4-硝基咪唑A-带激发态结构动力学

通过共振拉曼光谱实验和量子化学计算的方法研究了4-硝基咪唑(4NI)A-带激发态衰变动力学. 对4NI的振动光谱、紫外电子吸收光谱、荧光光谱和共振拉曼光谱进行了指认. 在全活化空间自洽场法(CASSCF)/6-31G(d)计算水平下获得了单重激发态S₁(n_Oπ^*)和S₂(ππ^*)和势能面交叉点S₁(n_Oπ^*)/S₂(ππ^*)的优化几何结构和能量, 分析了A-带共振拉曼光谱的强度模式特征, 获得了短时结构动力学, 并结合全活化空间自洽场法(CASSCF)理论计算结果确定了4NI 在S₂(ππ^*)态衰变通道主要是S_{2, FC}→S_{2, min}(ππ^*)→S₀辐射弛豫.     

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.     

嵌段共聚物相容剂对聚合物共混体系力学性能影响的连续介观模拟

结合介观动力学方法和三维弹簧格子模型, 研究了嵌段共聚物相容剂对相容性较差的聚合物二元共混体系力学性能的影响. 在适当范围内不断增加嵌段共聚物相容剂的用量, 研究了相容剂含量对体系杨氏模数及拉伸强度的影响, 同时也对不同体系材料的破碎位点进行了分析. 结果表明, 未加入相容剂的二元共混体系在拉伸模拟中表现出较低的拉伸强度, 而适量添加相容剂可以显著提升材料的拉伸强度, 随着相容剂含量的增加, 共混体系的破碎位点会发生转移并最终改善材料的整体性能. 而相容剂的加入对体系杨氏模数的影响较小. 该连续模拟方法为关联聚合物复合体系的微观结构和宏观力学性能提供了一条高效的途径.     

超高效液相色谱-质谱联用技术同时检测大鼠血浆中蒿甲醚及其主要代谢产物双氢青蒿素

为了研究蒿甲醚在大鼠体内的药代动力学行为,应用液液萃取-超高效液相色谱-单四极杆-静电场轨道阱串联质谱技术,建立了高灵敏度的大鼠血浆中蒿甲醚及其主要代谢产物双氢青蒿素的分析方法.以青蒿素为内标(Internal standard,I.S.),在正离子Targeted-MS2检测模式下对蒿甲醚和双氢青蒿素进行定性和定量分析.检测离子对分别为m/z 316.2115/163.1117(蒿甲醚)、m/z 302.1958/163.1117(双氢青蒿素)和m/z300.1803/209.1536(I.S.);蒿甲醚和双氢青蒿素在2～200 μg/L范围内线性关系良好(R2＞0.9990);检出限为0.8 μg/L;定量限为2.0μg/L;加标回收率分别为93.7％～103.7％和97.4％～ 104.7％;相对标准偏差均小于9％.本方法快速灵敏,重现性好,可用于蒿甲醚体内药代动力学研究.     

Rh（III）催化的N-甲氧基苯甲酰胺系列物选择性C-H氰基化反应

采用了最近热门的Rh(III)催化C?H键活化方法,以N-甲氧基苯甲酰胺系列物为反应底物, N-氰基-N-苯基对甲苯磺酰胺(NCTS)为氰基化试剂,高效合成了含氰基官能团产物。结果表明,该反应在碳酸银存在下,使用二氧六环作为反应溶剂,于80°C反应8h生成的邻位氰基取代的N-甲氧基苯甲酰胺的产率较高。进一步研究表明,该反应具有好的区域选择性和底物/官能团适应性。一系列机理实验研究表明,该反应可能采用了一个内部的亲电取代机制及使用了C?H键切割步骤作为关键限速步骤。考虑到该反应产物包含有价值的结构单元-N-甲氧基甲酰胺和氰基取代基,因而有望用于现代有机合成中。     

介质阻挡放电甲醇脱氢偶联一步合成乙二醇反应中氢气的催化作用

利用原位发射光谱表征和在线色谱分析,研究了甲醇介质阻挡放电脱氢偶联一步合成乙二醇反应中氢气的催化作用,考察了放电频率、甲醇和氢气进料量以及反应压力的影响.结果表明,在介质阻挡放电产生的非平衡等离子体中,H2不但能显著提高甲醇转化率,而且能显著提高乙二醇的选择性.在300°C,0.1 MPa,反应器注入功率为11 W,放电频率为12.0 k Hz,甲醇气体进料量为11.1 m L/min,氢气进料量为80–180 m L/min的条件下,甲醇转化率接近30%,乙二醇选择性大于75%.乙二醇收率与激发态氢原子的Hα谱线强度之间存在同增同减关系.由此推测,氢原子是起催化作用的活性氢物种.活性氢物种的生成途径是:基态氢分子通过与电子碰撞变成激发态,激发态氢分子通过第一激发态氢自动解离为基态氢原子.放电反应条件通过影响氢分子解离来影响氢气的催化作用.氢气在非平衡等离子体中显示的催化作用有可能为开辟新的化学合成途径提供重要机遇.     

水对Ni/MgAlO催化丙酮加氢的影响

研究了H2O对Ni/MgAlO催化剂上丙酮加氢为异丙醇的催化反应的影响。结果发现,在丙酮中添加少量H2O可提高丙酮转化率,但超过5%的H2O量则会显著降低催化剂活性。吸附量热结果表明,催化剂表面吸附少量H2O会明显降低异丙醇的吸附热,但对丙酮吸附热的影响较小,这也许是反应体系中少量的H2O能促进丙酮加氢活性的原因之一。当催化剂表面吸附较多H2O后,丙酮、异丙醇和H2的吸附热都降低了,因此反而抑制了丙酮的加氢反应。此外,红外光谱结果表明,预吸附水抑制了催化剂表面异丙醇脱氢生成丙酮,并抑制吸附的丙酮在表面生成烯醇盐或异丙叉丙酮等物种,这也许是少量水能促进丙酮加氢生成异丙醇的另一个重要原因。     

Ti/α-PbO2/β-PbO2电极电化学降解2-氯酚

采用电化学沉积法在Ti基底上制备了复合电极Ti/α-PbO2/β-PbO2,扫描电镜结果表明电极呈现由β-PbO2小晶体组成的菜花状微观形貌.所制电极在电化学降解环境污染物2-氯酚时表现出较高的电催化效率、较好的电极稳定性和较长的电极寿命.用正交实验优化了电化学降解2-氯酚的实验条件.在最优的实验条件(2-氯酚初始浓度50 mg/L,电解质0.1 mol/L Na2SO4,温度35oC,阳极电流密度20 mA/cm2)下电化学降解180 min后,2-氯酚的去除率达100%.动力学结果表明, Ti/α-PbO2/β-PbO2电极上2-氯酚的电化学氧化符合准一级动力学过程.     

卵巢癌、成熟型畸胎瘤与正常血液样本中挥发性组分的研究

采用顶空固相微萃取(HS-SPME)与气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术,对12例卵巢癌、17例成熟型畸胎瘤与16例正常血液样本的挥发性组分进行研究,对影响提取效果的实验因素进行了优化.在最优条件下共检出28种挥发性组分,以各组分峰面积为变量,用SIMCA-P软件进行偏最小二乘判别分析(PLS-DA),3组样本被明显区分.同时,依据PLS-DA载荷图得到8种具有显著性差异的标志物,其中己醛、蘑菇醇的变化与其在肝癌、肺癌患者血液中的变化一致,可作为诊断卵巢癌和成熟型畸胎瘤的挥发性生物标志物.     

催化剂筛选：火山型曲线成因理论解析及其在多相催化中的应用

多相催化对于现代社会来说具有极其重要的意义,催化剂的理性设计/筛选是现代催化化学研究者的一个重要的目标。其中,火山型曲线是一个的重要工具。它指出对于一个催化反应来说,其催化活性针对关键物种吸附能来说呈一条先上升后下降的曲线,要求最佳催化剂对中间体的吸附能不能太高也不能太低。近几十年来,密度泛函理论等第一性原理计算方法的发展让许多催化剂表面反应微观物理量的计算成为了可能,这极大地拓展了火山型曲线的应用范围。 然而,对于火山型曲线根源的解释,人们却并非了解得十分清楚;一些基本科学概念的理解很多还是基于经验性的Sabatier原理：吸附太弱不利于吸附、太强不利于脱附。针对该问题的科学解析,本文进行了详细的动力学探究,试图以完全数学解析的方式回答催化反应中火山型曲线的必然存在性、产生根源及在催化活性预测中的内涵。本文采用了两步催化模型以及微动力学来进行速率方程的推导,并考虑BEP关系(基元反应的能垒与其反应焓存在线性关系)的应用,最终将整体反应速率转化为中间体吸附能相关的单值函数。基于对该函数的系列推导和分析,得到如下基本结论：(1)从数学上以一个完全的解析形式证明了催化反应中火山型曲线的存在。(2)通过对比催化反应与与之对应的气相反应,我们证明了：若无催化剂参与反应,则火山型曲线不会产生;由于催化剂表面的参与,随着催化剂吸附能力的增强,其表面会因为吸附作用而被占据毒化,导致反应速率存在一个最大值,即形成火山型曲线。从概念上讲,火山型曲线的根源是由“吸附过程引发表面活性位占据”这一自毒化效应造成的,它的存在可能体现为多相催化的基本属性。(3)数值模拟解析展示了表面反应与气相反应的区别,印证了我们的数学解析结论。同时,通过一定的简化,我们对火山型曲线中各部分的斜率进行了研究。结果发现,对于吸附决速过程,催化反应和气相反应斜率相同,其差别主要出现在脱附决速过程。在此阶段由于吸附能过大,表面被毒化,表面反应速率开始下降;而气相反应的速率依然上升。(4)表面反应速率方程的分解和简化结果表明,最佳催化剂在反应中的空活性位点覆盖度和其BEP关系的斜率存在内在关联关系(θ*opt=1–α),据此讨论了其在催化剂寻优过程中的意义。尝试解释了(a)合成氨反应中正逆反应所需最佳催化剂不同的现象;(b)合成氨或CO甲烷化反应最佳催化剂为前过渡金属、而CO/NO氧化等为后过渡金属这一典型催化现象的物理图像。最后,针对火山型曲线理论框架在实际催化剂理论筛选寻优中的应用,我们简要综述了本课题组近年来在光解水制氢Pt基助催化剂和染料敏化太阳能电池的对电极材料设计方面的理论进展。