PCL/SiO2杂化纳米相微结构与晶态成核生长特性

应用扫描电子显微镜、广角X射线衍射和差示扫描量热手段研究了有机高分子/无机组分间以物理次价力(氢键)键合的高分子量PCL/SiO2杂化材料纳米相微结构和PCL高分子链在该微结构环境中的结晶成核生长特性及其影响因素.研究结果表明:杂化体系中高分子/无机组分间的微相分离尺度在纳米数量级,高分子微区的平均相畴尺寸在70nm左右,无机相形态呈现不规则的颗粒状.两相均匀分布程度与体系中组分间的氢键键合强度有关.PCL杂化后结晶度减小,对应的微晶尺寸明显改变,平衡熔点随无机组成含量的增加而下降.高分子链在晶核表面折叠形成结晶结构所需的能量增加.这一结果归因于无机非晶SiO2和键合强度的影响.     

位阻效应对受阻酚杂化体系阻尼机理的影响

针对尚未解决的受阻酚结构变化与杂化体系阻尼机理间关系的问题,本文采用分子动力学模拟方法构建了三种受阻程度不同的受阻酚/聚合物杂化体系,从理论上探讨了位阻效应对阻尼机理的影响.对体系氢键相互作用、结合能、相对自由体积及扩散系数进行模拟分析表明,位阻效应对受阻酚分子内氢键相互作用有显著的弱化效果,可减少小分子团聚倾向,有利于小分子与聚合物分子间氢键相互作用的形成.但是,过高的位阻对小分子运动有阻碍作用,不利于小分子与聚合物形成强烈的氢键键合,也即不利于杂化体系阻尼性能的提高.因此,如何选择受阻程度适中的受阻酚是制备高阻尼杂化材料的一关键要素.     

位阻效应对受阻酚杂化体系阻尼机理的影响

针对尚未解决的受阻酚结构变化与杂化体系阻尼机理间关系的问题,本文采用分子动力学模拟方法构建了三种受阻程度不同的受阻酚/聚合物杂化体系,从理论上探讨了位阻效应对阻尼机理的影响.对体系氢键相互作用、结合能、相对自由体积及扩散系数进行模拟分析表明,位阻效应对受阻酚分子内氢键相互作用有显著的弱化效果,可减少小分子团聚倾向,有利于小分子与聚合物分子间氢键相互作用的形成.但是,过高的位阻对小分子运动有阻碍作用,不利于小分子与聚合物形成强烈的氢键键合,也即不利于杂化体系阻尼性能的提高.因此,如何选择受阻程度适中的受阻酚是制备高阻尼杂化材料的一关键要素.     

位阻效应对受阻酚杂化体系阻尼机理的影响

针对尚未解决的受阻酚结构变化与杂化体系阻尼机理间关系的问题,本文采用分子动力学模拟方法构建了三种受阻程度不同的受阻酚/聚合物杂化体系,从理论上探讨了位阻效应对阻尼机理的影响.对体系氢键相互作用、结合能、相对自由体积及扩散系数进行模拟分析表明,位阻效应对受阻酚分子内氢键相互作用有显著的弱化效果,可减少小分子团聚倾向,有利于小分子与聚合物分子间氢键相互作用的形成.但是,过高的位阻对小分子运动有阻碍作用,不利于小分子与聚合物形成强烈的氢键键合,也即不利于杂化体系阻尼性能的提高.因此,如何选择受阻程度适中的受阻酚是制备高阻尼杂化材料的一关键要素.     

拉曼光谱法研究1,3-二甲基脲溶液中的相互作用

尿素类化合物在生命科学领域中有非常重要的作用,其独特的化学结构可与水等其他氢键给体材料形成氢键。氢键是生命分子体系中较常见和重要的分子间弱的相互作用,振动光谱方法为分子间氢键相互作用的研究提供有力的测量手段,其中拉曼光谱为研究水溶液中氢键形成和变化规律提供了可能。测得了1,3-二甲基脲(DMU)晶体的拉曼光谱,利用密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-311G**水平上对气态单体DMU进行结构的优化,并结合文献对拉曼光谱的谱线进行了归属认证。然后测得了1,3-DMU与水二元体系的拉曼光谱。相比与DMU晶体,当DMU分子溶于水后,水-DMU氢键相互作用将取代DMU-DMU分子间相互作用,导致氮原子杂化方式由sp2向sp3杂化转变。由此溶解过程中DMU分子的骨架从平面结构变成了非平面结构。     

氢键对2-(N-甲基)氨基-5-硝基吡啶分子非线性光学性质的影响

本文在杂化密度泛函理论水平上研究了溶剂对2-(N-甲基)氨基-5-硝基吡啶分子非线性光学性质的影响.在溶剂中,构造了包括氢键作用的超分子体系,在优化结构的基础上分别研究了由极化连续模型模拟的溶剂与该分子的长程相互作用、溶剂与该分子的氢键相互作用以及溶剂与包括氢键作用的超分子体系整体的相互作用对分子的几何结构、非线性光学性质、紫外吸收光谱和电荷分布等特性的影响.结果表明,溶剂中分子电偶极矩、线性极化率和第一超极化率都增大,而溶剂与溶质分子通过氢键形成的超分子结构与单体有着明显区别.因此,氢键对分子结构和性质的影响较大,从而将明显的影响该类分子的非线性光学性质.     

Theoretical Study on Dihydrogen Bonds of NH3BH3 with Several Small Molecules

运用量子化学从头算方法研究了NH3BH3与HF、HCl、HBr、H2CO、H2O和CH3OH形成的双氢键B–H???H–X (X＝F、Cl、Br、C、O)．计算结果表明,在所有体系中双氢键的形成使得BH和HX键长增长且伸缩振动频率红移(在H2CO体系中CH键长减小,频率蓝移)．除了NH3BH3,在每个体系中还存在传统氢键N–H???X．对NH3BH3及其与卤化氢的复合体系,分子间超共轭σ(BH)–σ*(XH)导致了XH键的红移;对H2CO体系,分子内超共轭减小导致CH键蓝移;在其他体系中,传统的红移氢键N–H???X是主要的,双氢键较弱,XH键的红移只是传统氢键的次级效应．在所有这些体系中,BH键红移由两个因素造成：BH键发生负的重极化与负的重杂化,分子间超共轭导致σ(BH)成键轨道电子密度减小．     

稀土/高分子杂化发光材料的研究

用SiO2为无机组份和以与SiO2具有相似折射率和优良力学性能的丙烯酸类如甲基丙烯酸甲酯（MMA）和甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA），在交联剂3－（三甲氧基硅）丙基甲基丙烯酸酯（MSMA）存在下，快速制备了两种杂化基质材料SiO2/P(MMA-MSMA)和SiO2/P(HEMA-MSMA)。分别以盐酸和六次甲基四胺作为酸性催化剂和碱性催化剂，建立了快速制备透明凝胶的两步溶胶－凝胶法，大大缩短了溶胶的成胶时间，所得杂化材料具有良好的光学透明性，利用此方法制备了掺杂稀土配合物的多种发光杂化材料。采用组装的方法，得到了稀土配合物与层次化合物α－磷酸氢锆（α－ZrP)及中孔分子筛材料MCM－41的组装体，并对所制备的杂化材料进行了表征。另外，将稀土配合物通过共价键嫁接于无机SiO2基质中，得到了含有稀土配合物的分子杂化材料。     

有机-无机杂化低密度多孔材料的研制

主要开展了高内相乳液法（HIPE）制备有机／无机杂化低密度多孔材料。制备了不同SiO2含量的丙烯酸酯／SiO2杂化多孔材料，研究不同无机含量对杂化材料体积收缩的影响，结果列于表1。     

无机/有机稀土配合物杂化发光材料研究进展

近年来材料的发展趋势是功能互补,性能优化。稀土配合物发光强度大、单色性好,缺点是光稳定性和热稳定性较差,因此须将其掺入一定基质中,这样所得到的有机 /无机杂化发光材料,兼备了有机、无机材料的优点。根据杂化材料中稀土配合物与基质之间作用力不同,可分为第一类杂化材料(两相间以弱键如氢键等结合)和第二类杂化材料(两相间以强键如共价键等结合)。对这两类杂化材料近年来国内外的研究情况作了综合评述,并展望了其发展趋势。     

分子间相互作用对核酸碱基中17O屏蔽张量与四极耦合常数影响的理论计算研究

通过高精度量子化学理论计算的方法研究了分子间弱的非键相互作用对胸腺嘧啶、尿嘧啶、胞嘧啶和鸟嘌呤四种核酸碱基中~(17)O核的屏蔽张量(σO)和四极耦合常数(QCC)的影响.计算结果表明分子间强的氢键作用以及弱的范德华(vd W)相互作用都对~(17)O核的化学位移(δO)具有较大的影响.随着分子间氢键作用的逐渐增强,δO逐渐减小,当采用包含所有弱相互作用的周期性模型进行计算时,理论结果与实验值吻合.进一步的电荷分析显示,~(17)O核化学位移的减小主要是由于分子间氢键作用强度增加导致~(17)O原子的负电荷密度逐渐增加.此外,计算结果表明碱基中分子间氢键网络和弱的范德华作用对碱基~(17)O QCC也具有显著的影响.周期性模型下,碱基上氧原子的局域结构环境得到平衡,~(17)O QCC达到最小值,与实验结果最为接近.以核酸碱基为例,说明了分子间的氢键网络以及分子间弱的相互作用对于准确计算生物样品的核磁共振(NMR)参数非常重要,以小的团簇模型来计算生物体系的核磁参数将会产生较大的偏差.     

三种蛋白和黄酮结合物中氢键与黄酮稳定性相关性分析研究

运用三维荧光光谱、紫外可见分光光谱以及傅里叶红外光谱等手段研究了蛋白与黄酮分子的相互作用,并结合相关性分析的统计学手段分析了蛋白与黄酮分子相互作用方式对黄酮稳定性的影响。实验结果表明,疏水相互作用是三种蛋白与黄酮分子之间主要的作用力,在牛血清白蛋白与黄酮的结合中有氢键的参与,同时发现在牛血清白蛋白体系中黄酮的稳定性明显增强。通过相关性分析证明蛋白对黄酮稳定性的提高与两者之间的分子间氢键有关,氢键结合作用越强蛋白对黄酮保护越明显。     

Epoxy-silica hybrid materials synthesized via sol-gel process

We have successfully utilized the sol-gel method to synthesize epoxy-silica hybrid material at nanoscale. Using the sol-gel process we could overcome many disadvantages of conventional composite materials. In this research, two different methods are recommended — a one-step process and a two-step process — to synthesize epoxy-silica hybrid materials. The coupling agent, γ-glycidoxypropyl-methyldiethoxysilane (KBE-402), was utilized to modify the surface properties of the silica via the sol-gel process. The role of the coupling agent is to provide covalent bonding between the epoxy resin and silica. This method could reinforce the interfacial force of the hybrid material and promote the thermal properties of the materials. The thermal properties of the epoxy-silica materials were characterized by thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC). From these results, we noted that the best reaction time in the one-step process is 2 days and the addition of the inorganic component enhanced the thermal stability of the hybrid materials. On the other hand, the two-step process led to a phase separation phenomenon after mixing epoxy resin and precursor without coupling agent. The coupling agent could avoid the phase separation problem of hybrid materials and enhance the thermal stability of the materials through this process. At the same time, the T _g of the materials increased proportionally to the content of silica from 80°C to 113°C.     

X-ray emission spectroscopy of hydrogen bonding and electronic structure of liquid water

We use x-ray emission spectroscopy to examine the influence of the intermolecular interaction on the local electronic structure of liquid water. By comparing x-ray emission spectra of the water molecule and liquid water, we find a strong involvement of the a(1)-symmetry valence-orbital in the hydrogen bonding. The local electronic structure of water molecules, where one hydrogen bond is broken at the hydrogen site, is separately determined. Our results provide an illustration of the important potential of x-ray emission spectroscopy for elucidating basic features of liquids.     

H and C NMR studies of molecular orientation and dynamics in liquid crystal 6BA

The dynamics and orientation of dimers accompanying the formation and destruction of hydrogen bonds in the nematic phases of 4-n-hexylbenzoic acid (6BA) were studied by ¹³C and ²H NMR. The orientational order parameter S in the nematic phase was estimated from the quadrupole splitting of the ²H NMR spectrum. The intermolecular interaction energy for the molecular order in the nematic phase decreased with increasing temperature. The flexibility of dimers due to the destruction of the hydrogen bond is closely related to a decrease in the intermolecular interaction energy. The proportion of ²H NMR spin-lattice relaxation time (T₁) to S, which reveals the coupling of the orientational fluctuations with the hydrogen bonding processes, was observed.     

惯性约束聚变实验用玻璃微球堵口特种胶研究

 通过对不同固化和热处理过程后的胶粘剂的剪切强度、表面形貌特征、热性能的研究，分析了增韧剂和偶联剂对环氧有机硅胶粘剂性能的影响。研究表明：随着增韧剂含量的增加，胶粘剂热分解温度下降；增韧剂质量分数为25%时，有机硅与环氧树脂相容性较好，制备的胶粘剂综合性能较好；硅烷偶联剂能改善胶层与金属界面的胶接强度，提高环氧有机硅胶粘剂的拉伸剪切强度。显微组织观察分析表明，环氧有机硅胶粘剂中环氧树脂分子链与有机硅高分子链处于一定微相分离状态。     

不同体系下氢键对聚丙烯酰胺光谱的影响

采用红外,紫外光谱分析不同体系下氢键对部分水解高分子聚丙烯酰胺光谱的影响。研究表明,高分子聚丙烯酰胺中的酰胺基与部分水解的羧酸基能形成分子内氢键导致酰胺基中游离-NH₂特征吸收峰向低频方向移动;聚丙烯酰胺在水溶液中随浓度的增大主要形成分子内氢键使最大吸收波长发生红移;在含中等浓度钠离子和钙离子的水溶液体系下,分子内氢键和分子间氢键同时存在,在含高浓度钠离子和钙离子体系下,则主要形成分子间氢键。不同体系下,氢键对聚丙烯酰胺光谱的影响不同：在水溶液体系下,其最大吸收波长红移8 nm,在钠离子单独存在的体系下,最大吸收波长红移4 nm,在钙离子和钠离子同时存在的体系下,最大吸收波长红移2 nm。     

Spin–spin coupling constants in linear substituted HCN clusters

The indirect nuclear spin–spin coupling constants of homogeneous hydrogen-bonded HCN clusters are compared with those of inhomogeneous HCN clusters where one of the terminal HCN molecules is substituted by its isomer HNC and by LiCN. Both the intra- and intermolecular (across the hydrogen bond) coupling constants are calculated for the linear form of the clusters containing up to three molecular monomers using different hybrid DFT functionals. The geometry of the monomers and clusters is optimised at the B3LYP/6-311++G(d,p) level. The effect of substitution by the ionic compound LiCN on the coupling constants of HCN is found to be more pronounced than that by HNC. The Ramsey parameters that form the total spin–spin coupling constants are also analysed individually. Among the four Ramsey parameters, the Fermi Contact term is found to be the dominant contributor to the total coupling constants in most cases. The presence of LiCN in the cluster tends to decrease the intramolecular Fermi Contact values, while HNC increases the same in all dimers and trimers. The contributions of localised molecular orbitals have been analysed for the HCN–HNC cluster to obtain some additional insight about the SSCC transmission mechanism along the coupling pathway.