介观化学体系中的动力学尺度效应

以生命和表面催化体系为对象,研究了介观化学体系中内涨落对体系非线性动力学行为的调控作用。内涨落可以诱导随机振荡,其强度在体系处于最佳尺度时会出现一个甚至多个极大值,并且在耦合体系中会得到进一步增强,表现为尺度共振效应、尺度选择效应和双重尺度效应,揭示了介观化学体系中尺度效应的新机制。     

介观化学体系中的动力学尺度效应

以生命和表面催化体系为对象，研究了介观化学体系中内涨落对体系非线性动力学行为的调控作用。内涨落可以诱导随机振荡，其强度在体系处于最佳尺度时会出现一个甚至多个极大值，并且在耦合体系中会得到进一步增强，表现为尺度共振效应、尺度选择效应和双重尺度效应，揭示了介观化学体系中尺度效应的新机制。     

介观振荡化学反应体系的内噪声随机共振

用化学Langevin方程研究了内噪声对介观振荡化学反应体系的影响.研究发现,在确定性体系处于定态条件下,内噪声可以导致体系振荡:随着内噪声强度的变化,诱导振荡信号的信噪比通过一个极大值,表明内噪声随机共振的出现;由于内噪声强度随着系统体积的变化而改变,因此,这一现象也证明了系统尺度共振,即最佳尺度效应的存在.     

卤化银成像体系中的纳米化学*

纳米化学研究的对象是尺寸在1 ~100nm的化学实体,它构成了一个介乎微观相和宏观相之间的介观相 (mesoscopic phase),介观相不仅反映了化学实体在尺寸上从微观向宏观的过渡,而且表现了一系列特殊的效应和功能。本文探讨了纳米化学对卤化银成像体系的冲击和卤化银成像过程的研究对纳米化学的发展所做出的贡献。     

介观生化反应的随机和混合模拟算法

随着细胞等介观体系中研究的深入,介观生化反应的模拟方法日益引起人们的关注。一方面,这类体系中涨落效应显著,化学反应本质上是随机的离散过程,经典的确定性模拟方法不再适用,需要使用随机模拟方法;另一方面,这种体系中子反应的速率和反应物的分子数目可能有显著差别,存在多尺度特性,使一般随机算法的模拟效率极低,对反应的准确高效模拟提出了新的要求。本文简述了Gillespie提出的一系列基本随机算法,综述了近年来发展的针对反应多尺度特性的改进随机算法和混合算法,介绍了各类算法的特点、实现的技术问题及相对其他算法和实际生物信号描述表现出的优缺点。     

理论化学与下世纪“化学学科重组”前瞻

本文展望了理论化学的发展趋势并预言了下个世纪“化学学科的重组”。作者建议了现代化学的定义：化学是研究从原子,分子片,分子,超分子,生物大分子到分子的各种不同尺度和不同程度的聚集态的合成和反应,分离和分析,结构和形态,物理性能和生物活性及其规律和应用的科学． 根据这个定义,从化学的研究对象不同,在２１ 世纪化学分支学科可能发生重组,因此化学可以划分为如下八个层次：１） 原子层次的化学; ２） 分子片层次的化学; ３） 分子层次的化学; ４） 超分子层次的化学; ５）生物与分子层次的化学; ６） 宏观聚集态化学; ７） 介观聚集态化学和８） 复杂分子体系的化学     

化学Lorenz模型中混沌的介观动力学

用系综模拟方法研究了化学Lorenz模型中混沌的介观动力学. 通过对主方程的随机模拟, 分析了盒频率(bin frequency)以及涨落和协方差在不同参数区的时间演化行为. 系综模拟分析在比通常宏观方程描述更为基本的层次上, 展示了确定性混沌的介观动力学图景. 对主方程也用累积展开法进行了分析.     

纳米尺度钯粒子表面一氧化碳氧化反应内噪声随机共振

在随机模型的基础上, 运用化学Langevin 方程、Poisson近似和精确随机模拟方法, 研究了内噪声对纳米(nm)尺度钯(Pd)粒子表面上一氧化碳(CO)催化氧化反应的影响. 在这类介观体系中, 由于显著内噪声的存在, 化学反应速率振荡具有随机性. 研究发现, 对于给定的CO偏压, 随着内噪声强度的改变, 随机振荡强度经过一个极大值, 从而证明了内噪声随机共振的存在. 这一现象表明, 合适的内噪声有利于反应速率振荡. 这种内噪声随机共振行为对外界参数(如CO偏压)具有稳定性(robust).     

磺化聚苯乙烯有序孔水凝胶的制备及其模板效应

有序大孔聚苯乙烯材料通过胶体晶模板技术合成, 再经过磺化处理制备得到有序大孔水凝胶体系. 研究了其化学组成和形态. 以溶胶/凝胶制备有序无机材料如二氧化钛对凝胶进行复型, 证明了有序大孔凝胶的形态特征, 同时显示了有序大孔水凝胶作为新型模板制备形态可控的介观尺度有序无机材料的潜力.     

介观尺度多孔材料的电子显微学结构解析

孔径在介观尺度的多孔材料由于其规整的孔道结构、大比表面积、特殊的空间限域效应使其在吸附、分离、催化、传感、载药、能源等领域都具有广阔的应用前景. 深入解析材料的结构特征不仅是理解其物理化学性能和应用的关键, 也是研究材料的形成机理及新材料制备的重要反馈和支持. 电子显微学以电子为探针, 通过电子衍射和高分辨像对材料结构展开探索, 可以研究更小尺寸晶体的结构, 揭示局部结构信息如缺陷及共生等, 对介观尺度多孔材料的结构解析至关重要. 对近年来通过电子显微学方法解析的介观尺度多孔材料工作进行了综述, 主要针对有序介孔材料以及有序大孔材料展开, 归纳了不同结构类型的介观尺度多孔材料所适用的电子晶体学方法, 在此基础上提出电子显微学在介观尺度孔材料结构解析上的优势、不足和未来发展的方向, 以及将电子显微学用于其它材料结构解析的可行性.     

复杂化学体系中非线性问题的理论研究

随着化学研究的对象向生命、纳米和表面等复杂反应体系的深入, 提出了非平衡、非线性和复杂性等深层次的科学问题. 结合我们对复杂化学体系中非线性问题的理论研究, 简要介绍了与之相关的若干前沿课题: 非线性态-态动力学, 复杂网络体系非线性化学动力学和介观化学体系非线性动力学. 这些问题的研究, 对于探索化学过程新的动力学规律, 开拓控制化学过程新的原理, 揭示生命体系中化学过程作用的新机制, 推动化学学科与生命、物理等其他学科的交叉渗透, 都将作出重要贡献.     

阳离子与非离子混合表面活性剂模板合成介孔SiO2

利用各种两亲分子有序组合体构成超分子模板,合成从介观到宏观尺度不同形态的无机材料成为材料科学新崛起的研究方向[1].介孔SiO2在催化、吸附、分离介质及化学传感器等方面有广阔的应用前景.     

辉长岩中的类流态研究

在天然辉长岩中, 观察到介观尺度的天然非线性振荡现象. 在金相显微镜下显示出复杂的形态变化过程; XRD原位分析证实该试样随时间推移, 某些衍射峰的位置和强度发生振荡式变化, 说明了其晶胞发生膨胀和收缩, 同时还伴有旋转和“流”的作用; 在原子力显微镜下观察, 同样发现振荡、旋转和流的特征. 初步分析了固体材料中可能存在着的一种未被人们认知的, 除固、液、气态之外的状态——类流态. 在类流态出现的临界点附近, 不同位置的空间能量涨落不是相互独立的, 而是彼此关联. 这种涨落因某种未知的非线性机制自反馈放大成巨涨落, 形成在特定条件和特定区域的自组织现象, 甚至可以导致生成纳米管.     

计算机模拟技术在表面活性剂研究中的应用

根据表面活性剂溶液行为的模拟所需的时间和空间尺度,介绍了三种主要的计算机模拟方法:原子模拟、粗粒模拟和介观模拟.综述了这些模拟方法在表面活性剂单体、缔合体系及与聚合物相互作用等研究中的应用.指出了用计算机模拟方法研究表面活性剂体系的发展前景.     

非恒稳含时电极过程中涨落-耗散的电化学效应——恒电势滴汞电极体系的随机热力学模型

以滴汞电极体系为模型,对非恒稳恒电势动态不可逆电极过程中的耗散-涨落效应进行了系统的研究.基于滴汞电极体系的电化学特征,提出了一个简化的含时随机热力学模型,从而可能对这类重要的含时物理化学过程进行涨落和耗散的定量分析.借助该简化的模型,成功地建立了恒电势滴汞电极过程的基本随机热力学公式,由此推出耗散-涨落效应的理论极谱曲线.在滴汞电极生长缓慢及扩散步骤严重滞后情况下,含时的滴汞电极过程将趋于在有效扩散层厚度演化的慢流型上的准定态过程.在这种准定态近似下,具体分析了涨落对极谱曲线的影响.结果表明,在涨落影响可以忽略的近平衡区,从耗散-涨落导出的极谱方程与从平衡态Nernst公式导出的极谱方程完全吻合.还计算了一个涨落诱导的极谱曲线偏离的典型范例.     

溶致液晶中金属纳米粒子的掺杂及其作用机制研究

在用琥珀酸二异辛酯磺酸钠(AOT)构建的具有长程有序结构的层状溶致液晶内, 用不同方式导入预制的亲油或亲水贵金属纳米粒子, 可得到纳米粒子分布在不同介观空间内的无机/有机杂合体. 依据小角X射线散射和偏光显微镜结果, 通过分析掺杂纳米粒子与液晶模板的相互作用, 对掺杂前后体系结构的变化及制得杂合体的稳定性进行了表征. 结果表明, 除考虑掺杂粒子与层状模板空间的匹配外, 体系中静电斥力、范德华引力和Helfrich涨落力之间的平衡是维持液晶结构稳定的基本条件.     

一混沌模型系综模拟研究

用随机模拟方法研究了化学混沌模型的介观动力学。对该混沌模型的系综模拟发现,在这种不稳定运动中存在强烈的内部涨落,然而由于混沌运动整体上的稳定性,使得系综中的代表点被限制在混沌吸引子上,并且单个代表点形成的随机轨道很好地保持了确定性混沌吸引子的基本特征。     

半导体纳米粒子的基本性质及光电化学特性

半导体纳米材料因受尺寸量子效应和介电限域效应等特性的影响，往往具有不同于块体材料和原子或分子的介观性质，在材料学，物理学，化学，催化和环保等方面具有广泛的用途，本文介绍了半导体超微粒的基本性质和光电化学特性以及在光能利用方面的应用前景。     

面向储能应用的多尺度电极材料结晶设计

电化学储能过程包含固/气/液界面反应、分层次的传质和电荷传递过程,并涉及微观-介观-宏观的跨尺度问题等.电极材料的宏观电化学性能是不同尺度影响因素的综合表现.结晶是电极材料合成的重要过程,与电极材料的功能特性紧密相关,涉及原子分子成核和晶体生长过程,具有多尺度、多因素、多层次特征.本文从结晶角度,在微观、介观、宏观尺度上分别介绍了构筑有利于离子、电子传输的晶体结构、界面结构、三维结构等,评述了热力学稳定、动力学增强的新型胶体电极材料,通过跨尺度设计方式强化电极材料的电化学性能.在原子、分子、材料、器件水平设计多尺度电极材料是解决电化学储能器件面临问题的重要策略.     

耗散粒子动力学在多组分复杂物系中的应用进展

耗散粒子动力学(DPD)模拟方法是一门新兴的、研究复杂物系介观结构和性质方面最有前途的介观数值模拟技术之一.本文综述了其在包括复杂液体体系、复杂聚合物体系和生物膜等复杂物系中的应用进展,并对其发展方向进行了分析预测.