功能离子液体在Michael加成中的应用

离子液体具备不可燃性、低挥发性、良好的溶解性能、可设计性和可重复使用性等特点,因此作为催化剂、促进剂或反应介质被广泛应用于有机合成领域中。本文从不同类型的离子液体角度,分别介绍了近年来酸性、碱性和手性功能离子液体在Michael加成反应中的应用研究,并对功能离子液体的结构特点、催化活性以及可能的催化反应机理方面展开了详细的评述。     

表面共振圆环结构对Si纳米线热传导的调控

利用声子的波动性,在纳米线表面引入共振结构,可以有效阻碍声子输运.为进一步优化共振结构,本文基于平衡态分子动力学(EMD)方法,研究表面共振圆环结构的高度和宽度对Si纳米线热输运性质的影响.结果表明：随着共振圆环高度的增加,Si纳米线的热导率逐渐减小,最大减幅可达61.9%.当高度达到2nm以后,热导率基本不再变化.共振圆环宽度则对热导率的影响较小.声子色散关系中出现的平带,证实了共振圆环引起的声子共振效应;最低共振频率的变化说明了共振圆环中的声子波长决定了共振圆环高度对纳米线热导率的最大影响程度.研究进一步发现,随着共振圆环高度的增加,声学支声子对热导率贡献的比重变小.本文研究结果对高效热电材料和隔热材料的微纳结构设计提供了一种新的思路.     

新型酸性离子液体催化的 Knoevenagel缩合反应

研究了一类新型酸性离子液体催化的Knoevenagel缩合反应, 结果表明, 该催化剂适用于一系列芳香/杂环醛与α-取代活性亚甲基化合物间的反应, 反应可在室温下进行, 反应时间短且收率良好(92% ~98%). 该反应体系操作简单, 产物易分离. 提出了可能的反应机理并对机理进行了验证. 该离子液体重复使用5次后仍具有较高的反应活性.     

碳纳米管-石墨烯纳米带过渡连接处的力学稳定性与热传导性质研究

任何的非平面连接,材料连接处的材料失配都能导致材料局部或整体性质的改变.本文以纵向拉开的碳纳米管(CNT)为研究对象,采用非平衡态分子动力学(NEMD)的模拟方法,通过改变CNT纵向拉开的剧烈程度,即CNT向石墨烯纳米带(GNR)过渡转变的开角大小,研究其力学稳定性和热传导性质的变化.结果表明,CNT到GNR的过渡越剧烈,连接处的开角越大,其局部热导率越高,单位长度的热阻越小;对于不同管径的CNT来说,连接处的最大开角恒定不变,为16.3°.     

表面吸附对单层黑磷砷结构、电子性质和磁性调控的第一性原理研究

基于第一性原理，系统研究了11种不同原子吸附在单层AsP上的几何结构、吸附能、磁矩和电子结构性质. 使用的吸附原子包括轻质非金属(C、N、O)原子，第三周期金属原子(Na、Mg、Al)和过渡金属原子(Ti、V、Cr、Mn和Fe). 研究结果表明，吸附原子引起了AsP多样的结构、磁性和电子性质改变. AsP与所研究的吸附原子都能紧密结合，并且所有系统的吸附能都比吸附原子在石墨烯、SiC、BN以及MoS₂上的吸附能强得多. AsP的半导体特性受到吸附原子的影响，其可以诱导产生中间能隙态或引起n型掺杂. 此外，表面吸附产生了不同的自旋电子特性，具体而言，吸附N、Ti和Fe的AsP成为双极半导体；Mn修饰的AsP成为双极自旋无间隙半导体.     

过渡金属Pd掺杂AsP结构及其吸附甲醛和一氧化碳的性能研究

基于第一性原理方法,研究了单层本征磷砷AsP和过渡金属钯（Pd）掺杂磷砷AsP的结构,并对比研究了本征和掺杂后的AsP吸附甲醛（HCHO）和一氧化碳（CO）气体分子的稳定性、能带结构、态密度以及电荷差分密度。研究结果表明：经Pd掺杂后AsP由半导体转变为导体;本征AsP吸附一氧化碳最稳定的位置为P-As键顶上,吸附甲醛最稳定的位置为P原子顶上;本征吸附时气体分子与基底之间的距离在3 Å左右,气体分子与基底之间未形成化学键。过渡金属Pd原子掺杂AsP后形成两种结构,分别为Pd原子替换超胞结构中的As原子或P原子。两种掺杂结构分别吸附一氧化碳或甲醛气体分子时,除了Pd原子替换AsP中的As原子形成的结构吸附甲醛的吸附能未明显增加外,其余掺杂结构吸附一氧化碳或甲醛的吸附能和电荷转移较本征吸附时均显著增强,吸附CO分子时,C原子与Pd原子之间形成了化学键。特别是,Pd原子替换AsP中的P原子形成的结构对一氧化碳和甲醛气体分子的吸附性能明显强于Pd原子替换AsP中的As原子所形成的结构。     

孔洞缺陷对二维石墨烯/氮化硼横向异质结热传导的调控

本文采用孔洞缺陷来实现对二维石墨烯/氮化硼横向异质结热导率的调控.平衡态分子动力学(EMD)计算结果表明，界面孔洞的引入会降低二维石墨烯/氮化硼横向异质结的热导率.相较于有序的孔洞分布，无序的孔洞分布能够更有效地降低异质结的热导率，这一现象可通过声子安德森局域化来解释.孔洞缺陷的存在导致声子的频率和波失发生变化，从而使声子散射变得更加频繁，孔洞随机分布时，则导致声子波在材料中发生多次反射和散射，最终形成局域振动模式.本研究揭示了孔洞缺陷降低二维石墨烯/氮化硼横向异质结热导率的物理机制，对二维热电材料的结构设计有一定的指导意义.