从电子流动观点看催化剂在有机反应中的作用

分析和总结了催化剂催化有机化学反应的4种基本方式,包括建立电子流动通道、改变电子流动属性、加强电子流动能力和稳定电子流动结果。本文旨在揭示有机化学反应中催化剂作用的本质,以便学生更加深刻理解并掌握有机化学反应。     

从头计算方法比较研究B_2Au_4,Al_2Au_4和BAlAu_4的几何和电子结构(英文)

Au/H相似性的研究是现代化学中的一个热门话题.我们从理论上报道Au/H相似的新成员:共价化合物B2Au4,离子化合物Al2Au4和BAl Au4.采用密度泛函和波函数理论方法对比研究了缺电子体系B2Au4、Al2Au4和BAl Au4的几何和电子结构.详细讨论了它们基态结构的轨道、适应性自然密度划分(Ad NDP)和电子局域函数(ELF)分析.计算结果表明稍微扭曲变形的C2B2Au4是基态结构,在这个共价化合物中含有两个B―Au―B三中心二电子(3c-2e)键.然而C3vAl+(Al Au4)-和C3vAl+(BAu4)-被研究证明是含有三个X―Au―Al三中心二电子键的类盐化合物(在Al2Au4中X=Al,BAl Au4中X=B).Al2Au4和BAl Au4是至今为止首例报道的在离子缺电子体系中含有金桥键的化合物.同时计算了B2Au4-、Al2Au4-和BAl Au4-阴离子基态结构的绝热剥离能和垂直剥离能,为实验表征提供依据.文中报道的金桥键为共价键和离子键相结合的缺电子体系提供了一个有趣的键合模式,有助于设计含有高度分散金原子的新材料和催化剂.     

高分子基金属复合材料的前沿应用

高分子基金属复合材料作为一种具有独特物理属性的功能材料,兼具金属的高导电导热性以及加工便利性。近年来,高分子基金属复合材料成为科技前沿热点。复合材料不仅在芯片堆叠、集成电路和系统集成等高精度封装中实现技术突破,而且为医疗传感装置、柔性显示屏和软体机器人的开发提供了新思路。本文系统介绍了高分子基金属复合材料,从工作性能、应用概况及市场分析等方面总结其在电子封装、柔性显示、医疗传感和电磁屏蔽领域的的研究现状。     

原子层沉积构筑Pd/TiO2限域催化剂及其在1,4-丁炔二醇加氢的应用

利用ALD制备了TiO₂限域的Pd催化剂, 研究了限域空间内Pd纳米颗粒与TiO₂的界面作用对1,4-丁炔二醇(BYD)加氢性能的影响. 相比于管外负载型催化剂, 限域催化剂在催化1,4-丁炔二醇选择性加氢反应中体现出非常高的催化活性和1,4-丁烯二醇的选择性. HR-TEM、 EDX-Mapping、 XRD、 XPS和H₂-TPR表征说明, 限域体系中Pd-TiO₂的界面相互作用强于传统TiO₂表面负载型Pd催化剂, 这种强界面作用不仅能够提高BYD的加氢活性, 也可抑制半加氢产物1,4-丁烯二醇的异构化和深度加氢, 提高1,4-丁烯二醇的选择性, 而且限域结构也可阻止管内壁Pd纳米颗粒的脱落, 提高催化剂的稳定性.     

利用GGA+U法研究Cu和X(X=Cl,S和O)掺杂纤锌矿GaN电子结构和光学性质

掺杂是改进半导体禁带宽度的常用手段,而单掺杂与共掺杂对提高体系光催化性能的程度各不相同,为了更清楚的了解哪种方法对光催化性能的影响更大,因此本文利用GGA+U超软赝势法对本征GaN、Cu单掺及Cu-X(X=Cl, S和O)共掺GaN体系的电子结构及光学性质进行了研究.结果表明：共掺体系更加稳定,且共掺体系中Ga—N键的共价性更强,说明杂质数量越多对体系的晶格畸变影响越大;杂质的引入使体系产生了杂质能级,从而减小了体系的禁带宽度,共掺体系中还出现了空穴富余的现象,这有利于电子-空穴对的分离,进而提高体系的光催化性能;与单掺相比,共掺体系的吸收光谱红移幅度更大,由此可以推测出共掺对改善体系光催化性能的效果更显著.     

推拉电子结构手性四配位硼的光学性质

圆偏振发光(Circularly polarized luminescence,CPL)有机分子是一类重要的手性光学材料,在有机光学和有机电子学等领域受到广泛关注。通过引入手性联萘基团和构建推拉电子结构的设计理念同时实施到双硼氮桥联联吡啶单元,发展出了一系列具有推拉电子结构的手性四配位硼分子。结果表明,改变给电子单元可以调节分子的发光现象,含有二苯胺(2a)和咔唑(2b)单元的分子展现出典型的聚集诱导荧光淬灭现象,而含有9,9-二甲基-9,10-二氢吖啶(2c)单元的分子具有特征的聚集诱导发光性质。手性联萘基团的引入使3个分子具有手性光学性质,展现出圆二色信号和圆偏振发光特性,它们的不对称因子均超过了1×10^-3,另外,改变给电子单元有效调节了手性分子的发光颜色。     

分级孔结构的Fe-N-C催化剂用于高效电催化氧还原

氧还原反应（ORR）是金属空气电池以及质子交换膜燃料电池（PEMFCs）系统重要的阴极反应,研究具有高活性与高稳定性的非贵金属催化剂具有重要意义。本研究使用了一种具有分级孔结构的MIL-101-(Al-Fe)作为金属前驱体模板,成功制备出具有分级多孔结构的Fe-N-C催化剂。电化学测试结果表明,在0.1 mol/L KOH电解液中,Fe-N-C-MIL-900催化剂表现出最优的氧还原性能（半波电位0.905 V以及5000圈CV测试后半波电位仅下降5 mV）,远高于纯碳基N-C-MIL-900催化剂（0.845 V）。通过旋转环盘电极测试发现,Fe-N-C-MIL-900催化剂ORR电子转移数为3.98,H2O2产率低于3%,表现出明显的4电子ORR路径。这一工作为制备具有高ORR活性的Fe-N-C催化剂提供了一种新的途径。     

初始微观结构缺陷和断裂的温度依赖及相关性

纳米线(NW)结构内的微观结构缺陷对NW的机械性能存在一定的影响。NW断裂位置的预测关系着纳米器件应用的寿命,进而引起了人们的广泛关注。在本工作中,基于统计分析,分别研究了单晶铜纳米线(Cu NW)拉伸过程中出现的断裂位置以及在应力屈服点处产生的初始微观结构缺陷(初始缺陷)的位置对温度的依赖性,进一步探究了两者之间的联系。利用分子动力学(MD)模拟了单晶Cu NW在20~300 K的温度范围内的拉伸状态,共包含6个体系,各温度体系包含300个独立的样本。基于机器学习,采用density-based spatial clustering of applications with noise (DBSCAN)算法,将hexagonal close-packed (hcp)原子划分为各个初始缺陷以进一步确定其位置。统计结果显示,当温度低于50 K时,初始缺陷的位置集中在NW的两端。随着模拟温度的上升,MD模拟结果展现了单晶Cu NW的拉伸过程中的杨氏模量、平均屈服应力、平均势能等机械性能对温度的依赖性。温度的升高进一步促使了更多初始缺陷的产生,并使得初始缺陷的位置由统计分布的两端向中间平均化。与初始缺陷相比,各温度下的断裂位置集中在两端。统计结果表明,模拟的温度范围对NW的断裂位置无明显影响,但对初始缺陷的产生具有明显影响。当温度低于100 K时,初始缺陷的位置分布与断裂位置分布呈现了一致性。由于两者具有不同的温度依赖,其差异随着温度的上升逐渐显现。对不同温度下的微观结构形变行为观察发现,断裂失效明显受到NW两端的表面效应和阻挡效应的影响。最终的断裂位置受塑性形变中后期的影响,与应力屈服区产生的初始缺陷无直接联系。     

热、力及其复合外场原位辅助熔融沉积成型技术研究进展

熔融沉积成型(fused filament fabrication, FFF)是典型的聚合物增材制造技术之一,因其原料利用率高,成型原理简单且成本低而受到广泛关注。然而,FFF技术采用逐层堆积的加工方式,导致其成型件的层间界面结合强度较弱、宏观力学性能呈各向异性,因此较少用于工业领域关键零部件的制造。为此,发展了外场原位辅助的FFF技术,借助热场、力场及其复合外场,原位促进FFF成型过程中的层间结合行为,进而提高FFF成型件的宏观力学性能。本文从FFF成型的层间结合现象出发,归纳无定形聚合物和结晶性聚合物的层间结合机理,概述热场和力场对层间结合的影响机制,综述各类热、力及其复合外场辅助FFF技术的研究进展,并讨论各类原位辅助技术对FFF成型件力学性能的改善与不足,最后展望该技术在材料、工艺与装置等方面的发展前景和趋势,为促进FFF技术的工程应用提供理论支撑和技术参考。     

金属氧化物中氧空位缺陷的催化作用机制

金属氧化物由于其良好的活性、选择性和稳定性,在实验和工业催化领域已被广泛研究,用于一些重要的反应过程如CO₂还原、水煤气转化、氮还原反应、析氧反应等。现已证明,很多金属氧化物的缺陷是发生催化反应的活性位点,其中氧空位缺陷的作用最具代表性。氧空位缺陷作为一种重要的点缺陷可以影响材料的局域几何结构和电子结构,从而影响其催化活性,因此具有非常重要的研究意义。本文从金属氧化物中氧空位缺陷的形成机制出发,介绍其分类及调控策略,重点综述了氧空位缺陷在热催化、电催化和光催化反应中的作用特点及催化反应机制,最后对具有非金属空位缺陷催化剂的潜在应用及未来挑战进行了总结与展望。