氯参与的化学气相沉积金刚石的热力学分析

用非平衡热力学耦合模型研究了金刚石在Ｃ－Ｈ－Ｃｌ体系中的生长,计算所得Ｃ－Ｈ－Ｃｌ体系的金刚石生长的相图与大量实验结果符合良好,通过热力学分析讨论了氯的添加对提高金刚石薄膜生长速率及其质量的影响以及降低淀积温度的作用。     

添加氧影响下低压金刚石生长的条件

采用非平衡热力学耦合模型研究金刚石在CO-H₂、CO-O₂-H₂体系中的生长情况,计算不同氧含量下的金刚石生长相图,固定氧氢比考察压力变化对金刚石生长区的影响,讨论了不同氧氢含量对金刚石生长区的影响。与经典的平衡热力学理论计算所得的相图不同,本文的相图均有金刚石生长区,可以很好地解释低压下金刚石在气相中的生长,还可以用于指导低压金刚石生长的实验研究。     

不同压力下碳氢体系低压金刚石的非平衡定态系列相图

系统压力是低压金刚石薄膜生长实验中重要的实验参数，如果采用合理的计算方法定量化地预测出压力对金刚石薄膜生长条件的影响，则可以直接用于指导其实验研究。本文报道根据非平衡热力学耦合理论模型绘制了C-H体系金刚石生长投影相图，经与大量实验结果比较相一致，并系统地计算了压力变化的碳氢体系金刚石生长非平衡定态截面相图，得到了金刚石生长区随压力变化的规律。计算得到的相图与经典平衡相图有本质不同，均有金刚石生长区，因而可以合理解决金刚石低压下连续生长而石墨被腐蚀与经典平衡热力学之间的矛盾。本文的计算结果可以为金刚石生长实验提供定量化的压力条件的选择和优化实验条件。     

毫秒脉冲激光合成超细纳米金刚石

通过热力学和动力学的基本理论, 分析了毫秒脉冲激光照射石墨悬浮液合成超细纳米金刚石的机理. 在毫秒脉冲激光与石墨颗粒相互作用形成的碳蒸气羽中, 通过碳蒸气凝聚形成了金刚石核. 与纳秒脉冲激光相比, 毫秒脉冲激光具有较低的功率密度和较长的脉宽, 为金刚石核的生长提供了较小的过冷度, 使得金刚石核的生长速率减小; 而较小的生长速率也为金刚石表面形成sp2杂化结构提供了机会, 它可以有效降低金刚石核的表面能, 促使金刚石核稳定, 但表面的sp2杂化也阻止了金刚石核的外延. 以上两个原因决定了毫秒激光辐照石墨颗粒过程中只能获得超细的纳米金刚石.     

金刚石(111)光滑表面上甲基合成金刚石薄膜的成核生长机理

运用量子力学半经验分子轨道AM1方法,计算了金刚石(111)光滑表面上甲基合成金刚石薄膜的成核和生长反应过程的机理,给出反应体系和过渡态的能量.结果表明,甲基是金刚石(111)表面上金刚石成核和外延生长的有效生长成分.     

反应耦合现象和现代热力学分类系统

现代热力学的一个重要推论———反应耦合现象 ,长期来没有得到很好的论证 ,还引发了长期的争论 ,严重地阻碍着热力学在现代科学中的应用和热力学自身的发展。本文以激活低压金刚石气相生长为例 ,为反应耦合现象提供了定量化的证明 ,相应地建立了包含非平衡相图新领域的现代热力学完整分类系统     

Salen Zn对氨基酸甲酯体系的手性分子识别研究

用光谱滴定法测定了手性SalenZn与D-和L-氨基酸甲酸客体在CHCl3中的分子识别反应的缔合常数,其大小顺序为K(LeuOMe)>K(ValOMe)>K(AlaOMe);K(ThrOMe)>K(SerOMe)>K(TyrOMe);且X(D型)>K(L型).根据van'tHoff方程确定了反应体系的热力学函数,并对体系的熵-焓补偿关系和对映体选择性进行了讨论.用分子力学和量子化学方法,对体系 的识别行为进行了计算研究,从理论上对实验现象及识别过程的规律性给予了合理解释.     

氮化镓生长系统中源区反应的热力学分析和实验研究

本文报道化学气相淀积法生长GaN薄膜材料的Ga-HCl-NH₃载气体系的源区反应热力学分析和实验研究结果.     

粒度对纳米体系化学反应热力学性质的影响

为了研究纳米粒子的粒度对化学反应热力学性质的影响规律, 以球形原子簇来模拟纳米金刚石颗粒, 用量子化学方法对粒度不同的金刚石纳米粒子与氧气反应的热力学性质进行了计算. 结果表明, 粒度对多相反应的标准摩尔反应焓△rH0m、标准摩尔反应熵△rS0m、标准摩尔反应吉布斯函数△rG0m和标准平衡常数K0均有明显的影响, 随着反应物粒径的减小, △rH0m、△rS0m和△rG0m均降低,而K0增大. 这些影响规律与实验结果基本一致.     

金刚石(111)面上乙炔合成金刚石薄膜的成核机理

运用量子力学半经验分子轨道AMl方法计算乙炔作为生长基在金刚石(111)附氢表面上的吸附和成核过程,提出了两种可能的由乙炔合成金刚石薄膜的成核机理,探讨了其生长基作用.     

Al-Fe-P三元系的热力学优化

采用CALPHAD方法对Al-Fe-P三元系进行了热力学评估, 并根据相关的实验数据对边际二元系Al-P进行了热力学再优化, Al-Fe和Fe-P边际二元系的热力学参数取自之前的研究并做了局部调整. 根据相图数据和热力学数据优化了Al-Fe-P三元系的热力学模型参数, 获得了体系中所有相的Gibbs自由能表达式. 所得参数之间自洽且能很好地重现Al-Fe-P体系的大部分实验相图信息. 通过驱动力判据和本文优化所得的模型参数,从热力学上解释了该体系非晶形成能力与组成之间的关系.     

纳米金刚石球晶的激光溅射产生

以脉冲激光束溅射浸入水中的单质碳样品.观察到产生一种外形完美且具有金刚石结构的纳米碳球.研究中考察了处于固/液界面的各种碳源在脉冲激光作用下发生的变化,初步探讨纳米碳球的形成原因.研究结果揭示:对于表面悬挂键为其他基团所饱和的纳米碳粒,金刚石与石墨结构的热力学稳定性相近,并且当熔融碳的尺寸小至纳米级时,其表面张力能产生较高的压力,因此使它同样有可能凝聚成金刚石的结构.     

ZnO纳米片层结构的原位生长机理及热力学函数

采用绿色水介质体系一步合成了3种不同尺寸的ZnO纳米片层结构。 通过微热量技术获取其原位生长过程的热谱曲线,从动力学和热力学角度分析其生长机理;利用电化学方法测定了不同温度下纳米ZnO与块体ZnO原电池的电势差,结合热力学基本公式求算出ZnO纳米片层结构的热力学函数值,并与生长机理关联讨论。 结果表明,ZnO纳米片层结构的生长经历了先表观吸热后表观放热,放热减慢,最后到达放热平台的热量变化阶段。 标准摩尔熵、标准摩尔生成Gibbs自由能及标准摩尔生成焓均随着尺寸减小而逐渐增大。 本文为纳米材料的原位生长机理与热力学函数的关联研究提供了新的思路和方法。     

CH3CH2,CH3CHCl,CH3CCl2与NO2反应微观动力学理论研究

运用量子化学密度泛函理论UB3LYP/6-311+G*和高级电子相关校正的偶合簇(CCSD(T)/6-311+G*)方法,对CH3CH2,CH3CHCl和CH3CCl2自由基与NO2反应的机理和动力学进行了理论研究,得到了体系的势能面信息和可能的反应机理.根据计算得到的各反应热力学参数及反应能垒,采用传统过渡态理论计算了各反应在温度T=298 K和T=700 K时的速率常数.研究结果表明,该类反应均通过1个中间体和1个过渡态生成产物,产物分别为CH3CHO+HNO,CH3CHO+ClNO和CH3CClO+ClNO.     

n型金刚石薄膜催化生长碳纳米管

研究了n型金刚石薄膜作为催化剂生长碳纳米管的方法.首先采用丙酮裂解化学气相沉积(CVD)法制备均匀的n型金刚石薄膜,然后采用乙醇为碳源的CVD法,在850、900和950℃下,分别在n型金刚石薄膜上制备了碳球、竹节状碳管和多壁碳纳米管.所得产物用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱和X射线光电子能谱表征.实验结果表明产物的形貌与反应温度有关.我们还提出了与金刚石催化生长碳纳米管结果相符的实验机理.     

吡咯与HCl和CHCl3分子间Cl(C)-H…π型氢键的理论研究

运用量子化学从头算(ab initio)方法，采用6-31G(d，p)基组对吡咯和HCl单体进行优化，结果表明MP2／6-31G(d，p)计算结果与实验结果较吻合．然后采用MP2／6-31G(d，p)方法对吡咯-HCl体系以及吡咯-CHCl3体系的分子间Cl(C)-H…π型氢键进行了理论研究，并在MP2／aug-cc-pVDZ水平计算了氢键作用能．研究表明，吡咯与HCl分子和CHCl3之间形成了Cl(C)-H…π型氢键，吡咯与HCl分子的氢键相互作用使HCl中H-Cl键长增加，振动频率减小了149cm^-1(红移)；而吡咯与CHCl3之间的相互作用使CHCl3中的C-H键长减小，振动频率增加了33cm^-1(蓝移)．利用自然键轨道(NBO)分析表明电荷发生转移，吡咯-HCl体系中HCl得到0．0155e；吡咯-CHCl3体系中CHCl3得到0．0098e．     

高级氧化技术矿化水中三氯甲烷和二氯甲烷理论极限浓度分析

对环境安全性尤其是饮用水安全而言,通常认为的高级氧化技术(AOPs)"彻底降解"大多数有毒有机污染物的观点需应用化工热力学分析来检验.本文分别以三氯甲烷(CHCl3)和二氯甲烷(CH2Cl2)为模型体系,分析了不同氯代甲烷初始浓度、pH值和羟基自由基(·OH)浓度下,AOPs矿化水中氯代甲烷的平衡浓度(即矿化理论极限浓度).结果表明,CHCl3和CH2Cl2与·OH矿化反应的理论极限浓度均随着初始浓度的增加而增加,随着·OH浓度的增加而明显减小;CHCl3与·OH矿化反应的理论极限浓度随着pH值的增加而明显减小(pH3.0～3.5除外),CH2Cl2与·OH矿化反应的理论极限浓度在文献报道的·OH浓度下随着pH值的增加无明显变化,而在·OH浓度分别增至文献值的10和100倍时,CH2Cl2与·OH矿化反应的理论极限浓度随着pH值由2.0增至3.0和由3.5增至4.5而不断减小,由3.0增至3.5和由4.5增至5.0而增加.较高的·OH浓度,较高pH值(pH4.0～5.0)的酸性环境以及较低的初始浓度对氯代甲烷的彻底矿化更有利.     

用分子束研究.F(^2P)与CH3F和CH3Cl的化学反应

近年来, 我们在研究含氟烯烃和烷烃的红外激光诱导氧化和氯化反应的基础上, 深入研究了红外激光诱导卤代烷烃的脱卤化氢并生成: CF2卡宾和:CFCF3卡宾的反应[1-4]以往的研究往往是根据反应产物推论反应机理, 认为在反应过程中存在着卡宾中间体,但在实验中未能直接检测到. Kakimoto[5,6]曾报道过在流动体系中测到了.F+CH3F和.F+CH3Cl反应中:CHF和:CHCl的激光荧光激发谱, 但没有讨论卡宾形成的机理.Hirota[7]在讨论.F+CH3F反应时, 认为:CHF可能由攫氢过程产生而对于.F+CH3Cl反应同时生成:CHF和:CHCl未做说明. 本实验中用扩散分子束代替了流动反应体系, 从而大大减少了产物和反应物气体分子间的猝灭过程, 获得了信噪比大而清晰的图谱, 由此确证了:CHF和:CHCl的存在, 说明了.F+CH3Cl反应中自由基攫氢过程和偶合反应过程共存的反应历程. 这一结论对红外激光诱导一碳卤代宾化学反应机理研究有重要参考意义.     

氢键簇生长的反应动力学和统计力学理论

分析氢键的形成机理与缩聚反应在统计意义下的相似性,以AaDd型氢键体系为例,分别应用反应动力学方法和统计力学理论研究了氢键簇的生长过程.两种方法给出的结果一致,由此说明,高分子反应统计力学理论可以用来研究氢键体系.然后,给出了AaDd型氢键体系中质子给体和受体官能团的反应程度与体系Gibbs自由能等热力学量之间的解析表达式.进一步预言一些氢键体系可以发生溶胶-凝胶相转变现象,并给出可以描述相变过程的广义标度律.     

前言

<正>化学热力学是物理化学的重要分支学科.化学热力学应用热力学原理研究物质体系中的化学现象和规律,依据体系的宏观可测性质和热力学函数关系判断体系的稳定性、变化的方向和变化的程度.相平衡、化学平衡、热平衡、分子构象的稳定性、分子间的聚集与解离平衡等许多重要问题都需要用化学热力学的原理和方法进行判断和解决.化学热力学的主要特点是具有坚实的理论基础,其原理具有高度的可靠性和普适性,因此对理论研究和实际应用都有重要指导意义.化学热力学的研究范畴决定了它与化学乃至化学学科以外的其