石墨化程度更加无序.

采用原位脱氯化氢缩合聚合法制备了聚(2-甲氧基-5-丁氧基)对苯乙炔/氧化铕(PMOBOPV/Eu2O3)纳米复合材料. 傅里叶变换红外(FT-IR)光谱证实了在Eu2O3表面的包覆层为PMOBOPV. 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)观察发现, PMOBOPV/Eu2O3纳米复合材料具有核-壳结构, 直径为75-145 nm, 其中PMOBOPV包覆层厚度约为25 nm. 紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱表明, 随着Eu2O3含量增加, PMOBOPV/Eu2O3的最大吸收峰发生红移且强度提高. 荧光光谱研究表明, 随着Eu2O3含量增加, PMOBOPV/Eu2O3的最大发射波长发生蓝移且强度提高, Eu2O3与PMOBOPV之间形成了光致电子转移体系, 使π电子离域程度增加, 并且导致荧光量子效率提高. 根据光学禁带宽度(Eg)与入射光子能量(hυ)的关系, 拟合了PMOBOPV/Eu2O3薄膜的光学禁带宽度, 发现随着Eu2O3含量增加, Eg逐步减小. 采用简并四波混频方法测试它们的三阶非线性极化率(χ(3)), 发现随着Eu2O3含量增加, PMOBOPV/Eu2O3纳米复合体的非线性光学响应逐渐增强, 这说明PMOBOPV与Eu2O3之间形成了分子间光致电子转移体系, 产生了复杂的分子间离域π电子非线性运动.