碱性介质中氢氧化反应电催化剂的开发:从机理认识到材料设计

阴离子交换膜(AEM)燃料电池因具有使用非贵金属作为催化剂的优点而受到广泛关注.然而,在碱性体系中,AEM燃料电池中氢氧化反应(HOR)的反应动力学比在酸性介质中的慢两个数量级.针对HOR在碱中动力学缓慢的问题,有两种主要的理论来解释,(1)pH相关的氢结合能作为主要影响因素来控制HOR动力学的理论;(2)质子和氢氧根离子的吸附共同作为影响因子来控制HOR在碱性条件下的动力学的双功能理论.本文首先讨论了在碱性电解质中可能的HOR反应机理及其Tafel性能变化.除了传统的Tafel-Volmer和Heyrovsky-Volmer-HOR机理外,还讨论了最新提出的氢氧根离子吸附参与的HOR机理来说明在酸性和碱性介质中HOR机理的差异.然后,总结了具有代表性的碱性HOR催化剂(如贵金属、合金、金属间化合物、镍基合金、碳化物、氮化物等),简要介绍了它们相应的HOR反应机理,从而进一步理解在碱性介质中不同基元反应步骤给HOR性能带来的差异.最后,提出了一种未来设计HOR碱性催化剂的可行性方案,为今后碱性环境下的HOR催化剂设计提供参考.     

ε-CL-20/F_(2311) PBXs力学性能和结合能的分子动力学模拟

本文应用分子动力学(MD)模拟方法,研究高能量密度化合物六硝基六氮杂异伍兹烷(ε-CL-20)与常用高聚物粘结剂F2311所构成的CL-20/F2311高聚物粘结炸药(PBXs)的力学性能和结合能随温度和高聚物浓度而变化的规律.结果表明,添加高聚物于主体炸药中,使其弹性模量减小,表明刚性减小,弹性增大,机械力学性能大为改善;在一定范围内,随高聚物F2311在PBXs中浓度的增加,体系结合能从正值变为负值,而随温度升高,体系的结合能变化不是很明显.     

Bi_xBa_(1-x)TiO_3电子及能带结构的第一性原理研究

采用基于第一性原理的赝势平面波方法,研究了ABO_3钙钛矿复合氧化物BaTiO_3中A位离子被Bi原子取代后对其构型、电子及能带结构的影响.计算结果表明,Bi取代Ba之后会降低BaTiO_3的对称性,空间点群随着取代量的变化而变化,结合能逐渐降低.通过能带结构的计算发现Bi_xBa_(1-x)TiO_3为直接带隙型半导体.Bi的取代可调节Bi_xBa_(1-x)TiO_3的禁带宽度,从x=0.125到x=0.625时,Bi的取代量越大,其带隙越宽,吸收光谱蓝移.x0.625时,禁带宽度又逐渐减小,吸收光谱红移.由态密度图可看出,其价带顶主要是O-2p与Bi-6s态杂化而成,导带底主要由Ti-3d态构成.     

分子动力学模拟研究聚乳酸/聚酰胺11共混物的相容性

采用分子动力学(MD)模拟方法在COMPASS力场下,研究了不同质量比(10/90,30/70,50/50,70/30和90/10)聚乳酸(PLA)/聚酰胺11(PA11)共混物的相容性.研究结果表明:不同比例下PLA/PA11共混物的Gibbs自由能变化均大于零,其共混物很难形成均相体系;共混体系结合能的计算以及不同组分分子间C—C原子对径向分布函数的分析揭示了PLA和PA11的相互作用主要源自其分子间的范德华力;此外,模拟得到的所有比例下共混物的Flory-Huggins相互作用参数(χ)均大于临界Flory-Huggins相互作用参数(χcritical),进一步证明PLA与PA11不能形成相容体系。     

染料敏化太阳能电池中具有不同电子给体的吩噻嗪类有机光敏染科的理论研究

采用密度泛函理论和含时密度泛函理论方法计算了2个吩噻嗪类染料及其吸附到TiO2上后分子的基态和激发态光物理性质与热力学参数.结果表明,电子给体的改变虽未明显改变染料的光谱性质(垂直跃迁能和振子强度),但可以改变分子的前线轨道能级,进而影响染料分子的激子结合能Eb及激发态电子注入到半导体TiO2中的驱动力△Gint的大小...     

碱基与氮甲基乙酰胺相互作用的从头算和ABEEMσπ研究

选取氮甲基乙酰胺(N-Methylacetamide,NMA)和DNA碱基为研究对象,应用ABEEMσπ/MM方法研究了NMA与碱基之间形成的二聚体的几何构型、电荷分布及结合能等性质,并进行了相应的从头算(abinitio)MP2水平研究,在B3LYP/6-311 ++G(d,p)水平下对结构进行了优化.将2种方法的研...     

RDX/BAMO推进剂结合能、力学性质和能量性能的分子动力学模拟

利用分子动力学方法研究了著名的含能材料环三亚甲基三硝胺(RDX)、3,3′-双-(叠氮甲基)-氧杂环丁烷(BAMO)和RDX/BAMO推进剂. 结果表明, BAMO与RDX(010)面之间分子相互作用最强, 其次是(100)和(001)面. 以对相关函数g(r)描述了RDX和BAMO之间的相互作用. 计算了RDX/BAMO推进剂的弹性系数、模量、柯西压、泊松比等性能. 结果表明, BAMO的加入能够改善RDX的弹性力学性能, 相对改善效应的顺序为(100)>(001)>(010). RDX/BAMO推进剂的能量性能结果显示, BAMO的加入降低了RDX的比冲, 但仍高于著名的双基推进剂的比冲.     

AunCu ( n =1-3)二元合金小团簇结构和稳定性的密度泛函研究

采用密度泛函理论(DFT) B3LYP 在SDD基组水平上对AunCu(n =1-3)二元合金小团簇各种可能的构型进行几何优化,预测了各团簇的稳定结构. 并对基态结构进行了研究,计算了平均结合能、最高占据轨道能级和最低空轨道能级以及两者间的能隙.结果表明掺杂Cu原子后使得AunCu(n =1-3)团簇的化学性质更稳定.     

DNA和RNA双链稳定性差异的理论研究

利用适用于分子间弱相互作用, 尤其是生物分子间的氢键相互作用的改进的半经验方法RM1BH和达到线性标度的新的半经验算法以及SimuCal_SE方法, 与自主开发的量子化学程序包SimuPac 1.0, 对4组一系列DNA和RNA碱基的氢键结合能进行了计算. 这些计算包括单一碱基类型和混合碱基类型两大类情形, 最大的原子数达到1064个. 计算结果表明, 在碱基层数较少时, DNA和RNA氢键结合能差别不大; 在碱基层数较多时, RNA的氢键结合能明显高于DNA的氢键结合能; 嘌呤和嘧啶的排列方式对结合能略有影响, 但不影响上述趋势. 可见, 氢键对于RNA的稳定性差异起到重要的作用, 计算结果支持了实验的结论.