氧化还原媒介体分子调控锂-硫电池硫正极性能研究进展

锂-硫(Li-S)电池具有较高的理论比容量(约1 675 mAh·g^-1)和能量密度(约2 600 Wh·g^-1),被认为是继锂离子电池之后最有前途的下一代高能量密度电池.Li-S电池在实现产业化之前需要克服硫正极诸多技术瓶颈,主要有硫的导电性差、多硫化物的穿梭效应与硫电极体积膨胀等.本文着重梳理了氧化还原媒介体分子在硫正极改性研究上的进展,并对硫正极的未来发展趋势进行了展望.     

金属异头碳效应

异头碳效应是有机化学中经典立体电子效应的重要组成部分。异头碳效应可以解释吡喃糖中异头碳上电负性较大的取代基倾向于占据直立键,而非立体位阻更具优势的平伏键的现象。本文简要回顾了异头碳效应的发展历史及其重要应用,重点介绍了有机糖化学前沿的金属异头碳效应。当吡喃糖中异头碳上连接金属元素时,可以通过改变金属的种类、价态、配体以及底物结构有效调控金属异头碳效应。通过科研反哺本科教学,有助于化学相关专业学生进一步加深对金属异头碳效应这一新兴研究领域的理解和认识。     

羧酸甲乙酯中羰基17O-NMR化学位移研究

提出了计算羧酸甲乙酯中羰基¹⁷O-NMR化学位移的公式：δ_cal（¹⁷O）=360.0+Δα+Δβ+Δγ,通过线性回归法确定了22种取代基参数.经回归检验表明该公式计算结果置信度为99.5%,与实验值的偏差Δδ在5.0以内的羰基¹⁷O-NMR化学位移计算值~100%.     

脂肪胺类化合物氨基15N NMR化学位移规律的研究

提出了计算脂肪胺类化合物的¹⁵N NMR化学位移的经验公式：δ_cal（¹⁵N）=-380.2+ΣΔα+ΣΔβ+ΣΔγ+ΣΔδ+ΣC,结合最小二乘法通过线性回归得到了11种取代基参数,计算结果以133种化合物的133个¹⁵N NMR化学位移数据为样本点进行回归检验,置信度为99.5 %,约有94.7 %的¹⁵N NMR化学位移计算值的计算误差小于5.0（相对误差小于0.5 %）.     

氮硫共掺杂TiO_2的光电荷分离效应及其光催化性能研究

以硫脲为掺杂剂,采用溶胶-凝胶法制备了氮硫共掺杂TiO2(N,S-TiO2)。用比表面孔隙仪(BET)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)和X射线光电子能谱(XPS)对制备的光催化剂进行了表征,用表面光电压仪(SPS)和捕获剂研究了光催化剂的光生电荷分离效应。以甲基橙为模拟污染物,在模拟自然光照射下考察了样品的光催化性能。结果表明:硫脲/Ti的摩尔比为30%所制备氮硫共掺杂TiO2具有较高的光催化活性,光催化活性是纯TiO2的5倍。氮硫共掺杂使TiO2具有更高的比表面和光生电荷分离效应,从而有利于提高光催化活性。     

利用基于Gouy-Chapman模型的离子有效电荷定量表征离子特异性效应

离子特异性效应在固-液界面反应中是普遍存在的. 近期研究指出, 在较低电解质浓度的某些体系中, 离子特异性效应可能并非来源于色散力、经典诱导力、离子半径或水合半径的大小等, 而是界面附近强电场中的离子极化作用. 这种作用可使界面附近的吸附态反号离子被强烈极化(高达经典极化的10⁴倍). 强烈极化的结果将导致离子在界面附近受到的库仑力远远超过离子电荷所能产生的库仑力, 这体现在离子的有效电荷将远大于离子的实际电荷. 因此胶体体系中基于这种强极化的离子有效电荷可以用来定量表征离子特异性效应的强度. 本研究在蒙脱石-胡敏酸混合悬液凝聚过程中发现了Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Cu²⁺四种离子的离子特异性效应, 提出了基于激光散射技术测定离子有效电荷的方法, 并成功获得了被强烈极化后的离子有效电荷数值. 实验测得的Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Cu²⁺四种离子的有效电荷值分别为: Z_{Na(effective)}=1.46, Z_K(effective)=1.86, Z_{Ca(effective)}=3.92, Z_{Cu(effective)}=6.48.该结果表明: (1) 离子在强电场中的极化将大大提高离子的有效电荷, 从而极大地增强离子所受的库仑作用力;(2) 离子的电子层数越多, 离子极化越强烈, 离子的有效电荷增加越多.     

气体节流膨胀过程的热力学分析

探讨气体节流膨胀过程中的熵(S)的变化,指出任何气体的节流膨胀都是熵增过程,并且是不可逆的。在此基础上,讨论和总结了节流膨胀过程的全部热力学特征。     

载体表面酸碱性质对无碱水溶液中Au催化的甘油氧化反应产物选择性的调控作用

甘油(GL)是一种重要的生物平台分子,通过催化选择氧化反应将其转化为具有高附加值化学品是可持续发展化学化工的重要课题之一.以Au为催化剂的GL水相选择氧化反应可以生成甘油酸(GLA)、二羟基丙酮(DHA)、羟基丙二酸(TTA)、羟基乙酸(GCA)和乳酸(LA)等多种产物.通常,该反应需要碱(NaOH)存在时才能进行,产物往往以GLA为主(选择性40%-70%),副产物主要有GCA, TTA和草酸(OA).一般认为,可溶性碱(OH-)是通过夺取GL分子中羟基上的质子而诱发反应的.尽管在Au催化的反应体系中从未检测到有甘油醛(GLD)生成, GLD和/或DHA被认为是该反应的中间物种.本课题组前期工作表明,氧化物(TiO2, Al2O3, ZrO2, CuO等)负载的纳米Au催化剂能够在无碱(无外加OH-)水溶液中选择性催化GL氧化生成DHA(而不是GLA).因此, OH-的存在与否很可能会改变水溶液中Au催化剂上GL氧化反应的途径.本文试图回答当GL的水溶液中不存在NaOH时, Au催化剂载体的表面酸碱性质是否也会对GL氧化反应的选择性产生调控作用.我们选用Mg/Al比(x)不同的MgO-Al2O3样品为Au催化剂的载体,以尿素为沉淀剂,采用沉积沉淀法制备了相应的Au/MgO-Al2O3(x)催化剂样品.采用X射线衍射、电感耦合等离子体-原子发射光谱仪、透射电镜以及N2吸附-脱附等温线等对MgO-Al2O3(x)和/或Au/MgO-Al2O3样品的物相、元素组成、Au颗粒大小以及比表面积等进行了表征分析;采用NH3和CO2程序升温脱附(TPD)分别对MgO-Al2O3(x)载体表面的酸、碱性进行了测定. NH3-TPD和CO2-TPD结果表明,随着Mg/Al比x从0增加至4.8, MgO-Al2O3(x)的表面酸量从0.94降到0.20μmol/m2,而其表面碱量却从0.05剧增至0.80μmol/m2.因此,载体中MgO含量越多或Mg/Al比越大,其酸性越弱而碱性越强.在无碱水溶液中的催化反应结果表明, Au/MgO-Al2O3(x)上GL氧化反应的主要产物为DHA, GLA以及GCA等.随着x值(催化剂表面碱性)不断增大,产物DHA的选择性从约80%下降到10%左右,而GLA的选择性却从约4%增加至约50%.当载体为酸性最强的Al2O3(x =0)时,产物DHA的选择性为最高(80%).由此可见,载体表面的酸碱性质决定了无碱水溶液中Au催化剂上的GL氧化产物的分布. 此外,当保持Au粒子的尺寸基本不变(如3.1或6.6 nm左右),而改变载体的酸碱性质时, Au/MgO-Al2O3催化GL氧化反应的活性(TOF)可相差8-9倍.本文还通过改变Au/MgO-Al2O3样品焙烧温度,制备了表面酸碱性质相同而颗粒大小不同的三个Au/MgO-Al2O3(0.2)催化剂,考察了Au粒径对GL氧化反应选择性的影响.在这三个催化剂上, Au颗粒的平均尺寸分别为2.8,3.2和6.6 nm, GL氧化反应的产物选择性近乎相同(DHA和GLA的选择性分别为65%和15%左右),但平均尺寸为6.6 nm Au粒子的催化活性(TOF)是3.2 nm Au粒子的1.6倍,2.8 nm Au粒子的2.7倍.因此,本文建立了载体表面酸碱性质与无碱水溶液中GL氧化产物选择性之间的关系,通过改变载体表面酸碱性质实现了对无碱水溶液中Au催化剂上GL氧化反应选择性的调控.尽管载体酸碱性质和Au粒子尺寸都对Au/MgO-Al2O3催化剂的本征活性有重要影响,但载体酸碱性质的影响更显著.     

La(Ⅲ)-乙醇溶液微团簇理论和光谱研究

利用分子光谱和基于密度泛函理论的第一性原理,采用改进的TPSSTPSS泛函方法对C、H、O原子用6-31G基组并添加极化和弥散函数,对La原子选用Def2-SV(P)赝势基组,研究La3+/乙醇溶液微团簇构型。优化计算La3+在水溶液中的溶剂化结构,得出气相中的优化结果可以近似代替液相结果的结论;理论优化计算La3+/乙醇溶液可能存在的结构构型的结果表明,溶剂化数n=6时结构最稳定。采用荧光光谱和核磁共振实验对结果进行了验证,表明La3+的加入使荧光强度显著增强,在高浓度时生成的团簇构型比较稳定,且随着溶剂化数目的增加,O—H键长增大,La3+使其附近的质子产生强大的屏蔽效应,化学位移向高场移动,溶剂化数n=6时绝对误差最小,最稳定,与理论计算结论相吻合。     

有机场效应晶体管应用于化学及生物传感的研究进展

有机场效应晶体管(OFETs)是以有机半导体材料作为有源层的晶体管器件。和传统的无机半导体器件相比,由于其具有成本低、易加工、柔性好和生物相容性而被人们广泛研究,在多种化学和生物传感器领域具有潜在而广泛的应用前景。本文简单介绍了OFETs的结构和工作原理,总结了近几年来OFETs在化学及生物传感方面的研究进展,最后对OFETs的发展方向做了归纳和展望。