基于国内外最新研究工作, 系统总结了离子选择电极膜中革除或减少外增塑剂的新膜基体, 包括丙烯酸酯类聚合物、羟基功能化的乙烯基树脂、聚氨酯、硅橡胶以及导电聚合物, 对其物理化学性能以及传感器检测等进行了全面归纳与讨论. 指出该类革除外增塑剂的传感膜不仅避免了增塑剂的泄漏及其对生物样品的污染,而且较传统增塑聚氯乙烯(PVC)膜扩散系数降低了约3 个数量级, 有利于抑制过膜离子流,使其检测下限较传统增塑PVC下降了5个数量级, 且选择系数也有不同程度的改善. 另外, 该类传感膜材料由于与固体支撑材料间优良的粘附性保证了电极的使用寿命, 特别是在微型化固态电极中. 以这类传感膜构建的电位型离子传感器将以其独特的优势在环境监测、食品卫生, 尤其是在医疗诊断、生物物质检测中展示出不可替代的作用.

实验测定了二氧化碳和碳酸二甲酯(DMC)二元体系的高压气液相平衡数据. 实验温度为333.0 到393.0 K, 实验压力为3.98 到13.75 MPa. 应用Peng-Robison (PR)立方形状态方程和van der Waals-1 混合规则对实验数据进行了关联计算, 同时得到了二元相互作用参数. 计算结果与实验数据具有很好的一致性.

利用精密自动绝热热量计测定了Nd(Gly)₂Cl₃·3H₂O在80-357K和Pr(Ala)₃Cl₃·3H₂O在80-374K温区的热容. 根据两个化合物的热容计算出了相对于参考温度298.15K的热力学函数(H_T?H_298.15)和(S_T?S_298.15). 根据热重(TG)分析结果, 提出了这两个稀土化合物可能的热分解机理. 利用溶解-反应恒温热量计测定相关化合物的溶解焓并设计盖斯热化学循环, 计算出了两个化合物的标准摩尔生成焓.

氧化锌(ZnO)是一种重要的化工原料, 超临界水热合成法制备纳米ZnO的第一步是锌盐与碱或水发生水解反应生成Zn(OH)₂, 后者接着脱水生成ZnO. 以Zn(CH₃COO)₂为原料, 直接和超临界水(SCW)反应能够制备纳米级的ZnO颗粒, 但对反应机理的探讨较少. 本研究利用分子动力学模拟超临界条件下Zn(CH₃COO)₂水解反应过程中的结构和能量变化, 发现Zn(CH₃COO)₂在SCW中容易聚集成无定形的团簇, 1个Zn²⁺平均和5个CH₃COO^-和1个H₂O配位, 形成6配位的八面体结构. 处于Zn(CH₃COO)₂团簇和SCW界面的Zn²⁺能够和更多的H₂O配位. 水解反应后系统的势能降低, 同时伴随Zn(CH₃COO)₂团簇结构的改变. 反应产物OH^-分布在Zn(CH₃COO)₂团簇内部, 富集Zn²⁺, 而CH₃COOH则分布在SCW中. 本文的工作为超临界水热合成的反应过程提供了基本的理论依据.

表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)是个非常重要的物质特性参数, CMC在研究表面活性剂的工业应用和生物利用方面发挥着关键作用. 本工作提出了一个新的拓扑指数—扩展距离矩阵, 建立了一个稳定的构效关系模型, 并对175种表面活性剂的临界胶束浓度进行了计算预测. 结果表明, 基于新的拓扑指数建立的构效关系模型计算临界胶束浓度能给出稳定可靠的预测结果, 其预测结果相关性系数R²(training set)=0.9295, 相对标准偏差ARD(training set)=8.20%, R²(testing set)=0.9257, ARD(testing set)=6.76%. 与文献中模型预测结果的对比表明, 本工作在稳定性和可靠性上均有显著改善.

Istomin和Palm曾提出用模型Δ_fH⁰(RX)=h[R]+h[X]+φ[R]φ[X](式中h[R]和h[X]分别为烷基R 和取代基X对单取代烷烃生成焓Δ_fH⁰(RX)的贡献, φ[R]φ[X]则表示R与X之间的相互作用对Δ_fH⁰(RX)的贡献)来表示单取代烷烃生成焓Δ_fH⁰(RX). 对于双向延伸化合物R1-Y-R2, 其取代基Y位于分子链的中间, 与两个烷基(R1和R2)相连. 此类化合物分子内取代基与烷基之间的相互作用, 较单取代烷烃的相比更为复杂. 因此, Istomin-Palm模型在R1-Y-R2体系中应用必须进行修正. 本文把取代基Y、烷基R1和R2三者之间的相互作用对R1-Y-R2类化合物生成焓Δ_fH⁰(R1-Y-R2)的贡献分为三部分: R1Y与R2之间的相互作用(φ[R2]φ[R1Y]), YR2与R1之间的相互作用(φ[R1]φ[YR2]), 以及两烷基R1与R2之间的相互作用(ψ[R1]ψ[R2]). 用以上三项替换φ[R]φ[X], 扩展Istomin-Palm模型, 建立一个新的经验模型Δ_fH⁰(R1-Y-R2)=h[R1]+h[R2]+h[Y]+φ[R1]φ[YR2]+φ[R2]φ[R1Y]+ψ[R1]ψ[R2], 来表示Δ_fH⁰(R1-Y-R2)(式中h[R1]、h[R2]和h[Y]分别为烷基R1、R2和取代基Y对Δ_fH⁰(R1-Y-R2)的贡献, 后三项则表示烷基R1、R2和取代基Y两两之间相互作用对Δ_fH⁰(R1-Y-R2)的贡献). 进而, 采用本研究组最近报道的相互作用势指数IPI(X)(Wu, Y. X.; Cao, C. Z.; Yuan, H. Chin. J. Chem. Phys. 2012,25 (2), 153.)表示取代基Y对烷基的固有作用(φ[Y]), 从而建立两个定量估算生成焓的通用模型. 其中, 一个用于估算硫醚、仲胺、醚和酮类化合物生成焓, 另一个用于估算酯类化合物生成焓. 这两个模型均得到良好的结果, 与采用G3和G3MP2方法相比具有同样的精度, 还可以避免大量繁琐的计算.

一般情况下双取代乙烯衍生物的反式构象要比顺式构象稳定. 但是例外也存在, 例如1,2-二氟乙烯和1,2-二氯乙烯. 这种双取代乙烯衍生物顺式构象的超常稳定性被称之为顺式效应. 该效应的起源和本质目前仍没有定论. 本文以12 个体系(XHC=CHY (X, Y=F, Cl, Br, CN, CH₃, C₂H₆, OCH₃))为例, 对顺式效应的有效性、起源和本质进行系统的密度泛函理论研究, 其中9个体系存在顺式效应, 另外3个为正常体系没有该效应. 采用一系列泛函和基组研究其有效性, 并运用四种分析手段, 如自然键轨道(NBO)、能量分量分析(EDA)、密度泛函活性理论(DFRT)和非共价相互作用(NCI)分析, 剖析该效应的起源和本质. 发现在顺式构象的两个取代基之间存在一种微弱的非共价相互吸引作用. 能量分析表明, 静电效应、立体效应等对顺式效应的存在都起着重要作用, 但是它们均不能单独用来解释顺式效应的起源. 也就是说顺式效应没有一个简单的起源, 它是多种作用合力的结果. 本文采用双变量解释得到比较合理的相关回归系数R²=0.86-0.87,较好地解释了顺式效应的本质和起源.

Several 3-aminoquinazolin-4-(3H)-one derivatives were synthesized and characterized. Using proton nuclear magnetic resonance (NMR) spectra, we have investigated the barriers to rotation around the N-N bond as a function of temperature. Changes in the NMR spectra at high temperatures are explained in terms of hindered rotations of the N-N bond. Free energies of activation for the rate determining stereochemical process were calculated to be as high as 67-75 kJ·mol^-1. Ground state molecular geometries and vibrational frequencies were calculated using the HF/6-31G^** and B3LYP/6-31G^** level of theories. The optimized bond lengths and bond angles are in good agreement with experimental values at both theoretical levels.

以甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(MPEGM)和十六烷基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(HPEGM)为单体, 三乙二醇二甲醚(TEGDME)为增塑剂, 与锂盐(高氯酸锂, LiClO₄)和光引发剂(安息香二甲醚, DMPA)复合制成光敏体系, 经紫外(UV)固化得到物理交联型凝胶聚合物电解质(GPE)薄膜. 用红外(IR)光谱、差热分析(DSC)、拉伸测试和交流阻抗(AC) 等方法对聚合物基体和电解质的性能进行了研究.结果表明: 当共聚物P(MPEGM-co-HPEGM)中HPEGM含量为50%(w)时, 十六烷基链段(C₁₆)在聚氧化乙烯(PEO)链段静电斥力的作用下发生聚集, 自组装形成了物理交联, 提高了共聚物的空间稳定性; 温度和电解质中各组分的含量对电导率均有较大的影响, 综合性能较好的电解质在30℃时电导率可达0.87×10^-3 S·cm^-1; 采用循环伏安法测得该电解质的电化学窗口为0~4.5 V (vs. Li/Li⁺), 可以满足锂离子电池的应用要求; 组装成的LiFePO₄/GPE/Li电池, 在30℃下以0.1 C和0.2 C倍率进行充放电测试, 首次放电容量分别为154.7和148.0 mAh·g^-1.

研究了染料敏化太阳能电池(DSCs)中N3/Al₂O₃/N749交替组装结构的作用. 该结构使用Al₂O₃作为介质层吸附第二层染料, 可以有效拓宽DSCs的光响应范围, 提高电池的光电转化效率. UV-Vis 吸收光谱和单色光转换效率(IPCE)谱测试结果表明, 相对于单一染料, 使用交替组装结构的电池光响应范围变宽. 电流-电压(I-V)曲线结果表明, 该结构有效增加了DSCs 电池的光电转化效率, 从单一N3 和N749 染料的4.22%和3.09%增加到了5.75%, 分别增加了36%和86%. 为了研究该结构的作用机理, 本文对其界面修饰作用及界面电子过程进行了讨论. 暗电流测试结果表明交替组装结构可以有效阻止电荷复合过程; 电化学阻抗谱(EIS)结果表明在黑暗条件下, N3/Al₂O₃/N749结构可以提高界面电阻, 从而抑制电荷复合过程; 本文建立了等效电路模型, 并使用该模型讨论了交替组装结构的界面电子过程; 调制强度光电流谱(IMPS)和调制强度光电压谱(IMVS)的结果表明该结构可以提高电子寿命和改善电子扩散.

采用模板剂法一步合成分级结构的介孔TiO₂微球, 考察了烷基胺类模板剂中烷基链长度对介孔TiO₂微球合成及性能影响. 将其应用于染料敏化太阳能电池的光阳极半导体薄膜中, 得到了9.5%-10.1%的高能量转换效率. X射线衍射(XRD)、物理吸附仪(BET)、扫描电镜(SEM)等的分析结果表明: 分级结构介孔TiO₂微球的晶相为纯锐钛矿型; 介孔TiO₂微球表面粗糙, 的纳米粒子堆积形成, 使微球具有介孔性质和较适宜的比表面积. 介孔TiO₂微球堆积形成了利于物质扩散的通道并具有良好的光散射效果; 同时微球介孔粗糙表面保证了染料的大量吸附, 从而提高了电池的光电流. 通过电化学阻抗分析结果验证了分等级结构介孔TiO₂微球光阳极有利于电解液的传输和物质扩散的优异性能.

硫化铟是一种稳定、低毒性的半导体材料. 本文采用低成本的化学浴沉积方法制备了硫化铟敏化太阳电池, X射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)和扫描电镜(SEM)结果表明形成了硫化铟敏化的二氧化钛薄膜. 化学浴沉积温度对所得硫化铟敏化薄膜的形貌有显著的影响, 进而影响电池性能. 温度太低时, 化学浴沉积反应速率太低, 只发生少量沉积; 温度太高时, 化学浴沉积反应速率较快, 硫化铟来不及沉积到二氧化钛多孔薄膜内部. 当温度在40℃时, 硫化铟沉积均匀性最好, 薄膜的光吸收性能最佳, 电池的短路电流最大, 另外, 填充因子达到最佳, 为65%, 电池总体光电转换效率为0.32%.

采用两步化学还原法制备了Co@Pt/C电催化剂, 并在还原气氛下对催化剂进行热处理. 通过高分辨透射电镜(HR-TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对催化剂的微观结构和形貌进行表征. 结果表明: 形成的Co@Pt/C催化剂具有核壳结构, 金属纳米颗粒均匀负载于碳上, 其粒径分布范围较窄; 热处理对催化剂的结构和形貌有较大影响. 利用循环伏安(CV)法和线性伏安扫描(LSV)法表征催化剂的电化学活性、氧还原反应(ORR)动力学特性及耐久性. 制备的Co@Pt/C催化剂在电解质溶液中表现出良好的电化学性能, 核壳结构的形成有助于提高Pt 的利用率. 动力学性能测试表明催化剂的ORR反应以四电子路线进行. 相比于合金催化剂,核壳结构催化剂的耐久性和稳定性有很大程度的改善.

以羧甲基纤维素钠(NaCMC)为碳源, 利用直接炭化工艺(无需进一步活化)制备多孔炭材料; 然后, 以CO(NH₂)₂为氮源, 形成了氮掺杂多孔炭材料. 氮的存在形式包括吡啶N、石墨N和吡咯N. 实验结果表明, 羧甲基纤维素钠与CO(NH₂)₂之间的配比可以有效控制氮存在形式、含量、样品的比表面积及孔的结构等. 样品的电化学性能测试表明, 氮掺杂后多孔炭材料的超电容性能得到了显著提升. 以carbon-N-1:20为例, 其比表面积可达858 m²·g^-1, 远高于未经氮掺杂carbon-blank 的463 m²·g^-1, 其质量比电容则由94.0 F·g^-1提高到了156.7F·g^-1.

利用苯胺原位化学聚合合成聚苯胺包覆碳纳米管(CNTs), 再炭化处理制备氮掺杂碳纳米管(NCNTs).激光拉曼(Raman)光谱和X射线光电子谱(XPS)分析及透射电镜(TEM)观察表明, 苯胺包覆碳纳米管经炭化处理后, 得到以碳纳米管为核、氮掺杂碳层为壳, 具有核-壳结构的氮掺杂碳纳米管, 而碳纳米管本征结构未遭破坏. 研究表明, 随着苯胺用量的增大, 氮掺杂碳纳米管的氮掺杂碳层变厚, 氮含量从7.06%(质量分数)增加到8.64%, 而作为超级电容器电极材料, 随着氮掺杂碳层厚度降低, 氮掺杂碳纳米管在6 mol·L^-1氢氧化钾电解液中的比容量从107 F·g^-1增大到205 F·g^-1, 远高于原始碳纳米管10 F·g^-1的比容量, 且聚苯胺改性氮掺杂碳纳米管表现出较好的充放电循环性, 经1000次充放电循环后仍保持初始容量的92.8%~97.1%, 表明氮掺杂碳纳米管不仅通过表面氮杂原子引入大的法拉第电容和改善亲水性使电容量显著增大, 其具有的核壳结构特征也使循环稳定性增强。

以苯胺和氧化石墨烯(GO)为原料, 采用电化学方法制备了石墨烯/聚苯胺(GP)复合材料. 利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼(Raman)光谱、X射线光电子能谱分析(XPS)对其结构、微观形貌进行了表征,并对复合材料电化学性能进行了测试. 结果表明, 复合材料保持了石墨烯的基本形貌, 聚苯胺颗粒均匀地分散在石墨烯表面, 复合材料在500 mA·g^-1的电流密度下比电容达到352 F·g^-1, 1000 mA·g^-1下比电容为315 F·g^-1, 经过1000 次的充放电循环后容量保持率达到90%, 远大于石墨烯和聚苯胺单体的比电容. 复合材料放电效率高, 电解质离子易于在电极中扩散和迁移.

采用复合电沉积制备了Ni-P/(LaNi₅+Al) 复合镀层, 然后将镀层浸泡在浓碱液中除铝, 成功得到多孔复合Ni-P/LaNi₅电极. 通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)仪等技术表征了电极的表面形貌、组成和相结构. 运用电化学线性伏安扫描(LSV)、恒电位电解、电化学阻抗谱(EIS)等手段研究了电极在20%(w) NaOH溶液中的析氢反应(HER)电催化性和稳定性. 结果表明, 与多孔Ni-P 电极相比, 多孔复合Ni-P/LaNi₅电极具有低的析氢过电位、高的比表面积和高的稳定性能; 多孔Ni-P/LaNi₅电极的析氢反应的表观活化自由能为35.44 kJ·mol^-1, 低于多孔Ni-P 的值(50.91 kJ·mol^-1).

自行设计合成了新颖的苄胺型双链表面活性剂3,4-双十二烷氧基苄胺(DDOBA). 利用DDOBA/正丁醇/正庚烷/甲酸/HAuCl₄·4H₂O自发形成的水/油(W/O)型微乳液作为微反应器, 通过微波辐射下的甲酸还原法成功制备了DDOBA保护的憎水性金纳米粒子, 并通过紫外-可见(UV-Vis)光谱、透射电镜(TEM)、高分辨透射电镜(HR-TEM)和X射线衍射(XRD)等方法进行了表征和分析. 结果显示, DDOBA既可参与形成稳定的W/O型(油包水型)微乳液, 又可作为金纳米粒子的良好保护剂. 在合适的微乳液体系组成范围内, 用本实验方法可以获得高单分散性的憎水性金纳米粒子, 并能在空气/水界面上自动形成大面积短程有序的纳米金二维自组装膜.

由于分子筛膜的分离和催化作用, 分子筛膜包覆的传统催化剂颗粒可以实现高效的催化过程. 活性炭颗粒作为一种常用的催化剂载体, 由于其表面的憎水性和不平整, 在不规则活性炭颗粒表面直接水热合成包覆一层分子筛膜非常困难. 为了克服上述缺点, 本文采用一种勃姆石凝胶修饰的晶种法在活性炭颗粒表面合成连续的分子筛膜. 以勃姆石溶胶为前驱体, 在活性炭颗粒表面通过喷涂预先形成一层相对平整的勃姆石凝胶层以改善活性炭表面. 在随后的晶种涂覆过程中, 晶种分散液加入部分勃姆石溶胶为胶粘剂, 所得的晶种层覆盖载体完全, 与载体结合牢固, 无需焙烧处理. 将晶种涂覆后颗粒在旋转动态水热175℃处理6 h, 得到分子筛膜包覆的活性炭颗粒, 所得材料分别用X射线衍射和扫描电镜进行表征. 包覆的分子筛膜为MFI 结构, 厚度约为5μm. 对比实验表明, 没有勃姆石溶胶修饰的活性炭颗粒上不能成膜. 这种勃姆石凝胶修饰晶种法为在各种惰性载体上合成分子筛膜提供了便捷的方法.

采用乙二胺四乙酸(EDTA)对活性炭进行功能化处理, 研究了其对表面基团、炭载Pd 纳米粒子结构及Pd催化剂电催化性能的影响. 傅里叶变换红外(FTIR)光谱和X射线光电子能谱(XPS)表征表明, EDTA处理在炭表面引入了含氮基团. X射线粉末衍射(XRD)光谱、透射电镜(TEM)和电化学测试结果显示, 活性炭经EDTA处理后, 负载的Pd粒子粒径虽有所增大, 但由于炭载体与Pd粒子相互作用的增强, Pd利用率增加, 催化剂对甲酸氧化的活性和稳定性均显著提高. 电化学阻抗谱(EIS)分析进一步揭示, 甲酸在该催化剂电极上的电氧化反应具有较低的电荷传递电阻.

采用溶剂热法制备出Co掺杂的ZnIn₂S₄催化剂.用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱等技术对其进行了表征. XRD 和XPS结果表明, Co成功地掺杂到ZnIn₂S₄晶格内. 随着Co掺杂量增加, 样品的吸收边发生红移, 同时ZnIn₂S₄的微球形态会遭到破坏. 光催化反应实验结果表明Co²⁺掺杂提高了ZnIn₂S₄光催化性能, 掺杂量为0.3%(w)时表现出最佳催化性能. 并对可能的催化机理进行了讨论.

使用聚丙烯酸接枝改性聚四氟乙烯(PAA-g-PTFE)纤维分别与Fe³⁺及其与Cu²⁺的混合物反应制备改性PTFE纤维铁和铁铜双金属配合物, 并分别使用傅里变换叶红外(FTIR)光谱和紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱(DRS)对两种配合物的化学结构和光吸收性能进行表征. 然后将两种配合物分别作为非均相光Fenton 反应催化剂应用于典型偶氮染料活性蓝222氧化降解反应中, 考察和比较了二者在不同pH介质中对降解反应的催化作用. 结果表明, 在有或无Cu²⁺的存在条件下, 一个Fe³⁺能够与三个PAA-g-PTFE表面的6个羧基发生反应形成配合物, 并且它们在紫外和可见光区表现出好的光吸收特性. 当两种金属离子共存时Cu²⁺比Fe³⁺更容易与PAA-g-PTFE发生配位反应形成铁铜双金属配合物. 在可见光辐射下PAA-g-PTFE铁配合物对不同pH水溶液中染料降解反应均表现出显著的催化作用, 但是溶液pH的升高不利于配合物催化活性的发挥. 而配合物中铁离子含量提高特别是引入Cu²⁺作为助金属离子能够较大幅度地改善其在高pH范围内的催化活性和重复利用性.

通过溶剂热和溶胶-凝胶涂层法, 设计并制备了具有分级多孔结构和光催化性质的核-壳纳米球(HP-Fe₂O₃@TiO₂). 透射电子显微镜(TEM)照片证明所得HP-Fe₂O₃@TiO₂样品具备分级多孔结构, 这是因为HP-Fe₂O₃@TiO₂的内核-Fe₂O₃具有大孔空隙, 同时外壳-TiO₂具有介孔空隙. 此外, 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及氮气吸附-脱附曲线深入研究了HP-Fe₂O₃@TiO₂的结构及其性质. 分别在可见及紫外光照下, 研究了样品在H₂O₂体系下的光催化降解亚甲基蓝(MB)的性质. 所观察到的HP-Fe₂O₃@TiO₂纳米球的光催化性能, 可归因于核-壳结构的协同作用, 这进一步表明, TiO₂外壳对α-Fe₂O₃的光催化活性有重要影响作用. 在可见光照射下, HP-Fe₂O₃@TiO₂ (1 mL Ti(OC₄H₉)₄ (TBT))具有较优异的光催化活性. 同时, HP-Fe₂O₃@TiO₂ (4mL TBT)具备优异的单分散形貌, 并在紫外光照射下, 表现出最优的光催化活性.

采用后合成法制备MnO_x/Al-SBA-15催化剂, 考察了催化剂的低温NH₃选择性催化还原(SCR)NO_x的性能. 利用傅里叶透射红外变换(FTIR)光谱、N₂吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)及NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD)的表征手段, 对催化剂的结构性质和SCR性能进行了系统分析. 结果表明, 适量Al的掺杂能提高MnO_x/SBA-15催化剂的SCR活性, 当硅铝摩尔比为50时, 催化剂活性最佳. 表征结果显示, Al掺杂后, 催化剂仍保持良好的骨架结构, 较大比表面、孔容和孔径, 并且Mn在催化剂表面富集, 由低价态转化为高价态, MnO₂为催化剂的主要活性相. 此外, Al的掺杂使MnO_x在催化剂表面高度分散, 表面酸性增强, 从而提高了催化剂的SCR活性.

采用纳米TS-1母液作为晶种, 在四丙基溴化铵(TPABr)-乙胺廉价水热体系中, 合成出晶粒尺寸为600 nm×400 nm×250 nm的小晶粒钛硅分子筛(TS-1), 用挤条法将其成型, 得到的挤条小晶粒TS-1被用于催化固定床反应器中的丙烯环氧化反应. 采用X射线衍射(XRD)光谱, 傅里叶变换红外(FT-IR)光谱, 紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱及氮气物理吸附对挤条成型的小晶粒TS-1进行表征, 并对丙烯环氧化的最优反应条件进行考察. 其中所考察的条件包括: 反应温度, 压力, 丙烯/H₂O₂摩尔比(n(C₃H₆)/n(H₂O₂)), 丙烯、甲醇及H₂O₂的质量空速(WHSV), 以及NH₃·H₂O浓度. 在所考察的范围内, 温度对环氧丙烷(PO)收率的影响较小, 当反应压力为2.0 MPa, n(C₃H₆)/n(H₂O₂)为4时, 可以得到最高的PO收率. 当丙烯、甲醇及H₂O₂的空速分别为0.93、2.5及0.25 h^-1时, PO在产物中的含量最高. 较低的NH₃·H₂O浓度对高PO收率更有利. 在优化的反应条件下, 对比不同晶粒大小TS-1的催化性能, 并考察了挤条小晶粒TS-1的长期运转性能, 连续反应1000 h, H₂O₂转化率及PO选择性仍能维持在95%以上.

以交联聚苯乙烯微球(CPS)为基质载体, 采用同步合成与固载的方法, 简捷地制得了固载化阳离子苯基卟啉, 继而通过与钴盐的配合反应, 制备了固载化阳离子钴卟啉. 在此基础上, 以Keggin 型杂多酸磷钨酸(HPW)及磷钼酸(HPMo)为试剂, 凭借阳离子钴卟啉(CoP)与杂多阴离子之间的静电相互作用, 制备与表征了固载化的由阳离子钴卟啉与杂多阴离子复合而成的固体催化剂CoPPW-CPS和CoPPMo-CPS. 将两种复合催化剂用于分子氧氧化乙苯的氧化反应, 考察研究了催化特性. 结果表明: 在分子氧氧化乙苯的氧化反应中, 复合催化剂具有很高的催化活性, 可使乙苯高选择性地转化为苯乙酮, 反应12 h, 苯乙酮的产率达30.1%; 复合催化剂的催化活性比单纯的固载化钴卟啉高75%; CoPPW-CPS的催化活性高于CoPPMo-CPS. 在复合催化剂结构组分中, 固载化的杂多阴离子并无催化活性, 起催化作用的组分是钴卟啉; 但是, 杂多阴离子可有效保护钴卟啉, 使其免于被氧化失活, 从而使其保持稳定的高催化活性. 复合催化剂具有最适宜的投加量, 过量催化剂的加入, 会抑制钴卟啉的催化活性. 复合催化剂还具有良好的循环使用性能.

由于脂质过氧化反应(LPO)是导致人体疾病(如肝炎、肝硬化、动脉硬化、脑溢血等)的主要原因, 而黄酮类化合物是一类很强的过氧化反应抑制剂, 因此有必要研究其化学结构与过氧化反应的关系及其抗氧化机理.本文选择α-羟乙基过氧自由基为脂质过氧自由基的模拟物, 采用脉冲辐解方法研究了乙醇溶液中4种典型的黄酮类化合物(槲皮素、芦丁、儿茶素以及黄岑甙)与α-羟乙基过氧自由基的反应动力学, 测得其反应活性顺序为:芦丁>槲皮素>黄岑甙>儿茶素. 同时以黄酮体和邻苯二酚为黄酮类化合物不同结构特征的模型化合物, 用脉冲辐解法测得二者与α-羟乙基过氧自由基的反应速率常数分别为(1.7±0.1)×10⁶和(2.9±0.1)×10⁵ mol^-1·dm³·s^-1.实验结果表明, 在黄酮类化合物与α-羟乙基过氧自由基的反应中, A环C₅位的羟基, C环C₂＝C₃或B-C环的大π键和B环邻二羟基共存时清除α-羟乙基过氧自由基活性最好, 而且C环C₂＝C₃或B-C环大π键的清除活性好于B环邻二羟基, 同时C环是否含有C₃-醣甙结构对清除作用没有明显影响. 因此我们推测在黄酮类化合物抑制脂质过氧化反应过程中, 起主要作用的是C环C₂＝C₃或B-C环的大π键与脂质过氧自由基的双键加成反应.

在辉光放电分解乙醇制氢过程中, 高能电子在反应中起到了最为关键的作用, 非法拉第效应使得电流效率获得大幅度提升, 产物产量远远高于理论产量. 本文研究了乙醇水溶液辉光放电等离子体电解制氢的过程. 实验研究发现, 辉光放电分解乙醇水溶液的产物主要以H₂和CO为主, 还有少量的C₂H₄、CH₄、O₂和C₂H₆. H₂体积分数能达到59%以上, CO为20%左右. 通过对影响辉光放电的因素进行实验后发现: 乙醇体积分数的大小不会影响辉光放电的伏安特性参数; 电导率的提高会使‘Kellogg 区’收窄, 同时使放电尽快进入辉光放电. 此外, 乙醇体积分数越高H₂体积分数越低, 产气速率在乙醇体积分数为30%和80%附近时达到极大值; 提高放电电压和电导率对辉光放电的影响规律是相类似的, 其实质都是增大了辉光放电加载在等离子鞘层两端的电压,H₂体积分数基本不随二者的变化而变化, 但提高溶液的电导率更有利于减少辉光放电引起的焦耳热.

利用紫外-可见稳态吸收光谱, 稳态荧光发射光谱和激光光解瞬态光谱实验方法研究了磷酸基团在环丙沙星(CPX)光敏损伤DNA中的作用. 紫外-可见和稳态荧光光谱实验证实了磷酸根离子影响环丙沙星的稳态吸收和发射谱, 实验结果表明磷酸根是通过弱相互作用与环丙沙星结合. 我们还利用激光闪光光解实验分别研究了鸟苷(Gua), 脱氧鸟苷(dG)以及脱氧鸟苷酸(dGMP)对环丙沙星三线态(³CPX^*)的影响, 通过对比实验证实了在环丙沙星光敏损伤dGMP中, 由于磷酸基团的存在, 导致了环丙沙星三线态吸收峰的改变, 从而改变了光敏损伤反应的途径. 通过研究发现, 光敏损伤途径的改变是由于dGMP结构上磷酸基团通过氢键与环丙沙星结合所造成的. 最后, 根据实验结果并对比Gua, dG和dGMP的结构, 提出了一个合理的磷酸基团的作用机理.

流感是一种主要的呼吸道传染病, 在普通人群中有着较高的发病率, 而对于一些年老和高危病人还有较高的死亡率. 研究显示抑制神经氨酸苷酶(NA)可以阻断病毒RNA复制, 因此NA是有效治疗H1N1型流感病毒的重要药物靶标. 通过计算机方法进行虚拟筛选和预测NA抑制剂已经变得越来越重要. 针对酶活性位点进行基于结构的合理药物设计, 开发H1N1 病毒神经氨酸苷酶抑制剂, 已成为药物研究的热点之一. 本文通过多种机器学习方法(支持向量机(SVM)、k-最近相邻法(k-NN)和C4.5决策树(C4.5DT))对已知的神经氨酸苷酶抑制剂(NAIs)与非神经氨酸苷酶抑制剂(non-NAIs)建立分类预测模型. 其中227个结构多样性化合物(72个NAIs与155个non-NAIs)被用于测试分类预测系统, 并用递归变量消除法选择与神经氨酸苷酶抑制剂分类相关的性质描述符以提高预测精度. 本研究对独立验证集的总预测精度为75.9%-92.6%, NA 抑制剂的预测精度为64.3%-78.6%, 非H1N1抑制剂的预测精度为77.5%-97.5%. SVM法给出最好的总预测精度(92.6%). 本研究表明支持向量机等机器学习方法可以有效预测未知数据集中潜在的NA抑制剂, 并有助于发现与其相关的分子描述符.

一年来(2011 年11 月15 日-2012 年11 月20 日), 有1047 位老师(名单按姓名拼音字母排序)非常认真细致、无偿而且及时(初审平均19 天、复审平均8 天)地完成了审稿, 提出了很多客观、中肯的意见和建议. 他们的辛勤劳动和无私奉献使得《物理化学学报》能够高质量、快速(网络版平均出版周期为72 天, 印刷版为150 天)地发表作者的优秀研究成果, 促进了学术交流. 谨向他们致以衷心的谢忱和崇高的敬意!

构建了一个包含46组分和167反应的描述正癸烷着火与燃烧过程的化学反应动力学机理模型, 该机理是在通过路径分析和灵敏度分析对Peters 机理(118组分和527反应)进行较大程度简化的基础上, 对低温着火和火焰传播速度影响较大的部分基元反应进行修正和改进后得到的. 与文献给出的实验结果对比表明, 该机理不仅比现有的机理具有较少的组分数和基元反应数, 而且能够更准确地预测正癸烷低温和高温条件下的着火延迟时间和火焰传播速度. 该机理为进一步实现总包简化机理与计算流体力学(CFD)的耦合计算奠定了基础.

采用Sutton-Chen 势函数及分子动力学(MD)方法对嵌入了Fe纳米团簇(半径从0.4-1.8 nm)的Fe液凝固过程进行了模拟. 模拟结果表明只有当嵌入的纳米团簇半径超过0.82 nm才能降低凝固时所需要的临界过冷度(ΔT^*), 起到诱导凝固的作用. 同时采用原子键型指数法(CTIM-2)对样本在凝固过程中的原子结构进行了标定, 通过观察微观结构演变发现当嵌入纳米团簇能够作为凝固核心时, 体系按照hcp-fcc 交叉形核的方式长大. 同时还发现嵌入纳米团簇对体系凝固过程晶核的生长方向及凝固的最终构型存在“结构遗传效应”.

基于第一性原理模拟, 我们构建了一种具有石墨烯电极的纳米间隙生物分子传感器件的理论模型. 研究发现,当碱基分子胞嘧啶、甲基化胞嘧啶和羟甲基化胞嘧啶分别通过器件时, 器件横向电流的大小差异约有1个数量级, 器件对此类分子具有一定的分辨能力. 分子之间的区分度大小受单链脱氧核糖核酸(DNA)中相邻碱基分子间的相互作用及碱基分子构型的影响. 研究工作表明, 此类石墨烯基分子传感器可准确高效地区分具有不同结构的碱基分子, 为准确定位DNA链中的变异碱基分子提出了一种新的思路.

以染料分子D5为原型, 采用不同类型和数量的共轭桥单元来设计D-π-A 型有机分子. 采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)来模拟计算分子的形貌、分子轨道能级以及紫外-可见光谱, 为染料敏化太阳能电池(DSSCs)的敏化分子寻找适合的共轭桥. 采用“次甲基链”、“呋喃环”或“噻吩环”、“次甲基链和呋喃环”或“次甲基链和噻吩环”作为共轭桥单元, 使得分子的吸收光谱依次红移. 随着共轭桥单元的增加, 分子的吸收光谱有剧烈的红移, 但随着共轭桥单元数量的进一步增加, 分子吸收光谱的红移现象减弱. 分子的最低未占据分子轨道(LUMO)能级逐渐降低, 而最高占据分子轨道(HOMO)能级逐渐升高. 采用3个“次甲基链和呋喃环”或者“次甲基链和噻吩环”作为共轭桥时, HOMO能级已经高于氧化还原电解质的能级, 而在极性溶液中, 由2个“次甲基链和噻吩环”单元作为有机分子的共轭桥时, 分子的HOMO能级已经高于氧化还原电解质的能级了. 采用“次甲基链和呋喃环”或“次甲基链和噻吩环”单元作为有机分子的共轭桥时, 吸收光谱有明显的红移,但对于DSSCs的敏化分子, 这样的共轭桥单元只能有1-2个, 不宜过多.

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法和平板模型研究了CH₃SH分子在Cu(111)表面的吸附反应.系统地计算了S原子在不同位置以不同方式吸附的一系列构型, 第一次得到未解离的CH₃SH分子在Cu(111)表面顶位上的稳定吸附构型,该构型吸附属于弱的化学吸附, 吸附能为0.39 eV. 计算同时发现在热力学上解离结构比未解离结构更加稳定. 解离的CH₃S吸附在桥位和中空位之间, 吸附能为0.75-0.77 eV. 计算分析了未解离吸附到解离吸附的两条反应路径, 最小能量路径的能垒为0.57 eV. 计算结果还表明S―H键断裂后的H原子并不是以H₂分子的形式从表面解吸附而是以与表面成键的形式存在. 通过比较S原子在独立的CH₃SH分子和吸附状态下的局域态密度, 发现S―H键断裂后S原子和表面的键合强于未断裂时S原子和表面的键合.

利用密度泛函理论系统研究了不同覆盖度下HF在3F、2F、1F与Al 终端的α-AlF₃(0001)表面的吸附行为, 分析了HF与不同终端表面相互作用的电子机制. 计算结果表明: HF在3F终端的α-AlF₃(0001)表面物理吸附; 在2F及1F终端表面化学吸附, 形成Al-F键和FHF结构, 使HF分子活化, 可以参加下一步的氟化反应; 在Al 终端表面解离吸附形成Al-F与Al-H键. 3F、2F、1F及Al 终端表面配位不饱和数目分别为0、1、2与3配位.不同覆盖度研究表明, 在2F终端表面上, 吸附一个HF分子使表面Al 配位达到饱和, 后续吸附的HF为物理吸附; 而在1F与Al 终端表面仍可化学吸附. 因此, 推测α-AlF₃暴露不同终端表面中Al 原子配位不饱和数越高, 其对HF吸附与活化能力越强, 可能的氟化催化反应活性越高. 差分电荷密度与电子态密度分析表明, HF与3F终端α-AlF₃(0001)表面发生弱相互作用, 而与2F、1F与Al 终端表面形成较强的电子相互作用.

采用密度泛函理论B3LYP方法, 对两类金(I)配合物AuX (X=F, Cl, Br, I)和AuPR₃⁺(R=F, Cl, Br, I, H, Me,Ph)催化C₂H₄加氢反应的机理进行了理论研究. 计算显示Au(I)配合物对C₂H₄氢化具有较好的催化效果, 其作用下的加氢反应存在“活化H―H键后再与C₂H₄反应”和“活化C＝C键后再与H₂反应”两种途径, 前者的活化能较后者低90-120 kJ·mol^-1, 因而具有明显的能量优势. 研究表明AuPR₃⁺ 的催化能力明显强于AuX. 此外, X/PR3基团供、吸电子能力的变化对配合物的催化能力也具有较为显著的影响. 电子结构分析显示Au(I)配合物在C₂H₄ 加氢反应中不仅能够削弱H―H、C＝C 键的强度, 还使H₂ σ_H―H^*、C₂H₄ π_C＝C^* 轨道能级下降, 从而缩小了π_C＝C-σ_H―H^*或σ_H―H-π_C＝C^*轨道间的能级差, 促进了C₂H₄-H₂反应中的电子离域, 从而降低禁阻反应发生的难度.σ_H―H^*、π_C＝C^*轨道能级改变量与加氢反应活化能E_a的降低值之间存在较好的一致性关系, 因此使上述轨道能级下降幅度越大的Au(I)配合物可以获得较好的催化效果.