采用优化的DFTB参数对铜(111)表面碳二聚化的分子动力学研究

针对铜表面化学反应,我们发展了一套铜-碳体系的密度泛函紧束缚(DFTB)参数。测试结果表明这套参数可以很好的描述吸附铜或碳原子前后铜表面的几何结构和能量。基于这套参数,我们对Cu(111)表面的碳二聚化过程进行了分子模拟研究。即使在高温下,直接的分子动力学模拟也很难观察到碳二聚体的形成。这是因为高温下铜表面显著的结构弛豫一定程度上阻止了二聚化。为了研究高温下铜表面碳二聚化的机理,我们进行了赝动力学模拟。发现在二聚化的过程中,碳原子形成C-Cu-C桥状结构以后,会绕中间Cu原子转动,最后形成碳二聚体。1300 K下碳二聚化的自由能垒约0.9 eV。     

氧化锌有序结构在Au(111)和Cu(111)上的生长（英文）

利用NO_2或O_2作为氧化剂,研究了氧化锌在Au(111)和Cu(111)上的生长和结构。NO_2表现了更好的氧化性能,有利于有序氧化锌纳米结构或薄膜的生长。在Au(111)和Cu(111)这两个表面上,化学计量比氧化锌都形成非极性的平面化ZnO(0001)的表面结构。在Au(111)上,NO_2气氛下室温沉积锌倾向于形成双层氧化锌纳米结构;而在更高的沉积温度下,在NO_2气氛中沉积锌则可同时观测到单层和双层氧化锌纳米结构。O_2作为氧化剂时可导致形成亚化学计量比的ZnOx结构。由于铜和锌之间的强相互作用会促进锌的体相扩散,并且铜表面可以被氧化形成表面氧化物,整层氧化锌在Cu(111)上的生长相当困难。我们通过使用NO_2作为氧化剂解决了这个问题,生长出了覆盖Cu(111)表面的满层有序氧化锌薄膜。这些有序氧化锌薄膜表面显示出莫尔条纹,表明存在一个ZnO和Cu(111)之间的莫尔超晶格。实验上观察到的超晶格结构与最近理论计算提出的Cu(111)上的氧化锌薄膜结构相符,具有最小应力。我们的研究表明,氧化锌薄膜的表界面结构可能会随氧化程度或氧化剂的不同而变化,而Cu(111)的表面氧化也可能影响氧化锌的生长。当Cu(111)表面被预氧化成铜表面氧化物时,ZnOx的生长模式会发生变化,锌原子会受到铜氧化物晶格的限域形成单位点锌。我们的研究表明了氧化锌的生长需要抑制锌向金属基底的扩散,并阻止亚化学计量比ZnOx的形成。因此,使用原子氧源有利于在Au(111)和Cu(111)表面上生长有序氧化锌薄膜。     

氧化锌有序结构在Au(111)和Cu(111)上的生长

利用NO₂或O₂作为氧化剂,研究了氧化锌在Au(111)和Cu(111)上的生长和结构。NO₂表现了更好的氧化性能,有利于有序氧化锌纳米结构或薄膜的生长。在Au(111)和Cu(111)这两个表面上,化学计量比氧化锌都形成非极性的平面化ZnO(0001)的表面结构。在Au(111)上,NO₂气氛下室温沉积锌倾向于形成双层氧化锌纳米结构;而在更高的沉积温度下,在NO₂气氛中沉积锌则可同时观测到单层和双层氧化锌纳米结构。O₂作为氧化剂时可导致形成亚化学计量比的ZnO_x结构。由于铜和锌之间的强相互作用会促进锌的体相扩散,并且铜表面可以被氧化形成表面氧化物,整层氧化锌在Cu(111)上的生长相当困难。我们通过使用NO₂作为氧化剂解决了这个问题,生长出了覆盖Cu(111)表面的满层有序氧化锌薄膜。这些有序氧化锌薄膜表面显示出莫尔条纹,表明存在一个ZnO和Cu(111)之间的莫尔超晶格。实验上观察到的超晶格结构与最近理论计算提出的Cu(111)上的氧化锌薄膜结构相符,具有最小应力。我们的研究表明,氧化锌薄膜的表界面结构可能会随氧化程度或氧化剂的不同而变化,而Cu(111)的表面氧化也可能影响氧化锌的生长。当Cu(111)表面被预氧化成铜表面氧化物时,ZnO_x的生长模式会发生变化,锌原子会受到铜氧化物晶格的限域形成单位点锌。我们的研究表明了氧化锌的生长需要抑制锌向金属基底的扩散,并阻止亚化学计量比ZnO_x的形成。因此,使用原子氧源有利于在Au(111)和Cu(111)表面上生长有序氧化锌薄膜。     

NO双分子和二聚体与Cu2作用的理论计算

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法，在Lanl2DZ基组下，对NO双分子和二聚体与铜原子簇相互作用的结构进行了研究. 结果表明，NO可以在铜表面相邻的两个铜原子上形成稳定的双分子吸附和二聚体吸附，而在双分子吸附形式中NO以氮原子吸附在铜上的构型最稳定，且顶点吸附的稳定性不如非顶点吸附形式.在二聚体吸附形式中， N－N键被加强，而N－O键被削弱的程度大于双分子吸附形式，说明二聚体的形成有利于NO在金属铜表面的直接分解.同时电荷布居分析表明，单重态的二聚体与铜作用时，铜原子上的平均电荷达到0.66 e,说明在这种吸附形式中铜被离子化的倾向较大，而且这种吸附形式最有利于NO的分解.这些结果说明NO经二聚体形式在铜表面直接催化分解是可行的.     

油页岩的~(13)C-NMR特征及FLASHCHAIN热解模拟研究

采用固体13C-NMR核磁共振技术表征了甘肃窑街矿区油页岩的碳骨架结构,分析并计算了油母质团簇化学结构参数,包括团簇平均碳原子数、芳碳原子数、脂碳原子数及芳环数。在热重红外分析仪(TG-FTIR)上进行了油页岩的热解实验,得到了热解产物的生成规律。结合样品的团簇化学结构参数,采用基于油页岩结构的FLASHCHAIN模型模拟其热解产物的生成过程;模拟结果与TG-FITR实验数据符合较好,印证了模型预测的合理性。     

CO32-对羟基乙叉二膦酸体系铜电结晶的影响

采用循环伏安和计时安培法研究了羟基乙叉二膦酸(HEDPA)镀铜液中铜在玻碳电极上电结晶的初期行为。结果表明：羟基乙叉二膦酸(HEDPA)镀铜体系中,铜的电沉积过程经历了晶核形成过程;当溶液中不含CO32-时,其电结晶按连续三维成核方式进行,而CO32-的加入,使得铜电结晶按瞬时三维成核方式进行;成核数密度都随着电位的提高而增加。这可能是CO32- -以第二配体形式进入HEDPA和Cu2+构成的络合结构,从而形成更稳定的络合物吸附在电极表面所致。     

固体碳的一种新形态——富勒烯

一富勒烯(Fullerene)的发现人类对碳元素的研究和应用亘古至今,源远流长。人们熟知碳有两种同素异形体——石墨和金刚石。直到80年代中期,发现了富勒烯碳原子簇,尤其是近年来,对富勒烯的结构、性质深入广泛地研究,确认碳元素还存在着第三种晶体形态,已是顺理成章了。碳原子簇的研究始于天体物理学家对宇宙尘埃形成的兴趣,为了模拟星际空间及恒星附近碳原子簇的形成过程,早在1942年O Hahn等用质谱法证实了原子簇C_n(n<15)的存在。1984年Rohlfing等用质谱仪研究在超声氦气流中以激光蒸发石墨所得产物时,发现碳可以形成n<200的C_n原子簇。当n>40时,簇中碳原子教仅为偶数,并且还发现C_(60)的质谱峰明显高     

全氟并五苯在半金属Ga表面的分子二聚化及自组装单层

利用超高真空扫描隧道显微镜(UHV-STM)和有机分子束沉积(OMBD)方法研究了全氟并五苯(perfluoropentancene,PFP)分子在半金属Ga表面的吸附和两维自组装. 在低覆盖度下单个PFP分子在Ga表面上表现出很高的迁移性. 在1分子单层(monolayer, ML)时PFP分子发生二聚化并在 Ga 表面上无序排列. 轻度热退火可导致PFP两维自组装: 二聚体排列为高度有序的一维分子带阵列, 带中 PFP二聚体排列为砖墙(brick wall)结构. 在高分辨 STM图中, PFP分子两端出现亮暗相反的圆形突起, 并且相邻分子的亮暗极性相反, 表明PFP分子带有电偶极矩, PFP二聚体带有电四极矩. 因此, PFP分子二聚体的形成机制可唯像解释为反向电偶极矩之间的静电吸引作用; 二聚体的砖墙排列结构可归结为同向电四极矩之间的静电排斥作用.     

羊毛铬青R-联吡啶光度法测定痕量铜

铜联吡啶羊毛铬青R在非离子表面活性剂存在下可形成两种组成不同的三元络合物。利用1:1:2络合物测定铜已有过报导。我们发现改用阴离子表面活性剂,并适当增大它的浓度后,可抑制1:1:2络合物的形成。据此,我们利用形成1:1:1络合物的反应,拟订了一个测定铜的新方法。羊毛铬青R(ECR)-联吡啶(BPY)-铜可形成两种组成不同的三元络合物,西田宏等研究了它的组成,并利用1:1:2络合物(Cu:BPY:ECR)测定铜。我们在研究1:1:2络合     

CuNaY分子筛的有效吸附位与其脱硫性能的关联性研究

以液相离子交换法制备了一系列不同Cu负载量的Cu Na Y分子筛;采用XRD及N2吸附-脱附表征分子筛的微观结构和织构性质,采用动态吸附法考察其对噻吩模拟油的吸附脱硫性能,结合NH_3-TPD和Py-FTIR方法对CuNaY分子筛的酸量和有效Cu~+物种进行定量分析,研究了CuNaY分子筛的表面酸性和铜物种形态结构对其吸附脱硫性能的影响机制。结果表明,通过改变铜负载量可有效调控改性Y分子筛的表面酸性以及铜物种化学形态;适量铜物种的引入可以最大限度的形成有效吸附位,从而获得最优吸附脱硫性能,而过量的Cu物种会在Y分子筛笼内形成多核铜物种结构,导致有效吸附位点的减少,影响其对噻吩的吸附能力。     

木质纤维类生活垃圾热解过程矿物质和碳结构的演化规律

使用水平管式炉,在不同热解温度(500~1 000 ℃)条件下对废纸屑和樟树叶两种木质纤维类生活垃圾进行了热解实验,分别采用X射线衍射(XRD)和拉曼光谱研究了样品所含矿物质和碳结构随热解温度的变化。结果表明,废纸屑和樟树叶含有的主要矿物分别为方解石和草酸钙,在500 ℃之前草酸钙全部转化为方解石,焦样中的方解石在800 ℃以后逐渐分解并形成生石灰。拉曼光谱对生活垃圾焦的碳结构变化非常敏感,低温热解时生活垃圾的大分子结构发生缩合和解聚,产生了孤立sp²碳原子,导致峰参数D1峰半高宽和峰面积比值I_D1/I_G逐渐增大;高温热解时晶体sp²碳原子增多,导致D1峰半高宽和I_D1/I_G逐渐减小。焦样的碳结构有序度随热解温度升高先降低后提高。     

NO双分子在Cu2O(111)面吸附与解离的理论研究

采用广义梯度密度泛函理论结合周期平板模型方法, 在DNP基组下, 研究了NO双分子在三重态和单重态两种电子组态下在Cu2O(111)完整表面的吸附情况. 考虑了Cu+(NO)(NO)、Cu+(NO)(ON)及Cu+(ON)(ON)这三种构型, 计算了它们的吸附能和Mulliken电荷, 分析并预测了吸附后可能产生的物种. 结果表明, 当两个NO分子都以O端吸附在Cu2O(111)表面时即Cu+(ON)(ON)构型, N—N键长很短, 只有124.4 pm, 吸附的两个NO分子形成了二聚体形式, 这种吸附构型有利于进一步离解产生N2或N2O并形成Cu-O表面物种.     

以四氟苯甲酸根及联吡啶为配体的铜配合物的合成、晶体结构及量子化学研究

水热条件下,合成了一个新的单核铜(Ⅱ)配合物[Cu(TFBA)(2,2′-bipy)(H2O)2](TFBA)(HTFBA=2,3,4,5-四氟苯甲酸,2,2′-bipy=2,2′-联吡啶),并通过元素分析、红外光谱,热重分析和X-射线单晶衍射对其进行了表征。铜(Ⅱ)分别与来自1个2,2′-bipy的2个氮原子、1个2,3,4,5-四氟苯甲酸根的1个氧原子和2个水分子中的2个氧原子配位,形成变形的四方锥的配位构型。配合物通过强的O-H…O氢键作用形成了二聚体结构,该二聚体又通过分子间弱的C-H…O氢键和C-H…π作用形成了一维链状结构。对配合物中[Cu(TFBA)(2,2′-bipy)(H2O)2]+进行了量子化学从头计算,探讨了配合物的稳定性、分子轨道能量以及一些前沿分子轨道的组成特征。     

4,4′-联吡啶桥联的三个铜有机膦酸配合物的合成、结构及磁性（英文）

在水热条件下,以N-氧化-2-吡啶膦酸(H2L)为主配体,4,4′-联吡啶(bpy)为桥联配体,合成了3个铜有机膦酸配合物:{[Cu(L)(bpy)0.5(H_2O)]·2H_2O}n(1),{[Cu(HL)2(bpy)]·4H_2O}n(2)和{[Cu2(L)2(bpy)]·3H_2O}n(3)。配合物1中,相邻的铜离子由2个膦酸根连成二聚体,二聚体之间通过bpy桥联成一维链。配合物2中,单核[Cu(HL)2]被bpy连接成一维链。配合物3中,四聚体[Cu2(L)2]2被bpy连接成"砖块状"结构的二维层。磁性研究表明,配合物1和3中铜离子之间存在反铁磁性耦合。     

内嵌金属碳氮化物团簇富勒烯的稳定性与生成机理

对新结构富勒烯金属包合物的探索是富勒烯领域中的研究重点。本文从内嵌团簇与富勒烯碳笼尺寸匹配的角度出发,对基于金属碳氮化物团簇的新结构富勒烯金属包合物进行了研究。通过量子化学计算研究了M_3NC团簇(M=Y,La,Gd)内嵌在D_2(186)-C_(96)和D_2(35)-C_(88)分子中所形成包合物的稳定性和电子结构,发现富勒烯碳笼接受内嵌团簇转移的六个电子形成了稳定结构。结合文献已报道过的Sc_3NC@I_h(7)-C_(80)分子,阐明了M_3NC团簇与富勒烯碳笼之间的尺寸匹配效应,并发现D_2(186)-C_(96)、D_2(35)-C_(88)和I_h(7)-C_(80)三种富勒烯碳笼均具有五元环均匀分布的结构特点。我们对富勒烯之间的转变路径进行了研究,提出了不含Stone-Wales异构化过程的富勒烯直接生成机理,即可以通过增加碳原子的过程使五元环重排,在保持稳定性结构单元的同时转变为更大碳笼。     

阴离子表面活性剂在水/正烷烃界面的分子动力学模拟(英文)

利用分子动力学模拟方法研究了阴离子表面活性剂在水/正烷烃(壬烷,癸烷和十一碳烷)界面的结构和动力学特点.十六烷基苯磺酸钠作为研究对象,其中苯磺酸基团在十六碳烷的第4号碳原子上,记作4-C16.分析了不同油相和特定盐度条件下正烷烃-表面活性剂-水体系的界面特点(如密度剖面图、界面张力和径向分布函数).模拟结果表明平衡模型体系展现了一个很好的水/正烷烃界面.当加氯化钠到水溶液中,正烷烃-表面活性剂-水体系的界面张力有微小的变化,有趣的是表面活性剂二面角的反式结构分数的变化联系着界面张力的微小变化.可见,表面活性剂在界面处的结构对降低界面张力起到重要的作用.此外,还发现表面活性剂的极性头与钠离子和水分子存在较强的相互作用.     

不同表面形貌Cu2O空心球的制备及光催化性能

采用一步溶剂热法,以Cu(NO_3)_2·3H_2O为铜源,乙二醇(EG)为还原剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,高温条件下制备形貌可控的Cu_2O空心球纳米材料。研究Cu(NO_3)_2·3H_2O与PVP的质量比值(w_(Cu(NO_3)_2·3H_2O)/w_(PVP))对Cu2O结构、形貌、比表面积以及光吸收特性的影响,并结合光催化机理讨论其对Cu_2O光催化性能的影响。此外,通过改变反应时间来研究Cu_2O的生长过程。结果表明,w_(Cu(NO_3)_2·3H_2O)/w_(PVP)=45时,得到的形貌为空心球表面覆盖纳米刺的Cu_2O纳米材料光催化性能最佳,在可见光辐照10 min的条件下,对甲基橙的降解率达94.3%。     

Cu(111)与Cu(110)上水煤气变换反应的微观动力学分析及Monte Carlo模拟

通过对Cu(111)与Cu(110)晶面上水煤气变换反应中基元步骤动力学参数的计算及表面氧化还原机理的Monte Carlo模拟,发现该反应为结构敏感反应,其表观活化能强烈地依赖于催化剂的表面结构,从而在一定程度上从分子水平阐明了催化剂表面结构对反应活性的影响.     

铜-(N-正十二碳酰双甘肽)配合物模拟SOD研究

合成一种新的SOD模拟物带功能基的长链铜()氨基酸配合物N-正十二碳酰双甘肽合铜[Cu(C₁₂-Gly-Gly)]和二-(N-正十二碳酰双甘肽合铜)[Cu(C₁₂-Gly-Gly)₂].用脉冲辐解法测定了其SOD样活性,发现Cu(C₁₂-Gly-Gly)₂的SOD样活性基本接近于天然SOD,达到了整体模拟SOD的效果.     

非水体系苯并咪唑及衍生物吸附的电化学表面增强拉曼光谱研究

应用电化学现场表面增强拉曼光谱(SERS)以及直接电化学合成技术分别研究了非水体系中苯并咪唑及2-巯基苯并咪唑在铜电极表面的吸附行为及其与三苯基膦(pph3)共存的表面过程.在较负电位区间苯并咪唑主要以分子形式吸附在电极表面.在较正电位区间,电极表面生成类高分子(CuBIM)n膜,具有缓蚀作用,对含有pph3的该体系,Cu+首先与pph3配位形成稳定的阳离子,进入溶液之后与BIM配位生成稳定的配合物,导致不能在表面有效地成膜而破坏了苯并咪唑的缓蚀作用.2-巯基苯并咪唑在Cu表面主要通过自组装单层方式在电极表面吸附,且在实验测试的电位区间内,MBI均是以S端与金属表面作用,其吸附取向随电位正移由倾斜逐渐向接近垂直过渡,并在金属表面形成MBI单分子层膜.pph3的加入不影响MBI在Cu电极表面的成膜行为.电化学现场模拟合成及产物结构组成解析为推断表面反应过程提供了直接证据.