色噪声作用下一氧化碳表面催化氧化反应体系的随机共振

研究了Pt(110)/CO+O₂表面催化氧化反应体系在一定温度条件下, 当CO气体偏压P_u在超临界Hopf分岔点附近被色噪声调制后的动力学行为. 通过计算机模拟观察到色噪声诱导的振荡和随机共振(stochastic resonance)现象, 探讨了色噪声强度和相关时间对随机共振行为的影响, 分析了体系对环境涨落的敏感性范围.     

H+Cl2→ HCl+Cl体系反应几率的量子动力学计算

利用含时波包动力学方法在GHNS势能面上计算了总角动量J=0时H+Cl₂体系初态确定的累积反应几率,讨论了平动能、Cl₂振动和转动激发对反应几率的影响;并且讨论了H＋Cl₂体系的波包运动特征.在一定的平动能范围内,Cl₂的振动激发不利于反应的进行; 而Cl₂的转动激发特别是第一转动激发能够加快反应.这些结论和反应是早势垒反应的事实是一致的.由于Cl₂是由两个较重的原子组成的,振动和转动态能级密集;同时由于是早势垒反应,能垒较低,波包在运动过程中在两侧的势垒壁之间发生多次反射致使波包发生很大范围内的干涉,需要较多的网格点才能正确地描述体系的波函数.这两个因素使得此体系的计算量较一般三原子体系要大得多.     

一氧化碳表面催化氧化反应中canard突变与内信号随机双共振

Canard突变是普遍存在于可激发体系内的一种复杂时间行为, 其特征表现为极限环振幅与周期在极小的参数范围内急剧变化. 分析了在超临界霍普夫分叉附近canard突变的动力学行为及其对噪声的响应特性, 发现并说明了Pt(110)/CO+O₂表面催化氧化反应体系中的内信号随机双共振, 这是一种噪声对不同频率信号的选择性放大作用.     

不同CO2分压条件下的白云岩溶解动力学机理

流动CO₂-H₂O系统中白云岩的溶解研究使用了旋转盘和催化剂技术.实验在与CO₂分压分别为30~10⁵Pa达到平衡的H₂O-CO₂溶液中进行,结果表明远离平衡时的白云岩溶解速率R与旋速w有关.实验结果可用经过改进的扩散边界层(DBL)理论模型获得解释.此外,在溶液中加入能加速CO₂转换反应的碳酸酐酶催化剂,促进了白云岩的溶解.发现不同CO₂分压条件下存在着较大的差异.从这些实验观测可以得出结论：改进的DBL理论模型能以满意的精度预测远离平衡时不同CO₂分压条件下的白云岩溶解速率及其变化机理.     

用于在超临界流体CO2中直接溶解镧系和锕系元素氧化物的TRPO-HNO3络合物的性质

研究了TRPO-HNO₃络合物的一些性质. 实验结果表明, 当HNO₃/TRPO初始体积比从1/7增大到5/1时, TRPO-HNO₃络合物中HNO₃浓度从2.12增大到6.16 mol/L, [HNO₃]/[TRPO]比从0.93增大到3.38, 络合物中水含量的变化范围为0.97%~2.70%. TRPO-HNO₃络合物的比重、粘度和表面张力随络合物中HNO₃浓度的变化而变化. 采用氘锁定技术研究了TRPO-HNO₃络合物的NMR光谱, 结果表明, 在NMR谱图中, 络合物中HNO₃和H₂O的质子会快速交换, 出现一个单峰, 而当TRPO-HNO₃络合物溶入低介电常数的溶剂时, 通过NMR谱图可以发现有小的HNO₃液滴形成.     

HPO2异构体结构和相对稳定性

在MP2/6-311++G(d,p)和QCISD(t)/6-311++G(3df,2p)(单点)水平下计算得到了包括8个异构体和12个过渡态的HPO₂体系势能面. 在势能面上, 异构体cis-HOPO(E1)的能量是最低的, 其次是trans-HOPO(E2)和HPO(O)(C_2V, E3), 能量分别比cis-HOPO高10.99和48.36 kJ/mol. 根据体系的势能面, 只有异构体E1和E3具有较高的动力学稳定性, 在实验中应该可以观测到. PH和O₂直接反应生成的cis-HPOO(E5)和trans- HPOO(E6)经过几步势垒较低的异构化过程就可以异构化为具有较高动力学稳定性的产物E1; 而OH和PO反应可直接生成E1. 计算结果较好地解释了相关实验.     

CO2+ 乙醇二元体系超临界密度与临界性质的关系

在5~10 MPa的压力范围内, 利用恒容静态平衡法详细测定了不同乙醇含量下不同密度的超临界CO₂+乙醇二元体系的温度和压力的变化关系, 并测定了该二元体系的临界温度和临界压力. 其中乙醇摩尔分数的范围为0~2%. 描述了不同乙醇含量的该二元体系的PTρ图, 发现超临界CO₂+乙醇二元体系的压力随着温度的增加线性增加, 并且在确定乙醇浓度时P-T线具有一定的“收敛性”, 收敛点随着乙醇含量的增加向高温高压方向移动. 同时讨论了CO₂+乙醇二元体系的临界点与密度以及乙醇浓度之间的变化规律, 发现确定密度下二元体系的临界点随着乙醇摩尔分数的增加线性增加, 密度不同, 则相应的临界点不同. 计算了超临界CO₂ + 乙醇二元体系的临界压缩因子Z_c, 描述了不同乙醇含量的Z_c-ρ图, 结果发现超临界CO₂一元及二元体系的临界压缩因子随着体系密度的增加线性降低, 并且可以通过Z_c-ρ图预测超临界体系的临界点P_c和T_c.     

Lie代数方法在线形三原子分子转动谱计算中的应用

利用动力学群U₁(4)ÄU₂(4)的对称性质以及相应的Lie代数给出了描写线形三原子分子振转谱的Hamilton量. 在考虑了振转相互作用后, 所得上述Hamilton量本征值的表达式具有在光谱分析计算中常用的项值方程的形式. 利用此表达式拟合观察线位可以得到分子的振转常数. 作为算例, 对N₂O及HCN分子(02⁰0-01¹0)ν₂红外跃迁谱带的转动能级进行了拟合分析, 所得均方根误差分别为0.00001和0.0014 cm^-1.     

铝系混凝剂的混凝动力学研究: 循环剪切力和硫酸根的影响

采用透光率脉动检测技术(PDA)对Al₁₃形态、聚合氯化铝(PAC)和AlCl₃在混凝过程中絮体的形成以及受到剪切力影响后恢复能力的强弱作了对比性研究. 并对三种混凝剂在混凝过程中硫酸根的影响作了一定的研究. 实验结果表明, Al₁₃形态是混凝过程中起电中和作用的主要形态, 在絮体形成过程中可以大大增加颗粒间的有效碰撞率, 因此较其他形态有较强的絮体凝聚恢复力. 在硫酸根离子存在的条件下, 尽管会导致三种混凝剂正电荷的损失, 但Al₁₃形态仍能够保持较强的絮凝稳定性和稳定的除浊效率. 通过以上实验可以进一步证明, 在硫酸根离子存在的情况下, 体系的zeta电位值不是表征体系脱稳的唯一手段.     

SO4.-自由基氧化苯丙氨酸反应机理的

采用时间分辨的动力学瞬态吸收光谱和脉冲辐解技术研究了水溶液及水/乙腈混合溶液中SO₄^.- 自由基氧化苯丙氨酸的反应. 结果表明氧化性的SO₄^.- 自由基进攻苯丙氨酸首先生成在310 nm 处有一强吸收峰的苯丙氨酸阳离子自由基3, 然后再经由三条相互竞争的途径反应: 羟基化、脱质子、脱羧. 3个反应进行的难易强烈依赖于苯丙氨酸羧基和氨基末端的离子态以及溶剂的性质. 苯丙氨酸的羧基以非质子态存在时脱羧反应才能发生. 脱质子反应在高pH的溶液中较中性或酸性溶液中易于进行, 而且随着介质中乙腈的增加与羟基化反应相比较脱质子反应占主导, 而在纯的水溶液中羟基化反应更易进行.     

聚丙烯酸环境响应行为的研究

采用介观动力学分子模拟(Mesodyn)和耗散颗粒动力学(DPD)分子模拟与流变等实验技术相结合的方法, 研究了pH/无机盐敏感聚合物聚丙烯酸PAA在水溶液中的环境响应行为, 考察了聚合物浓度、溶液离子强度、聚合物表面电荷对PAA相行为的影响. 实验结论与模拟结果符合得很好, 对照分析给出了聚丙烯酸的环境响应机制, 为设计和应用环境敏感的智能体系提供指导和理论依据.     

FTIR-ATR原位观测Mg(NO3)2气溶胶

利用FTIR-ATR(傅里叶变换红外-衰减全反射)原位光谱技术在分子水平上研究了ZnSe基底上Mg(NO₃)₂气溶胶颗粒的潮解和风化过程. 根据FTIR-ATR光谱的演变可知, Mg(NO₃)₂气溶胶在潮解过程中经历了复杂的相变: 相对湿度(relative humidity, RH)接近3%时, Mg(NO₃)₂气溶胶颗粒为无定型水合物; 稍微升高相对湿度, 无定型颗粒转化为Mg(NO₃)₂·nH₂O(n≤5)晶体, 并且在其表面逐渐形成热力学稳定的Mg(NO₃)₂·6H₂O晶体; 相对湿度达到Mg(NO₃)₂·6H₂O的饱和点(53% RH)时, Mg(NO₃)₂·6H₂O开始溶解, 同时, 内核Mg(NO₃)₂·nH₂O(n≤5)晶体在其表面持续转化为Mg(NO₃)₂·6H₂O晶体, 导致固态气溶胶颗粒全部潮解时的相对湿度延迟到76%. 风化过程中, Mg(NO₃)₂液滴随相对湿度的降低逐渐失水进入过饱和区域; 相对湿度降至5%以下时, 形成无定形颗粒. 在过饱和Mg(NO₃)₂液滴的FTIR-ATR光谱中, NO₃^-对称伸缩振动(v₁- NO₃^-)的吸收强度明显增加, 是溶剂共享离子对, 甚至接触离子对持续形成的结果.     

阳极氧化制备TiO2纳米管及其光催化性能

采用电化学阳极氧化法在纯Ti表面制备出结构整齐有序的TiO₂纳米管阵列, 研究了不同溶液体系对TiO₂纳米管尺寸和形貌的影响. 利用X射线衍射仪和场发射扫描电镜表征所制备的TiO₂纳米管. 20 V反应15 h, 0.5 wt% HF＋1 mol/L (NH₄)H₂PO₄溶液中TiO₂纳米管直径为70～90 nm, 长度约2.2 μm, 在500 ℃的空气气氛下退火1 h, 纳米管薄膜以锐钛矿结构为主, 在该条件下所制备TiO₂纳米管的光电流密度达到3.2 mA/cm². 以该纳米管薄膜为光阳极, 施加0.45 V (vs. SCE)的外加偏压, 在125 W紫外光照射5 h后, 初始摩尔浓度为20×10^－6 mol/L的酸性红G (C₁₈H₁₃N₃Na₂₀₈S₂)在pH＝3时, 降解率达到92.4%.     

化学自组装合成Sn掺杂的纳米TiO2介孔材料及其光催化性能

以TiCl₄、SnCl₄为原料, 尿素为沉淀剂, 纳米级碳黑为模板, 可溶性淀粉为阻聚剂, 采用微波加热, 均相沉淀法合成出了一系列Sn掺杂纳米TiO₂介孔材料. XRD分析证明反应前驱体为非晶态, 400℃以上转变为锐钛矿结构. TEM形貌观察, 粒子基本为球形, 平均粒径20 nm. EDS分析证明产品中Ti︰Sn的分析测定值与实际的投料值基本一致, 并且掺杂均匀性好. 光吸收及光催化实验发现Sn含量(摩尔浓度)为10%时, 光催化效果最好, 在日光照射70 min后, 此Sn掺杂的TiO₂对藏蓝染料溶液降解率可达到100%, 其光催化反应符合一级动力学方程.     

LiCoO2电极/电解液界面特性的电化学阻抗谱研究

运用电化学阻抗谱研究了LiCoO₂电极在电解液中的贮存和首次脱锂过程. 发现LiCoO2电极在电解液中, 随浸泡时间延长其表面SEI膜不断增厚, 归结为LiCoO₂电极与电解液之间的自发反应导致生成一些高介电常数的有机碳酸锂化合物. 研究结果指出LiCoO₂电极首次脱锂过程中, SEI膜在3.8 ~ 3.95 V电位区间发生可逆坍塌, 对应其可逆溶解; 由于过充反应, 当电位大于4.2 V SEI膜迅速增厚. 研究结果同时表明, Li/LiCoO₂电池体系的感抗来源于充放电过程中LiCoO₂电极中存在LiCoO₂/Li_1-xCoO₂局域浓差电池. 发现锂离子在LiCoO₂电极中的嵌脱过程可较好地用Langmuir嵌入等温式和Frumkin嵌入等温式描述, 测得LiCoO₂电极中锂离子嵌脱过程中电荷传递反应的对称因子α = 0.5.     

355 nm激光烧蚀LiMn2O4反应产物的飞行时间质谱

采用角分辨飞行时间质谱法研究了355 nm脉冲激光烧蚀LiMn2O4的反应. 在较低激光能量密度(0.8 J·cm^-2)测得的离子和中性烧蚀产物主要有Li, O, LiO, LiO₂ , Mn, Li₂, Li₄, Li₆, LiMn, MnO, MnO₂等. 激光能量密度较大时, 烧蚀产物中的氧化物不仅相对量增加, 而且物种更加丰富. 它们的飞行时间谱可用带质心速度的Maxwell-Boltzmann分布函数拟合. 烧蚀产物Li, LiO, LiO₂ 和 Mn存在能量密度表观阈值, 并且离子产物的阈值比相应的中性产物高. 烧蚀产物中原生离子和中性产物的空间角分布可用cosⁿ θ 或θ cosθ+(1-δ)cosⁿθ拟合. 此外, 对355 nm脉冲激光对LiMn₂O₄的烧蚀机理进行了讨论.     

Fe3O4/Au纳米复合粒子及其光学性质

在过量Fe₃O₄种子的存在下, 通过盐酸羟氨对四氯合金酸的还原, 制备得到了100 nm以下核壳结构Fe₃O₄/Au磁性复合粒子, 体系中未反应的Fe₃O₄种子可通过稀盐酸的处理去除. Fe₃O₄/Au复合粒子表现出特有的纳米光学效应, 可见光区等离子体共振吸收峰的最大波长与纳米复合粒子的粒径、掺合的种子量以及分散介质的离子强度等有关. 随着纳米复合粒子粒径的增大和分散介质离子强度的增高, 最大吸收峰发生红移, 并出现峰形展宽的情况. 以水作为分散介质, 种子去除得愈彻底, 体系纳米粒子粒径就愈均一, 特征吸收峰会变窄. 这种纳米复合粒子的光学性质对生物分子检测新方法的建立具有重要的意义.     

[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+的电化学合成及表征

研究了[AlO₄Al₁₂(OH)₂₄(H₂O)₁₂]⁷⁺ (Al₁₃)的电化学合成方法, 并采用²⁷Al NMR法和激光光散射等方法对其形态进行表征. ²⁷Al NMR法证明在电解制备的总铝浓度(Al_T)为2.0mol/L, 碱化度(B )为2.0的部分水解铝溶液中, Al₁₃占总铝量的60%以上. 激光光散射实验结果表明, 电解法制备的Al_T=2.0 mol/L, B=2.0的部分水解铝溶液存在三种粒径分布, Al₁₃以单体和多聚体的形式存在. 在B为2.5时颗粒粒径变大, 存在两种粒径分布, 并且大部分Al₁₃以多个Al₁₃聚集的形态存在.     

P123(PEO20-PPO70-PEO20)嵌段共聚物水溶液物理凝胶化行为的耗散粒子动力学模拟

采用耗散粒子动力学(Dissipative particle dynamics, DPD)方法研究了P123(PEO20-PPO70-PEO20)嵌段共聚物水溶液常温下的物理凝胶化行为. 在体积分数(2%~10%)较低时, P123在水溶液中形成球形胶束. 当P123的水溶液体积分数升高到20%时, 会形成柱状胶束. 在P123的水溶液体积分数为30%和40%时, 观察到具有三维网络结构的凝胶. 这些模拟结果不仅与实验结果一致, 而且证明了耗散粒子动力学方法是一种非常适合研究物理凝胶化行为的重要方法. 另外, 在P123的水溶液体积分数为40%时, 研究了凝胶随着时间发展的形成过程.     

凝胶色谱法分离聚合氯化铝中Al13形态的特性研究

采用缓慢滴碱法制备聚合氯化铝(PAC)溶液, 并采用Bio-Gel P-100型凝胶层析法将溶液中铝形态进行了分离. 采用常规的化学方法(Al-Ferron逐时络合比色法)和Al²⁷Al-NMR法对分离过程中收集的各级分进行了测定. 在分离过程中通过改变洗脱速度, 洗脱液离子强度和pH值等实验条件来研究影响分离的各因素. 实验结果表明, 在层析分离过程中除被分离物的分子尺寸之外, 分子电荷对分离也会产生相应的影响. 降低洗脱流速、提高洗脱液离子强度, 以及调节合适的pH值都能提高分离效率. 通过对实验条件的优化, 可以分离得到大量高纯Al₁₃形态(即 AlAl_b含量为100%的产品), 可占被分离PAC产品总量50%以上.