CeO2纳米晶的光电量子尺寸效应

ＣｅＯ_２纳米晶的光电量子尺寸效应王德军，崔毅，李铁津，董相廷，洪广言（吉林大学化学系，长春，１３００２３）（中国科学院长春应用化学研究所，长春）关键词纳米晶，ＣｅＯ_２，表面光伏，量子限域纳米材料结构功能特性的研究有着重要的高科技应用背景［１］，但有...     

多孔硅的制备与光伏特性研究

采用特制的电解池在不同条件下制备了一系列多孔硅样品。通过测定其ＳＰＳ发现，多孔硅的ＳＰＳ特征带同单晶硅相比有明显蓝移，并且随制备条件不同，蓝移效应也不同。电解质中ＨＦ浓度和电解时间对基ＳＰＳ响应有明显影响，这一现象的出现主要归因于最子线阵的生成。     

分子筛限域单原子金属催化剂的研究进展

分子筛由于具有规则的微孔孔道结构、 较大的表面积、 优异的(水)热稳定性, 被认为是限域合成超小尺寸金属物种的理想载体. 近年来, 分子筛限域单原子金属催化剂由于超高的金属分散度、 接近100%的金属利用率以及独特的电子结构, 被广泛地应用于重要的催化反应和气体吸附分离过程. 本文系统地总结了近年来分子筛限域不同类型单原子金属催化剂的合成策略, 以及其在多相催化和气体分离等领域的研究进展. 最后, 提出了分子筛限域单原子金属催化剂在合成与表征方面存在的挑战和未来的发展方向.     

分子筛限域孔道中吡啶的吸附结构和能量

以吸附于ZSM-5孔道中的吡啶分子为例,利用量子化学理论方法考察了计算模型和密度泛函方法的选择对吡啶吸附结构和吸附能的影响,从而为准确计算分子筛限域孔道中客体分子吸附态结构和能量参数提供了依据.计算结果表明,吡啶吸附能随着所选用的分子筛的计算模型(从8T到128T)增大而增大,当选用的孔道结构能够将整个分子筛的孔道结构完全包括进来的时候(72T)达到收敛.与常规的密度泛函方法(B3LYP和M06-2X)相比较,考虑到色散作用校正的B97D泛函方法能够很好地处理分子筛体系中主客体间的长程相互作用和弱相互作用,计算得到的能量数据与实验结果符合得很好.     

沸石分子筛催化剂的“限域”效应

沸石分子筛催化剂因其独特的酸性、规则的孔道结构和良好的水热及化学稳定性被广泛应用于石油化工、煤化工和精细化工等重要领域.沸石分子筛活性位点的数目和分布,以及孔结构效应是沸石分子筛催化科学研究中最根本的问题,直接影响催化反应历程和反应结果.几十年来,沸石分子筛催化研究多集中在对活性位点的基本认识和合成设计,而忽视了活性位点、反应分子和沸石分子筛孔道微环境之间的相互作用.受益于先进的化学分析表征技术和化学理论计算科学的发展,沸石分子筛催化剂孔道内的微环境研究引起了越来越多研究人员的重视.通过对相关文献的分析整理,本文从沸石分子筛结构"限域"理论的发展历程,对分子扩散、吸附和催化过程的影响及其应用拓展等几个方面讨论了沸石分子筛催化剂中的"限域"效应.     

离子液体限域于硅胶纳米孔道中的电化学行为研究(英文)

通过溶胶-凝胶法制备了硅胶包载咪唑类离子液体修饰电极,研究其与体相离子液体不同的伏安行为;另一方面,制备不同离子液体含量为15% ~ 28%的包载离子液体硅胶和涂覆离子液体硅胶,用电化学阻抗研究其在20 ^oC到80 ^oC下电导率的变化情况. 异常的电化学行为主要表现在：1)硅胶包载离子液体导致Fc/Fc⁺电对的半波电位正移63.5 ~ 200 mV;2)当离子液体限域于硅胶纳米孔道中时,离子液体的电化学稳定性变差;3)包载离子液体硅胶的电导率要比涂覆离子液体的电导率高29.6% ~ 136%. 由此推断,可能是由于离子液体充满硅胶孔腔和孔道从而形成了纳米网状的离子液体导电介质. 这些结果表明,硅胶包载离子液体不仅可以作为修饰电极的优良载体,而且也有助于理解离子液体限域于硅胶纳米孔道中的限域效应.     

催化剂的孔道限域效应

限域孔道可以调控催化剂的表面电子分布和几何结构,进而影响催化剂的活性、选择性和稳定性.本文结合理论计算和实验方法,从热力学、动力学、几何效应以及电子转移等角度出发,阐明了不同限域体系中催化剂活性组分和反应分子特性的差异,揭示了限域孔道对反应物种扩散、吸附和反应等过程的影响规律,以期为催化剂的微观结构设计和反应性能调控提供借鉴.     

钙钛矿二维纳米材料的合成和发光研究进展

钙钛矿纳米材料的研究取得了飞速发展:一方面,合成方法不断涌现,已经可以实现从零维纳米晶、一维纳米线到二维纳米片的形貌精确控制,对其尺寸和维度依赖的光学性质认识也不断深入;另一方面,钙钛矿纳米材料的光学和光电子应用也得到了快速发展,其中,基于钙钛矿量子点的光致发光和电致发光技术最受关注。 由于钙钛矿的天然层状结构,通过配体调控很容易制备出二维纳米材料,其发光性能可以通过层数和组分进行调节,最高量子产率超过85%,且具有偏振发光特性,有望成为一类新型发光材料。 本文从制备方法、光致发光和电致发光应用等方面综述了基于钙钛矿二维纳米材料的进展,并对其未来的发展方向进行讨论。     

介电限域效应对SnO_2纳米微粒光学特性的影响

半导体纳米微粒作为一种新兴材料，在声、光、电、磁、热及催化等方面显示出全新的异于体相材料和分子或原子的特性，在理论和实验上已引起。们极大的兴趣I‘，’］．当纳米微粒的尺寸接近或小于激于玻尔半径时，表现出明显的量子尺寸效应，其表现光学能隙变大，一些半导体粒子如CdS，Cdse等纳米微粒的量予尺寸效应已经被人们利用有效质量近似模型做了定性解释。八但是，由于纳米微粒尺寸小，具有相对大的表面积，因而粒子周围的介质可以强烈地影响它们的光学性质【’，‘1．我们采用胶体化学方法，对SnO。阶电常数为13）半导体纳米微粒…     

丙酮羰基13C化学位移表征分子筛限域效应的理论计算

2-¹³C-丙酮是表征分子筛酸性的重要探针分子,其¹³C化学位移是分子筛孔道限域效应与酸强度(可以用去质子化能来表征)协同作用的结果.为了揭示影响丙酮羰基¹³C化学位移的主导因素,采用理论计算方法研究了分布在分子筛外表面、孔口、内表面及不同尺寸孔道内的Br?nsted酸位对吸附丙酮羰基¹³C化学位移的影响,发现丙酮在分子筛体系呈现氢键吸附的形式.计算结果表明,吸附丙酮羰基¹³C化学位移随分子筛固有酸强度的增加而增加,但是不存在定量的线性关系;在限域较强的孔道内¹³C化学位移变化非常大,分子筛限域效应越强(丙酮吸附能越大)则羰基¹³C化学位移越大,并且与吸附能呈线性关系,这说明丙酮羰基¹³C化学位移可以用来定量描述分子筛孔道限域效应的强弱.     

孔洞石墨烯纳米带的电子输运性质

基于密度泛函理论的计算模拟, 对含有孔洞的zigzag型石墨烯纳米带(N=17, N为碳链数目)结构进行优化, 进一步计算得到体系存在不同孔洞时的电子输运性质. 研究结果表明: 当存在单个孔洞时, 体系的导电性不仅与量子限域效应有关, 还受到孔洞对称性的束缚, 且斜向对称比纵向对称受到的束缚更大; 对于双孔洞的情况, 由于孔洞间的耦合作用, 体系的导电性在较大距离范围内大体上随孔洞间距的增大而增强, 同时会出现一些量子现象, 这可用一维对称双势垒模型来解释.     

介电限域效应对SnO2纳米微粒光学特性的影响

It is found that the SnO_2 nanometer particle modified by chemical methods on its surface with a layer of steric acid molecules has a significant red shift of optical absorption band edge and clear photoluminescence at room temperature, which is in contrast with that of bulk SnO_2 and naked SnO_2 nanometer particles. It is concluded that these results are related to the dielectric confinement effects on the SnO_2 nanometer particles surfaces.     

阵列纳米通道中氨基官能团质子化研究

质子化过程是大多数酸碱理论的核心,也发生在许多生命过程中。因此,研究限域环境中分子或官能团的质子化过程将为进一步认识酸碱理论和阐述限域环境中生物分子的基本行为提供理论依据。本文提出了一种以荷电电化学探针检测多孔氧化铝阵列纳米通道内表面官能团质子化过程的新方法。该方法利用纳米通道表面官能团的质子化过程改变了表面荷电性质,从而调控荷电电化学探针在纳米通道中的传输行为。实验中以喷涂在阵列氧化铝纳米通道膜一侧的薄金膜为工作电极,检测通过阵列纳米通道荷电电化学探针的流量,以此获得纳米通道限域条件下的质子化过程。同时以多孔氧化铝阵列纳米通道为限域空腔,利用硅烷化反应将氨基修饰在纳米通道的内表面,通过检测不同pH值条件下铁氰酸根离子在纳米通道中流量的变化,获得了纳米通道限域条件下氨基质子化滴定曲线。结果表明,纳米通道限域条件下氨基官能团发生一步质子化,其pK1/2值为5.9。本文提出的方法适用于研究纳米通道限域条件下其它官能团或生物分子的质子化过程。     

炭气凝胶孔结构对其负载的TiO2光催化降解甲基橙性能的影响

选用两种孔径不同的炭气凝胶CA125和CA500制备了碳含量为20%的TiO2/CA光催化剂,采用X射线衍射、扫描电镜和N2吸附-脱附对催化剂进行了表征,并考察了其光催化降解甲基橙反应性能.结果表明,TiO2/CA样品中TiO2主要以锐钛矿相存在,伴随有少量的金红石相,且均匀分散于炭气凝胶的表面.催化剂的孔隙率分析表明,孔结构直接影响到催化剂的光催化活性,以中孔为主的TiO2/CA125活性要远高于TiO2/CA500.这主要源于中孔良好的吸附性能及其合适的空间限域效应.     

双功能TiSn-Beta分子筛限域的串联Lewis酸催化烯烃生成1,2-二醇

1,2-二醇主要由环氧化合物水合产生、广泛用于防冻剂,聚酯树脂和医药等化学品中间体的生产.研究表明,具有Lewis酸性的含锡沸石分子筛在环氧化物的水合反应中表现出优异的催化性能.环氧化合物是众所周知的碳亲电体之一,主要由烯烃环氧化生成.含Ti(Ⅳ)沸石,如Ti-Beta和TS-1,是烯烃环氧化反应的高效催化剂.串联催化可以将多步反应整合为一次反应,无需分离中间体,有效缩短合成路线,提高生产效率.因此,双功能Ti和Sn分子筛有望应用于烯烃制二醇的串联催化反应中,即烯烃在Ti活性位点上发生环氧化反应,随后在Sn位点上发生水合反应,进而串联一步生成1,2-二醇.在沸石分子筛中产生孤立的多功能活性位点是将多步反应整合成串联催化反应的一种有吸引力的设计策略.本文通过简单且可规模制备的后合成路线构建了双功能TiSn-Beta分子筛,并用于烯烃串联催化制1,2-二醇反应.一方面,该反应中的过氧化氢溶液既能提供氧化剂(如H2O2)用于烯烃环氧化反应,又能提供环氧化合物水合反应的亲核试剂(如H2O);同时TiSn-Beta作为一种高效双功能催化剂,孤立的Ti和Sn活性中心可以有效地将烯烃环氧化反应和环氧化物水合反应串联在沸石微反应器中,实现烯烃一步转化为1,2-二醇.另一方面,沸石的限域效应较好地保证了烯烃环氧化和环氧化物水合的高串联速率和目标产物的高选择性,在最优的反应条件下,1,2-二醇选择性高达90%以上,收率接近70%.本文结果表明沸石分子筛是构筑多功能孤立活性位点的理想载体,为其他串联反应催化剂的设计提供了良好的借鉴.     

肽适体修饰纳米孔道对L-精氨酸的灵敏检测

氨基酸是生命之源,其中L-精氨酸(L-Arg)是生物体进行新陈代谢的一种重要氨基酸,同时也是重要的肿瘤标志物之一.因此，开发高选择性的L-Arg检测方法在生物分析领域十分重要.本文在Uniprot数据库29185个蛋白质序列中筛选出特异性结合L-Arg的多肽序列(序列为CFGHIHEGY),经ITC验证后,将其作为识别元件固定在子弹形纳米孔道尖端表面.在纳米空间限域效应下,利用多肽与L-Arg特异性结合前后构象由伸展状态向蜷缩状态的变化,调控纳米孔道离子输运特性变化,从而实现对L-Arg的选择性检测.实验结果表明,多肽修饰纳米孔道对L-Arg具有高灵敏度和高选择性,线性范围为1～100 nmol/L,检出限低至1 nmol/L.该研究为氨基酸高选择性、高灵敏检测提供了新方法,同时也为多肽修饰仿生离子通道的构建提供了新思路.     

纳米通道内酶组装及其催化反应研究进展

研究酶的组装和催化反应不仅有利于探索生命活动的本质,同时对开发酶在工业合成、分析检测、疾病治疗等领域的实际应用价值具有重要的指导意义. 研究发现,酶的有效固定和有序组装是保持酶活性、酶促反应的稳定性和对酶催化过程进行控制的重要途径,而在纳米通道内进行单酶或多酶的有序组装,利用纳米通道的限域效应可有效保持酶的构型进而提高酶催化反应的选择性和催化效率,增强酶级联反应的动力学进程. 本文概述了近年来基于纳米通道的酶反应器在生物传感领域的研究进展,着重描述纳米通道限域空腔内酶的组装方法、酶催化反应及其动力学机制,并展望了基于纳米通道的酶反应器的应用前景.     

包覆硬脂酸膜α－Fe_2O_3超微粒子的光谱及光电化学研究

采用相转移法制备了以硬脂酸（ＳＴ）修饰的α－Ｆｅ_２Ｏ_３超微粒子，测量了其紫外－可见吸收光谱。随着粒子尺寸的减小，光谱吸收阈值发生红移，表现出介电限域效应。用循环伏安法和光电流～电势曲线研究了介电限域效应对α－Ｆｅ_２Ｏ_３超微粒子电化学及光电化学性质的影响。循环伏安结果表明，表面修饰ＳＴ的α－Ｆｅ_２Ｏ_３超微粒子电化学可逆性较裸露粒子好。光电流－电位的关系表明，超微粒子周围的介质性质也影响了微粉的光电化学性质。     

微流控磁载酶级联传感器检测唾液中葡萄糖的研究

唾液中葡萄糖含量与血糖水平密切相关,可通过非侵入式采集、测定实现血糖的持续、准确监控。但唾液中葡萄糖含量极低,干扰组分众多,对分析方法的选择性、灵敏度、样品用量、响应时间等都提出更严苛的要求。本文通过戊二醛交联法在氨基化磁性微球上固定葡萄糖氧化酶(GOx)和辣根过氧化物酶(HRP),利用微流控磁载技术将磁性微球富集在微通道中,为GOx/HRP酶级联反应提供限域环境,基于此构建了高灵敏荧光增强的葡萄糖传感器,实现了唾液样品中葡萄糖含量的测定。在最优实验条件下,葡萄糖在0.01～100μmol/L浓度范围内与荧光强度有良好的线性关系,检出限为3.2 nmol/L,加标回收率为95.3%～103.1%,相对标准偏差小于4.5%。本方法样品用量少、响应时间短、选择性高、检出限低、线性范围宽,适用于人体唾液中葡萄糖含量的快速测定。