氮氧自由基研究(ⅩⅫ)——哌啶氮氧自由基与卤代甲烷的接触电荷转移络合物及其光诱导的反应

本文应用UV法研究了哌啶氮氧自由基与卤代甲烷所形成CCT络合物及其光诱导的电子转移反应。实验发现,氮氧自由基π～π~*的吸收红移。所测得的络合稳定常数值很小,这与CCT络合物形成的特征相符。自由基2作为电子给体在四氯化碳中可发生光诱导的氧化还原反应,导致生成相应的哌啶羟胺盐酸盐;氧对反应的影响并不明显。对由CCT引起的反应机理进行了讨论。     

O3+与H2碰撞中非解离电荷转移过程的全量子计算

应用全量子的分子轨道强耦合方法，研究了基态的O³⁺(2s²2p ²P)与氢分子碰撞的非解离电荷转移过程，计算了不同方位角(25°，45°，89°)，能量分别为100，500，1000和5000eV/u时的单电子俘获的振动分辨的态选择截面及相应的微分截面.分子轨道强耦合计算中采用了自旋耦合价带理论计算的三原子分子势能面和径向耦合矩阵元.对氢分子的自身转动，采用无限阶的冲量近似方法；对体系的电子运动同H₂或H^+<     

Calculations of state-selective differential cross sections for charge transfer in collisions between O3+ and H2

The non-dissociative charge-transfer processes in collisions between O^3＋ and H2 are investigated by using the quantum-mechanical molecular-orbital coupled-channel （QMOCC） method. The adiabatic potentials and radial coupling matrix elements utilized in the QMOCC calculations are obtained with the spin-coupled valence-bond approach. Electronic and vibrational state-selective differential cross sections are presented for projectile energies of 0.1, 1.0 and 10.0eV/u in the H2 orientation angles of 45° and 89°. The electronic and the vibrational state-selective differential cross sections show similar behaviours： they decrease as the scattering angle increases, and beyond a specific angle the oscillating structures appear. Moreover, it is also found that the vibrational state-selective differential cross sections are strongly orientation-dependent, which provides a possibility to determine the orientations of molecule H2 by identifying the vibrational state-selective differential scattering processes.     

Paul阱中囚禁的低能Ar2+离子与Ar的电荷转移

在Paul阱中产生并选择囚禁了单一的Ar2 离子,得到低能Ar2 与Ar的电荷转移速率系数为5.84(0.677)×10-10cm3·s-1及其零氩气压强下的离子衰减速率为0.46 s-1,为下一步进行多电荷离子的亚稳态寿命研究提供了有价值的实验参考数据.     

类石墨碳修饰提高ZnO纳米棒阵列光催化活性和光稳定性的研究

半导体光催化是一种理想的太阳能化学转化绿色技术,可以实现水分解制氢和CO2光还原制备碳氢化合物燃料.氧化锌 (ZnO) 作为一种直接带隙半导体材料,一方面具有性能优异、价格低廉、易制备等优点; 另一方面因光腐蚀而不稳定,大大限制了该材料的实际应用.本文提出了一种简单易行的类石墨碳修饰方法,可以有效提高 ZnO 用于CO2光还原的光催化活性和稳定性.首先采用水热法在金属锌片基底上生长 ZnO 纳米棒阵列 (ZnO-NRA),然后通过葡萄糖水热法进行不同含量的类石墨碳 (C-x) 修饰,形成 ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构,同步实现碳包覆和碳掺杂.X 射线衍射结果表明,ZnO 纳米棒及ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构都具有良好的纤锌矿型 (Wurtzite) 结构; 而拉曼散射则清楚地证实了类石墨碳的存在.扫描电子显微观察显示,生长的 ZnO 纳米棒长度大约 2-5 μm,直径为 400-700 nm,沿方向[0001]生长,端部由六个规则的 (103)晶面组成,进一步直观佐证了 ZnO 的典型纤锌矿型结构特征.透射电子显微分析结果表明,ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构中类石墨碳包覆层厚度大约为 8 nm.ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构的 X 射线光电子谱分析结果验证了 C-C,C-O 和 C=O键的存在与碳的包覆层相对应; 而 C-O-Zn键的出现则是由于碳在 ZnO 中掺杂所引起.从紫外-可见吸收谱上可观察到ZnO 的典型吸收带边位置约为 385 nm,而碳的包覆和掺杂导致 ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构的吸收带边发生红移,并且吸收背底明显提高.电化学阻抗谱测试结果清楚地显示,ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构比单纯 ZnO-NRA 的电化学阻抗明显降低,说明类石墨碳包覆层大幅度提高了电导性能,从而有利于光生载流子的分离和传输.荧光分析结果也表明,与单纯的 ZnO-NRA 相比,ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构的荧光强度大幅度下降,进一步证实了 ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构比单纯的 ZnO-NRA更有利于光生载流子的分离和传输.光电化学测试结果表明,ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构的瞬态光电流 4 倍于单纯的ZnO-NRA,而 CO2 光还原性能测试也得到一致的结果.长时间多循环 CO2 光还原实验证实,ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构具有稳定的光催化活性和极好的光稳定性.综上,我们利用一种简单易行的水热法进行类石墨碳修饰,成功开发了 ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构,该结构因其优异的光生电子和空穴的分离和迁移性能,从而具有显著提升的CO2光还原活性和光稳定性.本工作证明,类石墨碳修饰是一种可以广泛借鉴的有效提升半导体材料光催化活性和光稳定性的可行方法.     

金/铜纳米异质界面的电荷转移等离激元调控

金属纳米结构由于其独特的局域表面等离激元共振现象而倍受关注,对催化、传感、纳米医学以及光学器件等具有重要意义.电荷转移等离激元共振强烈依赖于纳米单元间的导电结点,可产生频率连续可调的共振光吸收和光散射,为获得高度局域化的增强光磁场和光热效应提供了可能.然而,受制于已有构筑手段和有限的结构种类,相关研究仍处于初级阶段.针对此,本工作发展了一种十分简单、有效的Au/Cu纳米异质结点调控策略,利用廉价易得的天然DNA分子在金纳米粒子“种子”表面发生非特异性吸附,有效控制铜在金表面发生异相成核时的相间接触面积,得到导电结点宽度连续可调的电荷转移纳米粒子二聚体.实验光谱和理论模拟显示,结点宽度、铜和金纳米粒子的尺寸是决定电荷转移等离激元性质的重要参数,其分别可由DNA吸附量、Cu²⁺加入量和金纳米粒子尺寸加以控制,进而实现共振波长在可见至近红外区的宽广调节.通过与其它吸附分子对比证明了DNA吸附调控模式的独特性.这种具有可调控导电结点的双金属纳米异质界面为实现电荷转移等离激元共振与催化和传感等功能的集成以及相关应用探索奠定了重要基础.     

联吡啶钌配合物[Ru(Htcterpy)X3]3-[X=NCS,CN,Cl]的电子结构和光谱性质的理论研究

利用DFT中的B3LYP方法优化了3个联吡啶钌配合物[Ru(Htcterpy)X3]3-[tcterpy=4,4',4"-tricarboxy-2,2'∶6',2"-terpyridine, X=NCS(1), CN(2), Cl(3)]的基态几何结构, 得到的几何参数与实验结果吻合得很好. 采用TD-DFT方法, 得到了配合物1~3在气态和溶液(乙醇溶液和水溶液)中的激发态电子结构和电子吸收光谱. 利用SCRF方法中的CPCM模型来模拟溶剂化效应. 研究结果表明, 配合物1~3在气态和溶液中的吸收跃迁性质相似, 低能吸收均被指认为MLCT和LLCT的混合跃迁, 高能吸收均被指认为三联吡啶配体内的π→π*跃迁. 溶剂化效应使配合物1~3在溶液中的吸收光谱蓝移.     

Li掺杂少层MoS2的电荷分布及与石墨和氮化硼片的比较

基于第一性原理计算, 研究了Li掺杂的少层(1-3层) MoS₂的电荷分布, 并与石墨片和BN片的电荷分布特征进行了比较. 与石墨片和BN片相同的是: 电荷转移的大部分只发生在Li与最靠近Li的第一层MoS₂之间. 然而, 第二层和第三层MoS₂也能获得10%的转移电荷, 而石墨片和BN片的第二层和第三层得不到2%的电荷. 结合静电能和功函数的分析可知, MoS₂、石墨片和BN片的电荷分布主要由层间的静电相互作用和功函数来决定. 这些研究结果对于揭示具有多层结构的电荷分布特征及其电子器件的设计提供了理论支持.     

钼、钨四重键化合物电子光谱的含时密度泛函理论研究

运用含时密度泛函理论(TD-DFT),对具有代表性的钼、钨四重键化合物M2Cl4-8,M2Cl4(PMe3)4,M2(O2CCH3)4和M2(PhNCHNPh)4(M=Mo,W)的低占据电子激发能进行了计算,系统地考察了局域(LDA)、离域(GGA)和杂化(Hybrid)泛函对金属四重键化合物中d-d跃迁和电荷转移跃迁...     

D-A结构的9,9-二芳基芴类发光材料的合成、表征及性能

设计合成了一系列以三苯胺结构为核心的具有推电子-拉电子(D-A)结构的9,9-二芳基芴类有机小分子. 研究了介质极性对吸收与发射光谱行为的影响及分子结构与其发光能力的关系. 该类化合物荧光发射波长范围在430-530 nm. 并在特定极性溶剂中观察到双重荧光现象. 溶剂效应显示该类化合物随着介质极性的增加, 分子内电荷转移态(ICT)的荧光发射峰波长先红移后蓝移且荧光强度降低, 表现出扭曲的分子内电荷转移(TICT)行为. 该类化合物的最高占有分子轨道(HOMO)能级位于-5.24 - -5.50 eV, 且可以通过改变取代基电负性的强弱来调节. 所得化合物的玻璃化转变温度为192-206 °C, 热重分析(TGA)表明化合物的热分解温度都在400 °C以上, 具有良好的热稳定性.