钼酸根阴离子在增强聚苯胺包覆的镍钴层状氢氧化物的电容和析氧行为中的关键作用

理论容量大且过电位低的层状氢氧化物(LDHs)是极有前景的超级电容电池和析氧反应的电极材料;然而,体相LDHs的低电导率和活性位点不足增加了电极的内阻,降低了电极容量和产氧效率.本文采用两步法制备了聚苯胺包覆的MoO42?插层的镍钴层状双金属氢氧化物复合电极(M-LDH@PANI).随着LDH中MoO42?含量的增加,针状的LDH微球逐渐演化为具有较高比表面积的片状M-LDH微球,这为整个电极提供了更多的电化学位点.此外,非晶态的聚苯胺包覆提高了复合电极的电导率.在引入适量MoO42?插层离子时,M-LDH@PANI表现出显著强化的储能和催化性能.所获得的M-LDH@PANI-0.5在析氧反应中表现出优越的电催化活性(10 mA cm?2时的过电位为266 mV),作为超级电容电池电极则具有864.8 C g?1的高容量.采用M-LDH@PANI-0.5作为正极及以活性炭作为负极组装的超级电容电池在功率密度为8,300.0 W kg?1时能量密度为44.6 Wh kg?1,且具有优异的循环稳定性(10000次循环后保留83.9％的初始容量).本文为LDH基材料的阴离子插层改性增强材料性能的机理提供了一个非传统的解释.在上述研究基础上,采用射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)和比表面积测试(BET)等手段对样品进行了深入表征.XRD结果表明,MoO42?插层的LDH材料的层间晶面(003)的峰随着MoO42?含量的增加而逐渐消失,这是由于晶面间距越大越容易受到晶粒细化的影响,间距大的晶格更容易受到破坏,导致晶格的展宽和弱化,从而间接证明MoO42?的成功插层.SEM、HRTEM和BET测试结果表明,MoO42?的含量对材料的形貌和比表面积具有重大影响.利用XPS对样品的价态进行了研究,发现随着MoO42?含量的增加,Co和Ni的价态没有明显变化.电化学测试结果表明,电极的储能和催化性能随MoO42?含量的增加而先增加后减小.利用理论计算分析了MoO42?在LDH中的插层行为,发现少量的MoO42?有利于扩大LDH的层间间距,而过量的MoO42?则会与LDH的H原子结合,从而与电解液中的OH?竞争,导致复合电极的电化学性能下降.此外,MoO42?插层的片状微球能有效调节材料的去质子化能,大大加速电极表面的氧化还原反应.因此,MoO42?插层能够显著强化LDH基材料的超级电容电池电极和OER催化剂电化学性能.     

苯并䓛盘状液晶: 合成、柱状相和光物理性质

盘状液晶分子由稠环芳核和围绕的多条柔性链构成, 具有独特的自组装有序超分子结构、半导体性质和光学性质. 其可通过溶液或喷墨打印技术加工成为光电子薄膜器件, 具有低成本优势. 通过Suzuki-Miyaura交叉偶联和Scholl氧化环化策略, 合成了一系列新的具有苯并䓛结构的非对称酸酐、羧酸酯、酰亚胺和苯并咪唑稠环衍生物, 并对其液晶性和光物理性质进行了详细研究. 通过偏振光学显微镜(POM), 差示扫描量热法(DSC)和小角度X射线散射(SAXS)测试表明, 这些极性盘状化合物自组装堆积呈六方柱状(Col_hex)液晶相, 其中, 最宽的液晶温度范围达206 ℃. 官能团和共轭体系大小决定了相变温度和液晶范围. 荧光测试结果表明, 化合物溶液中绝对量子产率高达34%, 根据官能团不同, 这些化合物发蓝、绿和红光. 借助密度泛函理论(DFT)计算, 解释了该系列极性盘状液晶分子发光性质的差异. 基于本工作的合成方法, 从萘酸酐原料出发为构建结构多变、性质丰富的π-共轭(杂环)芳烃盘状液晶化合物提供了新途径.     

基于证据推理的电化学综合实验探究

盐桥的作用众所周知,如果“将铜锌双液原电池的盐桥换成铜片后,电路中还有电流吗？两液中的铜片到底发生了什么反应？”,基于这些问题,开发了一系列实验,利用观察到的各种证据,如:生成的沉淀、溶液颜色的变化、电极质量的改变、溶液pH和电流计指针偏转方向等,引导学生对各个电极变化的反应进行假设,并设计新颖实验逐步探究证实,依据宏观实验现象的证据,开展问题驱动式学习,以此培育学生的科学探究与创新意识。     

三唑环修饰的苯并菲二羧酸酯和酰亚胺: 合成、液晶及凝胶性

在盘状液晶分子外围柔性链中引入功能不同的基团, 是设计和合成具有良好液晶性能化合物的常用策略. 本工作从苯并菲2,3-二甲酸和酸酐出发, 通过亲核取代和点击反应, 分别合成了两类三唑环修饰的苯并菲二羧酸酯和苯并菲酰亚胺化合物. 热重分析仪(TGA)测试表明, 新制备的主要中间产物与目标化合物失重为5%时的温度在274~389 ℃之间, 均表现出良好的热稳定性. 我们通过差示扫描量热法(DSC)、偏光显微镜(POM)和变温X射线衍射(XRD)实验对这些化合物的热力学行为和介晶性进行了研究. 除三唑环修饰的酯3a和3b无液晶性外, 主要中间产物(2和5)与三唑环修饰的酰亚胺产物(6a和6b)均有一个六方柱状液晶相. 此外, 制备的以三唑为桥联基团的酰亚胺二聚体10为室温液晶, 具有173 ℃的液晶范围. XRD证实了该二聚体中存在有序度不同的两种柱状液晶相(Col_h1和Col_h2). 另外, 由于三唑环的引入, 三唑环修饰的酯类和酰亚胺两类化合物在某些有机溶剂中都能形成有机凝胶. 其中, 二聚体10在1,2-二氯乙烷和1,4-二氧六环中表现出优异的凝胶能力, 其临界凝胶浓度(CGC)可低至1 mg/mL. 相比之下, 不含三唑环的中间产物2和5则不能形成凝胶, 表明三唑环之间的偶极-偶极作用和液晶刚性核π-π堆积的协同作用对于超分子凝胶的形成起着重要的作用. 因此, 同时表现出液晶和凝胶性质的三唑环修饰的苯并菲2,3-二酰亚胺分子具有成为一种多功能材料的潜在应用价值.     

水基高分子固体润滑剂摩擦系数的响应曲面分析

用正交旋转试验设计，建立了一种比多元线性回归设计更简明的水基高分子润滑剂摩擦系数的数学模型．通过摩擦系数的响应曲面分析，可以确定润滑剂配方中各组分用量变化的优化水平，用图示法分析各组分间的交互作用和它们对润滑剂质量指标的影响．此外，利用响应曲面分析法还可为研究多组分复配润滑剂的润滑性能提供数理依据     

准晶体的研究进展

准晶体是一种介于晶体和非晶体之间的固体。按照其准周期维数的分类方法分为一维、二维、三维准晶体,具有力学性能、电学性能和磁性能。利用其优良的性能特点,可将其应用于表面改性材料和结构材料增强相中。对准晶体的基础研究主要在其原子结构测定、形成因素、成分预测、单质组元的寻找和物理性质的有效调控等方面;而应用研究主要包括其薄膜技术和微纳米化的研究等。     

Kerr非线性介质中聚焦像散高斯光束的传输特性

当高功率激光通过Kerr非线性介质传输时,Kerr效应会严重影响激光的传输特性.实际应用中常遇到像散光束.迄今为止,像散光束传输特性的研究大都局限于在线性介质中的传输,而在非线性介质中传输的研究较少,且还未涉及像散激光束通过含光学系统的Kerr非线性介质传输变换的研究.本文主要研究Kerr效应对聚焦光束像散特性和焦移特性的影响,以及聚焦像散高斯光束的自聚焦焦距和光束焦点调控.在光束扩展情况下,推导出了聚焦像散高斯光束在Kerr非线性介质中传输的束宽、束腰位置和焦移的解析公式,研究表明:在自聚焦介质中,随着自聚焦作用增强(如光束功率增强),光束像散越强,但焦移越小;在自散焦介质中,随着自散焦作用增强(如光束功率增强),光束像散越弱,但焦移越大.另一方面,在光束自聚焦情况下,推导出了自聚焦焦距的解析公式,研究表明利用光束像散可以调控光束焦点个数.     

GW/BSE级别下的非绝热动力学模拟揭示桥连化学键对调控酞菁锌-富勒烯给体-受体复合物激发态弛豫过程的重要作用

本文采用基于多体格林函数方法和Bethe-Salpeter方程(GW/BSE)的电子结构计算方法和非绝热动力学模拟研究了两种不同桥连化学键构型(5-6构型和6-6构型)的酞菁锌-富勒烯(ZnPc-C₆₀)给受体复合物的激发态性质及其弛豫过程. 对于6-6构型,ZnPc-C₆₀的最低激发态S₁态为光谱明态,即ZnPc的局域激发(LE)态,因此,6-6构型的ZnPc-C₆₀在光激发之后几乎不会发生电荷分离过程. 相比之下,5-6构型的ZnPc-C₆₀的S₁态是C₆₀的LE态,为光谱暗态,而作为光谱明态的ZnPc的LE态的能量更高. 而且,在ZnPc和C₆₀的LE态之间还存在若干电荷转移(CT)态. 因此,电荷转移会在从高能的ZnPc的LE态到低能的C₆₀的LE态的弛豫过程中发生. GW/BSE级别的非绝热动力学模拟结果进一步验证了电子结构计算的结论,并给出了相关过程的时间尺度：从ZnPc到C₆₀的超快激发态能量转移过程在前200 fs完成;随后发生的是由C₆₀到ZnPc的超快空穴转移过程. 本工作表明不同的桥连化学键模式(即5-6和6-6构型)可用于调节ZnPc-C₆₀给体-受体复合物的激发态性质及其光电性质. 与此同时,本工作证明了GW/BSE级别的非绝热动力学方法是探索非周期性给体-受体复合物、有机金属配合物、量子点、纳米团簇等复杂体系的光诱导动力学的可靠工具.     

有限域上一类高斯正规基复杂度的准确计算公式

通过刻画有限域上分圆数的性质,给出了有限域上一类高斯正规基复杂度的准确计算公式.进而证明了有限域F_(q~n)在F_q上的7型高斯正规基满足所给条件当且仅当n≠4.