基于粗粒化模型对有机溶剂的分子动力学模拟

在基于Boltzmann分布对四种基本构象进行Monte Carlo取样后, 通过与全原子模型的范德华势比较得到了Gay-Berne (GB)参数. 又在对用量化计算得到的分子体系的电势进行电荷、偶极矩和四极矩的拟合后, 得到了电多极展开势(EMP)参数. 利用得到的粗粒化参数, 基于粗粒化模型, 对CHCl₃及四氢呋喃(THF)两种有机溶剂进行了分子动力学模拟(MDS), 并将结果同全原子模拟进行了比较. 计算结果表明用粗粒化模型从整体上能重复全原子模型的模拟结果, 但在某些细节的计算与全原子模型有偏差, 其原因可能是目前工作仅考虑了单位点情况, 为此今后在对具有复杂结构的分子进行粗粒化模拟时还应考虑合理放置及增加相互作用位点.     

乙烷质子传导膜燃料电池的极化与反应机理

制备了以乙烷作为燃料电池膜电极组装(MEA)及构建了单电池系统。研究了Nafion材料作为质子传导膜、Pt/C作为电极催化剂构成的燃料电池在105 ℃和0.4 MPa电化学性能。采用交流阻抗分析法、色谱分析法及根据Faraday定律,考察了电池的电极极化过程,确定了电池的反应产物并探讨了电极的电化学反应机理。研究结果表明,乙烷燃料电池内阻引起的欧姆极化很小,电池阴极的极化主要是欧姆极化过程所控制,阳极极化主要为活化和浓差过程控制,阳极极化比阴极极化显著,乙烷燃料电池的极化主要在阳极侧;在实验操作条件下,阴极反应产物为水,阳极反应的主产物为CO₂且含有少量的CO,电池反应产物不含乙烯。     

以硼氢化钠为还原剂化学镀镍的电化学研究

采用线性电位扫描伏安法研究了以硼氢化钠为还原剂的化学镀镍体系, 考查了镀液组成及工艺条件对化学镀镍硼阴、阳极过程的影响, 结果表明: 乙酸镍和硼氢化钠含量的提高分别促进了Ni²⁺的还原反应和BH₄^-的氧化反应; 乙二胺、氢氧化钠以及添加剂硫脲、糖精钠对阴、阳极反应均有不同程度的抑制作用, 同时添加剂中的硫元素加速了镍的氧化; 升高温度有利于阴、阳极反应的进行.     

拉伸过程中晶向对银单原子线形成几率影响的分子动力学模拟

采用基于原子镶嵌势函数的分子动力学方法, 模拟了银纳米线沿[100]、[110]和[111]晶向拉伸过程中的空间原子结构和性能. 研究结果表明不同晶向的材料力学性质有显著不同, 屈服应力按照[111]、[110]和[100]依次降低. 从形变位图观察到纳米线在断裂前形成单原子线排列. 由900个分子动力学模拟样本统计得出沿三个晶向形成单原子线的几率, 其中沿[111]晶向形成单原子线的几率明显高于其他两个晶向. 本文从形变机理阐述了单原子线生成几率与晶向的依赖关系.     

线性响应和两种态特定方法模拟AF350电子跃迁的溶剂效应

在极化连续模型框架下比较了线性响应与两种不同态特定方法计算的溶液中Alexa Fluor 350(AF350)分子激发能和光谱移动值的差异. AF350的第一激发态S0→S1电子跃迁属于π→π^*跃迁, 主要对应于最高占据分子轨道(HOMO)到最低空轨道(LUMO)的跃迁. 该分子激发态偶极矩大于基态偶极矩, 激发态时溶质溶剂相互作用比基态时更强, 随着溶剂极性增大, 会发生光谱红移的现象. 与实验值相比, 线性响应和两种态特定方法均高估了激发能, 其中以IBSF(Improta-Barone-Scalmani-Frisch)方法得到的激发能最小, 矫正的基态反应场方法(cGSRF)得到的激发能最大. 对于光谱移动值, 3种方法与实验值相比都偏小, 线性响应方法(LR)计算出的误差最大, 而IBSF方法得到的结果与实验值最吻合, 是预测溶液中AF350分子激发能和光谱移动值最准确的方法. 对比了Marcus传统理论和基于约束平衡的非平衡溶剂化理论的结果, 发现后者得到的激发能和光谱移动值更接近于实验值.     

自支撑NH2-MIL-125/聚噁二唑复合正渗透膜的制备及性能

合成了高强度亲水性含羧基聚噁二唑材料(POD-COOH)和含氨基金属有机框架材料(NH₂-MIL-125), 以NH₂-MIL-125为填料, 与POD-COOH基体材料进行溶液共混, 并通过溶液浇铸法制备系列新型自支撑复合正渗透膜, 研究NH₂-MIL-125的引入对复合正渗透膜结构和性能的影响. 研究结果表明, 所制备的系列复合正渗透膜均呈致密结构, 且随着NH₂-MIL-125含量的增加, 复合膜的表面亲水性增加、 电负性增强, 并保持良好的机械性能. 以去离子水为进料液, 1.5 mol/L硫酸钠溶液为汲取液, 对上述自支撑复合膜进行正渗透性能测试, 发现由于消除了传统正渗透膜支撑层的内浓差极化现象, 该新型复合正渗透膜在分离过程中具有优异的正渗透性能.     

应用极化水分子模型研究单分子层受限水的介电性质

受限条件下水的介电性质因测量极具挑战,其在诸多电化学过程与反应输运过程中如何扮演关键角色从未被定量地澄清.本工作利用平衡态分子动力学模拟和受限体系介电性质计算方法,系统性地探索了0.65 nm限域尺寸、5×10⁸ Pa限域压强、不同温度条件下单分子受限冰和受限水的介电性质.详细比较了恒定偶极矩SPC/E水分子模型和可极化的SWM4-NDP水分子模型在描述受限冰、水结构与介电性质上的优劣势,包括统计分析SWM4-NDP模型模拟的单分子层受限水和受限冰的瞬时分子偶极矩概率密度分布,计算每个模拟体系的静态结构因子、静态偶极空间关联函数、静态介电常数、体系偶极时间关联函数和德拜弛豫时间.首次发现了极化水分子模型描述的低维度受限水和受限冰的奇异分子极性变化,并观察到两种模型描述静态结构性质的效果相当,SWM4-NDP模型对于静态介电常数描述的优势会因受限条件的增强而被大幅削减.但在受限水介电极化弛豫动力学性质描述上SWM4-NDP模型明显优于SPC/E模型.我们推断SWM4-NDP模型在探索受限水结构相变动力学以及受限体系离子输运和溶剂化动力学等过程的模拟研究中是比SPC/E模型更好的选择.本工作将在进一步开展基于受限水系统储能、传感、输运的设计工作中提供一定的理论指导意义.     

高碳铬铁在氢氧化钠水溶液中电化学氧化过程

铬铁电化学氧化法是一种新的制备铬酸钠的方法,然而高碳铬铁在NaOH水溶液中的电化学氧化过程尚不明确。 采用循环伏安法(CV)、稳态极化法(LSV)等电化学测试方法对金属铬、高碳铬铁在NaOH水溶液中的电化学氧化过程进行研究,通过扫描电子显微镜(SEM)、能量散射谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)对高碳铬铁电解后固相产物表征,判断固相产物的组成。 结果表明,高碳铬铁不同于金属铬的电氧化过程,它在NaOH溶液中通过Cr(0)→Cr(Ⅵ)的电氧化方式生成铬酸钠,中间产物Cr(OH)₃和Fe(0)发生电化学反应生成稳定的FeCr₂O₄。 随着NaOH浓度的增加,电势较低时,受高碳铬铁中Fe(0)的影响,高碳铬铁容易在NaOH水溶液中发生钝化;当电势足够正时,钝化膜溶解,生成铬酸钠、氢氧化铁和亚铬酸亚铁,同时,阳极表面有氧气析出。 高碳铬铁电化学氧化制备铬酸钠的适宜条件:碱浓度≥2 mol/L,阳极电势≥1.6 V(vs.SCE)。     

共轭聚合物荧光纳米粒子研究进展

近年来,共轭聚合物荧光纳米粒子因其优异的光学性能,在化学、医学和环境科学等研究领域显示了极其广阔的应用前景.相比于传统无机半导体荧光纳米材料,共轭聚合物荧光纳米粒子具有结构多样性、功能可设计性、生物相容性好等显著优势.本文从共轭聚合物荧光粒子的制备方法、光学性能、表面功能化修饰出发,重点讨论了近年来共轭聚合物纳米粒子作为荧光探针在细胞成像及生物化学检测方面的研究进展,阐述了当前研究的主要发展方向和仍需解决的问题.     

不饱和酮亚胺叶立德的分子内共轭加成

对不饱和酮亚胺叶立德的分子内共轭加成进行了考察.以67%~99%的产率以及20∶1的非对映选择性得到相应的高度官能团化的3,4-二氢-2H-吡咯衍生物.