金属有机骨架薄膜材料的三阶非线性光学性能研究进展

金属有机骨架(MOFs)材料因其可设计的结构以及灵活可控的配位模式,在三阶非线性光学(NLO)领域引起了广泛的关注。与液体分散状态相比,MOFs在固体状态下的三阶NLO性能更为重要,这不仅可以深入了解MOFs本身所固有的光学性能,还有助于实现MOFs在光学器件中的实际应用。然而,由于散射的存在和透光率的限制,单独的MOFs材料难以直接实现固体状态下的三阶NLO性能研究,将MOFs制备成具有较好光学透过性的薄膜是研究其NLO性能最为可行的一种策略。MOFs薄膜不仅很好地继承了MOFs所固有的三阶NLO性能,而且还结合了薄膜的高透光率以及灵活的机械性能。基于此,本文分析总结了MOFs薄膜的制备方法及其NLO性能研究方面的相关工作,并根据目前MOFs薄膜在三阶NLO性能方面的研究现状对其未来发展予以了展望。     

以3, 5-二甲基-1H-1, 2, 4-三氮唑及对苯二甲酸根构筑的三维锌配位聚合物的合成、晶体结构及荧光性质

水热法合成了1个新颖的锌配位聚合物{[Zn₃(Hdmtrz)₂(1,4-bdc)₃]·2H₂O}_n(1,Hdmtrz=3,5-二甲基-1-H-1,2,4-三氮唑,1,4-bdc=对苯二甲酸根),对其进行了红外光谱、元素分析、X射线粉末衍射和热重分析等表征,并用X-射线单晶衍射法测定了配合物的单晶结构。该配合物属三斜晶系,P1空间群,晶胞参数为a=0.91797(18)nm,b=0.9833(2)nm,c=1.0717(2)nm,α=100.81(3)°,β=102.589(3)°,γ=106.90(3)°,V=0.8418(3)nm³,Z=1。该化合物为三维框架结构,拓扑类型为pcuα-Po简单立方格子,Schläfli符号记为{4¹²·6³}。室温固态荧光测试显示,配合物在471nm(λ_max)具有强的荧光吸收。     

热分解法和碳热还原法制备掺钨VO2 /云母复合粉体的热致变色性能

用溶胶凝胶法和喷雾干燥技术在云母微粉表面包覆了不同nW/nV的掺钨V2O5溶胶,分别采用热分解和碳热还原得到了掺钨VO2/云母复合粉体。通过XRD、SEM对复合粉体进行了物相组成、微观形貌的表征。将复合粉体添加到紫外光固化树脂中形成复合薄膜,通过FTIR测试了复合薄膜相变过程中的红外透过率图谱,并通过DSC测试了复合粉体的相变温度(Tt)。结果表明两种热处理方法均得到了VO2(M),VO2晶体以蠕虫状附着在云母表面,同时钨的掺入使云母表面的VO2颗粒更加细小。不同掺杂量的复合粉体均表现出较优异的热致变色性能,相变前后在2 200 cm-1波数处的红外透过率变化量(ΔTr)均超过20%。随着nW/nV增加,复合粉体的ΔTr逐渐减小,Tt逐步降低,同时相变陡然性减缓。     

Fe2O3/TiO2纳米管阵列的制备及其光催化性能

在钛基体上采用阳极氧化法制备了TiO₂纳米管阵列,采用化学浴方法在TiO₂纳米管阵列上修饰了Fe₂O₃纳米颗粒.利用扫描电镜、X射线衍射和紫外可见漫反射光谱等手段对材料进行了表征,同时测试了材料的光电化学性能及其光催化降解亚甲基蓝染料废水的性能.结果表明,Fe₂O₃纳米颗粒的修饰将TiO₂纳米管阵列的光响应拓宽至可见光区域,提高了光电流,Fe₂O₃/TiO₂纳米管阵列的光电流是未修饰的TiO₂纳米管阵列的9倍.而在光催化反应中,亚甲基蓝最高降解率可达80%,比未修饰的TiO₂纳米管阵列高出30%.     

Cu2+/Mn2+存在下白花丹素对人血清白蛋白构象的影响

用圆二色和拉曼光谱法表征了Cu²⁺或Mn²⁺存在下白花丹素对人血清白蛋白构象的影响。结果表明,白花丹素改变了人血清白蛋白的二级结构并降低了它的α-螺旋的含量。同时白花丹素也引起了二硫键的构象以及色氨酸和酪氨酸微环境的变化。在Cu²⁺或Mn²⁺存在时这种改变的趋势逐渐增强。     

2-亚胺吡啶镍配合物的合成、晶体结构及催化乙烯聚合

经过一系列化学反应,在吡啶环上引入特丁基及甲醛基,再与2,6-二异丙基苯胺反应生成2-（N-2,6-二异丙基苯亚氨基）亚甲基-6-特丁基吡啶（g）配体,并合成了相应的配合物[NiBr₂（g）]（h）。配合物h的单晶结构表明其为单配体单金属结构,属于正交晶系,a=1.52776（14）nm,b=1.60846（15）nm,c=1.83777（17）nm,晶胞体积4.5160（7）nm³,Z=8。在助催化剂MAO的作用下,考察了催化乙烯聚合特性,在0℃时,所得聚合产物中包括支化聚合物和齐聚物,其中支化聚合物的分子量M_w=1.09×10⁴,其支链大部分为甲基、丁基和长支链,支链密度为58.5。     

室温下制备以{211}晶面为主的Ti1-xVxO2薄膜及其可见光催化性能

以金属Ti和V作为靶材,采用直流反应共溅射技术在室温下制备了以{211}晶面为主的锐钛矿相Ti_1-xV_xO₂薄膜,研究了不同V靶功率对Ti_1-xV_xO₂薄膜的薄膜成分、晶相结构和可见光催化性能的影响。研究表明,Ti_1-xV_xO₂薄膜的晶相结构为锐钛矿相,择优取向为(211),而结晶度受V靶功率的影响。随着V靶功率的增加,薄膜中V元素含量逐渐增加,同时,晶粒和沉积速率也逐渐增加。另外,当V靶功率为150 W时,薄膜的表面粗糙度值有一个最大值。V的掺杂导致薄膜的能带间隙变窄,对光的吸收向可见光区偏移,从而有效地改善了薄膜的可见光催化能力。当V靶功率为150 W时,Ti_1-xV_xO₂薄膜的能带间隙值为 2.82 eV,其在2 h的可见光照射下分解了80%的RhB染料。这被归结于能带间隙窄,高能晶面{211}和结晶度高的共同作用。     

锂硫电池膨胀氧化石墨/硫复合正极材料的制备及其性能

以棒状石墨为原料,采用改良的Hummers法与热处理制备得到膨胀氧化石墨(E-GO),利用在酸性水溶液中归中化学反应的方法合成纳米尺寸的硫颗粒,使其嵌入到膨胀氧化石墨的内部,制备了膨胀氧化石墨-硫复合材料。采用红外光谱,X-射线光电子能谱表征了膨胀氧化石墨表面官能团的存在和种类;X-射线衍射分析结果表明生成的硫属于斜方晶结构;扫描电子显微镜和透射电镜分析证明了材料中硫的均匀分布。恒电流充放电结果表明该复合正极材料的首次放电容量为1 020 mAh.g-1,100周循环之后其容量还保持在650 mAh.g-1左右;材料的倍率性能和库伦效率优异,这可能得益于小尺寸的硫在材料中均匀分布,以及表面官能团对硫的固定化作用。     

骨架结构多孔TiO2薄膜增强染料敏化太阳能电池性能

以空心球状TiO₂为基体、以片状TiO₂为骨架,采用刮刀法制备了染料敏化太阳能电池的多孔TiO₂光阳极薄膜。光电转化效率测试结果表明,当作为骨架支撑材料的片状TiO₂含量为20wt%时,光阳极薄膜组装成太阳能电池的光电转化效率达到最高值4.53%,比商业P25制备的无孔无骨架TiO₂薄膜电池(4.06%)及无骨架结构的多孔TiO₂薄膜电池(4.17%)的性能均有显著提高。当片状TiO₂的最佳含量为20wt%电池薄膜厚度为33 μm时,太阳能电池光电转化效率进一步提升为7.06%。光电性能增强的原因是骨架结构有利于快速传输电子并增大染料吸附量。本研究通过设计制备具有骨架结构的多孔TiO₂薄膜为提高染料敏化太阳能电池性能提供了新的思路。     

二维半导体材料与器件——从传统二维光电材料到石墨炔

近年来,二维半导体材料由于其独特的材料结构和电子输运特性得到了科学界的广泛关注,被应用于光电器件、催化和生物传感器等领域。本文系统概述了传统二维材料以及新兴二维材料石墨炔的发现和发展历程。重点聚焦在二维材料在光探测器领域中的应用,探讨了不同二维材料体系及器件结构对光探测器性能的影响;并详细介绍了新兴二维材料——石墨炔,及其合成和应用。展望了传统二维材料及石墨炔在光电转换器件的应用中所面临的机遇和挑战。