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1.
利用第一性原理,设计并研究了一类基于单臂碳纳米管的分子封装的分子体系.计算表明,半环葫芦脲类化合物可有效封装碳纳米管,引入微弱的分子间相互作用,对碳纳米管的电子态能级结构分布 仅带来微弱影响.半环葫芦脲分子与碳纳米管在管径方向的一维电子态波函数充分耦合,进而有效改变了一些前沿分子轨道的波函数在管径两头的分布以及相应的电子布居浓度.基于电子输运的模拟,发现半环葫芦脲分子在碳纳米管一维方向滑动时的某个电压下的电导变化可准确反映电子态波函数在相应分子导电通道上的一维分布信息.  相似文献
2.
In this work, we discussed the stochastic thermodynamics of mesoscopic electron transfer reactions between ions and electrodes. With a relationship between the reaction rate constant and the electrode potential, we find that the heat dissipation βq equals to the dynamic irreversibility of the reaction system minus an internal entropy change term. The total entropy change Δst is defined as the summation of the system entropy change Δs and the heat dissipation βq such that Δsts+βq. Even though the heat dissipation depends linearly on the electrode potential, the total entropy change is found to satisfy the fluctuation theorem <(e)st>=1, and hence a second law-like inequality reads <Δst>≥0. Our study provides a practical methodology for the stochastic thermodynamics of electrochemical reactions, which may find applications in biochemical and electrochemical reaction systems.  相似文献
3.
A wide range of quantum systems are time-invariant and the corresponding dynamics is dictated by linear differential equations with constant coefficients.Although simple in mathematical concept,the integration of these equations is usually complicated in practice for complex systems,where both the computational time and the memory storage become limiting factors.For this reason,low-storage Runge-Kutta methods become increasingly popular for the time integration.This work suggests a series of s-stage sth-order explicit RungeKutta methods specific for autonomous linear equations,which only requires two times of the memory storage for the state vector.We also introduce a 13-stage eighth-order scheme for autonomous linear equations,which has optimized stability region and is reduced to a fifth-order method for general equations.These methods exhibit significant performance improvements over the previous general-purpose low-stage schemes.As an example,we apply the integrator to simulate the non-Markovian exciton dynamics in a 15-site linear chain consisting of perylene-bisimide derivatives.  相似文献
4.
5.
采用密度泛函B3LYP方法以6-31G为基组研究了富勒烯D_(2d)(23)-C_(84)和内嵌水二聚体富勒烯(H_2O)_2@D_(2d)(23)-C_(84)的中性、阴离子及阳离子基态几何结构、稳定性、电荷分布、能量、电偶极矩、能隙、红外及拉曼光谱特性;用含时的TD-B3LYP方法研究了富勒烯C_(84)和内嵌水二聚体富勒烯(H_2O)_2@C_(84)的紫外-可见吸收光谱.研究结果表明:水二聚体的加入导致了富勒烯分子的对称性降低、偶极矩增加,体系能隙减小,同时水二聚体的氢键键长减小.另外,水二聚体的加入改变了富勒烯分子的红外和拉曼光谱特征,如谐振频率的移动以及红外和拉曼峰的增强或减弱.研究结果显示水二聚体的加入致使富勒烯分子的最大激发波长发生红移,对其它激发波长的位置以及振子强度也产生影响,如光学活性(振子强度不为0)的激发态成为光学非活性(振子强度为0)的激发态或者光学非活性的激发态成为光学活性的激发态;同时研究发现C_(84)存在能量简并的激发态,而(H_2O)_2@C_(84)并没有能量简并的激发态;虽然水二聚体的加入影响富勒烯分子的激发特性,但计算结果显示C_(84)和(H_2O)_2@C_(84)经展宽后的紫外-可见光谱轮廓基本一致.该研究可以为将来的实验光谱测量提供理论依据,也可以为内嵌水二聚体富勒烯的合成和应用提供理论指导.  相似文献
6.
吴宇  蔡绍洪  邓明森  孙光宇  刘文江 《物理学报》2018,67(2):26501-026501
聚噻吩块体通常被视为绝热材料,其热导率小于1 W·m-1·K-1.但近年发现对于室温下沿聚噻吩分子链方向排列的无定形聚噻吩纳米纤维,其热导率高于聚噻吩块体,可达4.4 W·m-1·K-1.为了相对准确地揭示纳米尺度聚噻吩单链热输运的微观特征,从量子力学出发,在密度泛函理论计算的基础上,应用中间插入延展方法结合非平衡格林函数方法,对长度为25.107 nm、包含448个原子的聚噻吩单链的量子热输运及其同位素效应进行了研究,并与分子动力学方法模拟的结果进行了详细比较.结果表明:室温下32 nm长的纯聚噻吩单链热导率上限高达30.2 W·m-1·K-1,与铅的热导率35 W·m-1·K-1相近;相同掺杂比例(原子百分数)下C元素热导的同位素效应比S元素显著;室温下聚噻吩单链中12C,13C等比例随机掺杂时的同位素效应最为显著,此时聚噻吩单链的平均热导至少降低了30%;室温下纯聚噻吩单链的热导随C的相对原子质量增加近似呈反比例减小,随S的相对原子质量增加呈非线性单调增加.该研究对认识和调控聚噻吩这种新型功能材料的热输运特性具有积极的价值.  相似文献
7.
张诚  邓明森  蔡绍洪 《物理学报》2017,66(12):128201-128201
在众多能量存储和转化器件中,超级电容器由于具有功率密度高、充放电迅速和优异的循环性能的优点而被广泛研究.然而,较低的比容量和能量密度,限制了超级电容作为大尺度能量存储和转化器件的广泛应用.为了提高超级电容器的比容量,需要增大电极材料和电解质的接触面积,进而促进电极材料俘获/释放电解质中的粒子(例如电子、离子或者小分子).在此,我们通过简单的水热法联合高温退火实验方案能够大规模制备出镍泡沫支撑的Co3O4多孔纳米结构.无需借助导电胶和粘合剂,在集流器镍泡沫上“生长”Co3O4多孔纳米结构直接作为超级电容的电极材料.这种多孔纳米结构和一体化设计思路不仅能够有效提高电极的导电性,而且能够有效缩短离子和电子的迁移路径.由于多孔的结构特征和优异的导电性能,Co3O4电极表现出超高比容量(在电流密度为2.5 mA·cm-2和5.5 mA·cm-2时,比容量分别为1.87 F·cm-2(936 F·g-1)和1.80 F·cm-2(907 F·g-1))、较好的倍率性能(电流密度从2.5 mA·cm-2增大到100 mA·cm-2时,保留其48.37%的初始电容)和超高的循环稳定性(经历4000次电流密度为10 mA·cm-2的循环充放电过程,保留其92.3%的比容量).这种多孔纳米结构和一体化设计思路对设计其他高性能储能器件具有重要的指导意义.  相似文献
8.
吴宇  蔡绍洪  邓明森  孙光宇  刘文江  岑超 《物理学报》2017,66(11):116501-116501
高分子导热材料的有效调控受到了日益广泛的关注.应用密度泛函理论(DFT)、中央插入延展(central insertion scheme,CIS)方法及非平衡格林函数(NEGF)理论,对包含432个原子、长18.533 nm的聚乙烯单链量子热输运的同位素效应进行了研究.计算结果表明,室温下长100 nm的纯12C聚乙烯单链的热导率理论上限高达314.1 W·m-1·K-1;对于12C聚乙烯单链,其他条件一定时,14C掺杂引起的热导同位素效应比13C更为显著;室温下纯12C聚乙烯单链中14C掺杂原子百i分数为50%时同位素效应最显著,此时平均热导比未掺杂时下降了51%.这对探索聚乙烯材料热输运的同位素影响机理具有十分积极的意义.  相似文献
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