凝聚态化学的研究对象与主要科学问题

本文提出了“凝聚态化学(Condensed Matter Chemistry)”的概念,提出其研究对象是由传统化学上被视为反应主体的原子、离子以及分子等“基本粒子”,藉“稳定的粘连关系”凝聚形成的具有特定组成、多层次结构与性质、功能的物质凝聚态。本文以固态为例,讨论了(1)凝聚态的多层次结构;(2)凝聚态的化学性质与化学反应;(3)凝聚态构筑化学中的前沿科学问题;(4)凝聚态化学中的高新表征方法与技术的发展与开拓。并对四个领域中的主要科学问题进行了比较深入的探讨,为进一步再认识传统化学,特别是对其中心问题,即化学反应的再认识提供了方向与基础,为开展“凝聚态的多层次结构-化学性质与化学反应-凝聚态物质的构筑定向合成与精准制备”三个方面的关系研究,总结规律与“分态”建立“凝聚态结构理论”与“凝聚态化学反应理论”,建设“凝聚态化学”提供了科学体系与内容,并为进一步开展“凝聚态工程学”研究提供了前提与基础。     

高分子凝聚态结构与化学

高分子凝聚态的研究是高分子科学中的重要内容,在高分子凝聚态的形成机制及对宏观物理性能的影响方面已形成了较为系统的理论和应用实践基础,但在高分子凝聚态的化学性质方面虽有较多的研究工作,却鲜有系统性的归纳总结。凝聚态化学概念的提出,有助于科研人员更深入、系统地研究高分子聚集态结构与其化学性质之间的关系及相关规律。本文以高分子凝聚态为讨论对象,对高分子凝聚态化学性质的一些代表性研究工作进行了归纳和整理,内容包括:(1)高分子结构化学对高分子凝聚态的影响;(2)高分子凝聚态结构对进一步化学反应的影响;(3)高层级凝聚态的化学性质及其对化学反应的影响。希望通过对上述研究工作的实例分析和探讨,为科研人员从化学性质变化的角度去理解和开展高分子凝聚态的研究提供一些参考和启示。     

手性催化与合成中的一些凝聚态化学问题

凝聚态化学作为一门研究化学反应中凝聚态物质的科学,最近引起了化学界的广泛关注。从手性化学角度出发,本文列举了近年来手性催化与合成中的一些凝聚态化学现象,分类介绍了不对称催化反应中不同类型的凝聚态物质,并通过列举实例分析讨论了凝聚态物质的具体组成、层次结构等因素对反应的催化活性、对映及区域选择性控制影响,以望能引起业界对凝聚态科学的关注,启发更多学者从凝聚态化学角度思考有机化学反应本质并解决相关问题,完善凝聚态科学体系。     

凝聚态化学视角下的生物矿化

凝聚态化学是研究凝聚态材料的合成、组分、结构、性能、相互作用及相关化学反应等多个领域的一门学科。近年来对生物矿物这种特殊的天然凝聚态材料不断深入的探索,极大扩展了凝聚态化学原有的研究视野。这些生物矿物常通过非经典的方式,在温和而复杂的体内甚至体外环境中形成;它们具有长期进化筛选出的跨尺度多级组织结构,充分利用了材料微观形态和不同凝聚态材料间的表、界面相互作用,因此具有非常优异的性能。本文通过分析生物矿物形成和转化过程中涉及的几种特殊机制,阐明真实环境条件下凝聚态材料合成和凝聚态化学反应的一些新特征。同时,还将介绍由生物矿物相关研究推动的凝聚态化学的实际应用。最后,对该领域未来需要解决的问题和重要发展方向做出展望。     

水热体系中的凝聚态及化学反应

水是一种清洁、安全、环境友好的化学反应介质,认识水介质体系中水的性质及水热化学反应对凝聚态化学的研究至关重要。水热条件下的水处于高温高压状态,其物理化学性质往往与常态下的水完全不同;因此,水热体系中可进行的化学反应范畴大为拓宽。本文介绍了水分子及其团簇的结构,水性质随条件变化的规律和特点以及水热体系中的凝聚态问题,综述了水热体系中典型的材料合成、水热有机化学反应、生物水热合成等内容,梳理了凝聚态和水热化学之间的关系,期望从凝聚态化学的角度为理解水热化学及反应体系提供一些新的思路。     

润滑材料摩擦化学*

外界机械能能够引发的化学反应称为摩擦化学反应。当两个接触的表面进行相对运动时,在界面发生物理和化学变化或反应。润滑材料在服役过程中发生的摩擦化学反应对于其性能的具有正面或负面的影响。通过了解摩擦化学反应机理和反应产物结构及组成,对于理解润滑材料失效机制、性能调控原理具有指导意义。本文针对润滑材料的主要类型：润滑添加剂、纳米添加剂、离子液体、稀土、陶瓷、类金刚石薄膜、有机薄膜、聚合物,综述了近几十年来在相关润滑材料方面开展和取得的摩擦化学研究结果。     

离子液体的凝聚态化学研究

离子液体是可以替代传统溶剂实现高效、低碳、清洁、循环新过程新技术的新型溶剂,在完成“双碳”目标中具有重要的应用价值。同时,离子液体是一种典型的“软凝聚态物质(软物质)”,对它的认识和应用依赖于对其内部多尺度微观结构的研究,这需要以“凝聚态化学”的思想作为未来的研究方向,即对离子液体体系的组成、结构、性质、功能及它们之间的内在关系进行多层次的研究,进而实现对实际应用体系中传递过程和反应过程的调控。在本文中,我们以“凝聚态化学”的视角简要综述了对离子液体的研究。首先介绍了离子液体的化学结构和物理性质,指出理解离子液体性质的变化必须要研究其内部的结构。然后,我们介绍了离子液体从分子层面到纳微尺度的结构,包括离子对、氢键、氢键网络、团簇、界面结构和纳米限域结构。最后,我们对离子液体“凝聚态化学”研究的未来进行了展望。     

溴化甲基咪唑键联壳聚糖的制备及其催化N-羟烷基化研究

在水介质中,3-溴烷基-1-甲基咪唑溴化物与壳聚糖发生反应生成了离子液体键联壳聚糖(IL-b-CS)衍生物.通过红外光谱、核磁共振、X射线衍射和热重等分析技术对离子液体键联壳聚糖衍生物进行了结构表征.以离子液体键联壳聚糖衍生物为催化剂,研究了在无溶剂条件下其对芳香胺和碳酸乙烯酯N-羟烷基化反应的催化性能,讨论了反应条件(催化剂用量、反应物料比、反应温度和反应时间)对其催化性能的影响.     

1-正丁基-4-吡啶甲醛溴化物键合壳聚糖衍生物的制备、表征及其催化性能研究

在环境友好介质水中,1-正丁基-4-吡啶甲醛溴化物离子液体与壳聚糖发生反应生成了离子液体键合壳聚糖衍生物(BFPy Br-b-CS).通过红外光谱、核磁共振、X-射线衍射和热重等分析技术对离子液体键合壳聚糖衍生物进行了结构表征.以BFPy Br-b-CS为催化剂,研究了其在无溶剂条件下对芳香胺和碳酸乙烯酯进行N-羟烷基化反应的催化性能,讨论了反应条件(催化剂用量、反应底物的物料比、反应温度和反应时间)对催化性能的影响.     

高压条件下的凝聚态化学

本文介绍了高压条件对凝聚态物质电子结构和晶体结构的影响,其中包括高压对元素外层电子结构、能带结构和晶体缺陷的影响,高压导致的原子配位数的增加、元素非正常氧化态、结构相变和态变。同时从十个方面介绍了高压条件下凝聚态物质间的化学反应,最后对高压条件下凝聚态化学未来的发展做了展望。     

CASSCF study into the mechanism for predissociation of the allyl radical

A theoretical study has been carried out on the allyl radical in its ground and first excited electronic states. Complete active space self‐consistent field (CASSCF) calculations show the presence of a conical intersection between the ground and first excited electronic states (～400 cm^?1 above the adiabatic excited state energy), reached by decreasing the C? C? C angle and twisting the C? C bonds. The presence of this conical intersection provides a likely explanation for the very rapid predissociation in the excited electronic state. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Int J Quantum Chem, 2006     

固态化合物中铕的价态研究进展

介绍了近年来关于变价稀土元素Ｅｕ价态研究的最新进展,总结了Ｅｕ＾２＋的价态稳定和转换及其与基质结构,取代离子半径电荷,共掺杂稀土离子电子构型之间的关系和规律。     

Synthesis and crystal structure of mixed metal(III) tungstenyl(VI) ortho-pyrophosphates

The series of isotypic anhydrous ortho-pyrophosphates M^III(W^VIO₂)₂(P₂O₇)(PO₄) (M: Sc, V, Cr, Fe, Mo, Ru, Rh, In, Ir) was obtained via vapor phase moderated solid state reactions in sealed ampoules. The crystal structure of the phosphates M^III(W^VIO₂)₂(P₂O₇)(PO₄) (M: V, Ru, Rh) was solved from single crystal X-ray data (C2/c, Z = 16). Fairly regular MO₆ and distorted WO₆ octahedra share vertices with PO₄ and P₂O₇ units to form a 3D network. For the ortho-pyrophosphates with M: V³⁺, Cr³⁺, and Fe³⁺ the oxidation state of M is confirmed by magnetic measurements. ³¹P-MAS-NMR spectra of the diamagnetic phosphates M^III(W^VIO₂)₂(P₂O₇)(PO₄) (M: Sc, In, Ir) show surprisingly different isotropic chemical shifts for the seven phosphorus sites. V^III(W^VIO₂)₂(P₂O₇)(PO₄) occurs as equilibrium phase in the quasi-binary system (V_1–xW_x)OPO₄ at x = 0.67 and exhibits a small homogeneity range 0.60 ≤ x ≤ 0.67. The scandium compound shows a fully inverted occupancy of the M sites according to the formulation W(Sc_1/2W_1/2O₂)₂(P₂O₇)(PO₄).     

Data driven temperature dependence of EOS parameters

Using three kinds of experimental data (p_c, V_c and T_c at the critical state or P_s, V_s^v and V^sL at different temperatures for saturation data) three parameters of the EOS may be directly determined and the temperature dependence of the parameters may be established from thermodynamic conditions of vapour-liquid critical point or vapour-liquid phase equilibria respectively. The principle was demonstrated on the BACK EOS. Examples of argon and n-alkanes were used to demonstrate the idea. It was found, that there are two parameter sets of the BACK equation that satisfy the critical or saturation conditions for certain pure compounds. The BACK equation is able to reproduce experimental Z_c values for compounds above Z_c = 0.2764 (that is, for argon, methane, ethane), but it is improper for higher alkanes. In case of n-alkanes we found that there is no simple function for T dependence of BACK parameters. Parameter values obtained in the way demonstrated may be useful to give initial values for parameter estimation from experimental (e.g., VLE) data.     

图案化基底上液滴的挥发行为

采用液滴形状分析仪, 在线跟踪了液滴在图案化基底上的挥发过程. 结果表明, 与平滑基底结果相比, 图案化基底上的挥发过程明显不同. 首先, 接触角减小; 另外, 由于发生了Cassie态到Wenzel态转变, 所得接触直径在减小过程中产生了一个突然变大的阶段. 在该挥发过程中, 突起部分的面积分数扮演了十分重要的角色.     

OCS分子单重态和三重态结构的密度泛函理论研究

OCS是大气同温层中唯一的硫化物，与CS2、N2O和CO2等一样都是具有16个价电子的闭壳层分子，这些典型三原子分子的电子结构与性质一直为理论和实验工作者所关注。尽管它们只是简单的三原子分子，但仍有一些性质不为人所知。目前还未见有关OCS分子电子结构与性质的研究报道。     

微波技术在固相配位化学反应中的应用研究(Ⅰ)──CO(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)配合物在微波条件下的固相合成

在微波辐射条件下研究了过渡金属[Co（Ⅱ），Ni（Ⅱ），Cu（Ⅱ）的醋酸盐与氨基酸、席夫碱、β-二酮、8-羟基隆琳等有机配体之间的固相配位化学反应，发现微波辐射条件下的固相化学反应与传统加热条件下的固相化学反应相比速度提高了数十倍甚至数百倍，并在此条件下合成出了相应的配合物．     

Theoretical study on the Br + CH3SCH3 reaction

The multiple-channel reactions Br + CH(3)SCH(3) --> products are investigated by direct dynamics method. The optimized geometries, frequencies, and minimum energy path are all obtained at the MP2/6-31+G(d,p) level, and energetic information is further refined by the G3(MP2) (single-point) theory. The rate constants for every reaction channels, Br + CH(3)SCH(3) --> CH(3)SCH(2) + HBr (R1), Br + CH(3)SCH(3) --> CH(3)SBr + CH(3) (R2), and Br + CH(3)SCH(3) -->CH(3)S + CH(3)Br (R3), are calculated by canonical variational transition state theory with small-curvature tunneling correction over the temperature range 200-3000 K. The total rate constants are in good agreement with the available experimental data, and the two-parameter expression k(T) = 2.68 x 10(-12) exp(-1235.24/T) cm(3)/(molecule s) over the temperature range 200-3000 K is given. Our calculations indicate that hydrogen abstraction channel is the major channel due to the smallest barrier height among three channels considered, and the other two channels to yield CH(3)SBr + CH(3) and CH(3)S + CH(3)Br are minor channels over the whole temperature range.     

联苯桥联的聚对苯乙烯撑齐聚物基态、激发态的结构与光电性能

用密度泛函理论(DFT)和单激发(CIS)方法分别对几种联苯桥联的聚对苯乙烯撑(PPV)齐聚物分子的基态结构和激发态结构进行全优化, 得到基态与激发态分子的最优几何构型和前线分子轨道, 并用半经验ZINDO(Zerner's intermediate neglect of differential overlap)和含时密度泛函(TD-DFT)方法分别计算了各自的吸收光谱和发射光谱, 分析了随着联苯链的增长前线分子轨道能级和能隙的变化以及对光电性能的影响. 结果表明, 联苯链的加长对吸收和发射性质影响不大, 但在分子结构上由于PPV 齐聚物(发光中心)链间交叉链内扭曲的构象越来越明显, 降低了分子的平面性和对称性, 减弱了这类共轭分子在固体中的π-π堆积作用, 这可能是减少荧光猝灭效应, 提高固体发光器件荧光量子效率的主要原因.     

Solid phase reactivity of sodium oxosalts of manganese

The observed relationships are presented of the solid phase reactivity of the following salts: NaMnO₄, Na₂MnO₄, Na₃MnO₄, Na₄MnO₄, Na₂MnO₃, Na₂Mn₂O₅, Na₅MnO₄, Na₄Mn₂O₅, NaMnO₂, Na₄MnO₃, Na₂MnO₂ and Na₂Mn₂O₃.