ZnO-PSAⅡ型异质结界面电荷转移过程研究

采用稳态光致发光光谱和纳秒时间分辨瞬态光谱(NTRT-PL)表征,揭示ZnO-PSA II型纳米异质结光生载流子电荷转移过程,通过甲基橙光降解实验,测得ZnO-NRs和ZnO-PSA紫外光降解率分别为25.5;和60.1;,光降解率提高到2.4倍,表明II型异质结相对于单一半导体而言,能促进光生载流子在界面间电荷转移,有利于载流子的分离.     

两例相同混合配体构筑的Pb(Ⅱ)/Ag(I)配位聚合物及其荧光性质

多齿配体2-咪唑乙酸(Hima)、4,4'-连吡啶分别与金属盐Pb(NO₃)₂和AgNO₃反应,得到[Pb₂(4,4'-bipy)(ima)(NO₃)₃]_n(1, 3D framework)和[Ag₄(4, 4'-bipy)₃(ima)₂(NO₃)₂(H₂O)₂]_n(2, 3D framework)两个配位聚合物。根据配位聚合物的结构特点,研究了这两个配位聚合物荧光性质等物理化学性能。配位聚合物1在最大激发波长(λ_ex=346 nm)激发下,荧光的最大发射波长为552 nm,配位聚合物2在最大激发波长(λ_ex=369 nm)激发下,荧光的最大发射波长为444 nm。这可能是由于金属和配体之间发生了电荷转移(LMCT)。     

碱金属掺杂的石墨相氮化碳在可见光光催化制氢中的比较研究(英文)

利用半导体光催化技术将太阳能转化为清洁化学能源是解决能源危机和环境问题的最有潜力的途径之一.过去几十年,许多半导体包括氧化物、硫化物和氮化物均表现出光催化活性.然而,半导体光催化的实际应用仍然受制于其较低的太阳能转化效率.解决上述问题的方法之一是发展高效的可见光光催化制氢材料.近年来,石墨相氮化碳(g-C_3N_4)作为一种聚合物半导体材料,受到了光催化研究人员的广泛关注.g-C_3N_4具有可见光吸收能力、合适的导带价带位置、良好的热稳定性和化学稳定性,且制备方法简单和结构易调控,是一种极具潜力的光催化制氢材料.然而g-C_3N_4仍然仅能吸收波长450 nm以下的光,且其光生电子和空穴极易复合,因而光催化制氢效率较低.目前,研究人员采用了多种改性方法来增强g-C_3N_4的光催化性能,其中通过元素掺杂进行能带结构调控是一种非常有效的策略.而碱金属原子(Li,Na和K)被认为可有效进入g-C_3N_4的内部结构,通过引入缺陷来拓宽g-C_3N_4的光吸收范围和提高光生电荷的分离效率.不过到目前为止,尚未见系统的比较研究来深入理解不同碱金属元素掺杂的g-C_3N_4在可见光光催化制氢中的性能差异.本文采用X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附测试、紫外可见漫反射光谱(UV-visDRS)、时间分辨荧光光谱(TRPL)、X射线光电子能谱(XPS)、光电化学测试和光催化制氢测试等表征和测试手段比较研究了不同碱金属元素掺杂的g-C_3N_4在结构、光学性质、能带结构、电荷转移能力和光催化性能等方面的差异.XRD结果表明,碱金属掺杂可导致g-C_3N_4的层间距离增大,且碱金属原子半径越大,g-C_3N_4的层间距离越大.氮气吸附-脱附测试结果表明,碱金属掺杂可提高g-C_3N_4的比表面积,其中Na掺杂的最高.UV-vis DRS和XPS谱结果表明,依Li,Na,K的顺序,碱金属掺杂导致g-C_3N_4带隙逐渐变窄,使得可见光吸收能力逐渐增强,且其导带和价带位置逐渐下移.TRPL和光电化学测试结果显示,碱金属掺杂有效抑制了g-C_3N_4的光生载流子复合和促进了光生载流子的转移,其中Na掺杂的g-C_3N_4的光生载流子利用效率最高.可见光光催化制氢实验表明,碱金属掺杂显著提升了g-C_3N_4的光催化性能,其中以Na掺杂的g-C_3N_4性能最佳,其产氢速率(18.7mmol h–1)较纯的g-C_3N_4(5.0mmol h–1)可提高至3.7倍.由此可见,g-C_3N_4的掺杂改性是一个对其微结构和能带结构的优化调控过程,最终获得最优的光催化性能.     

理论研究晶体场效应和电荷转移效应对Co2+的2p电子X射线L2,3吸收边光谱的影响

运用多重态计算方法研究了在正八面体对称性的晶体场中Co²⁺离子的2p电子X射线L_2,3吸收边光谱, 研究了Co²⁺离子和周围的配位离子之间的正八面体(O_h)晶体场效应和相应的电荷转移效应对于吸收光谱的影响. 系统讨论了在多重态计算中起作用的所有物理参数对CoO和CoCl₂的X射线吸收光谱特性的特定影响及其物理机制. 将计算得出的光谱数据和同样具有O_h对称性结构Co²⁺离子的CoO和CoCl₂实验光谱数据进行了对比, 在实验光谱数据中发现的特征被确定为来自不同自旋态, 并且光谱强度的变化与晶体场的强度相关, 揭示了其中包含的电荷转移效应. 本文为低对称性复杂系统的多重态计算提供了一个基础的参考标准, 可以适用于含有钴元素或其它过渡金属的复杂体系的X射线吸收光谱的理论计算.     

具有增强电荷转移驱动的磺酸基功能化g-C3N4光催化剂的设计合成及应用

随着全球环境问题日益严重以及能源需求的不断增长,人们对高效环境修复与能源转换技术的需求日益增强.以半导体材料为光催化剂,可将可再生的太阳能转化为化学能,有望成为解决人类面临的能源和环境问题的有效途径.其中,开发高效稳定的光催化剂是该技术得以实际应用的关键.近几十年,研究人员开发出多种半导体材料并应用于光催化研究.其中,具有可见光响应的有机非金属光催化剂石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因其稳定的分子结构,较小的禁带宽度(~2.7 e V)以及合适的能带结构而备受关注.然而,与大多数半导体光催化剂相似,由于传统g-C₃N₄上的光生电子和空穴极易复合,表面催化活性位点较少,可见光响应范围较窄,使得其催化效率不高.基于g-C₃N₄独特的有机分子结构,通过引入功能化的特定基团以优化g-C₃N₄的电子能带结构,促进载流子传输,拓展可见光响应范围,是提高其光催化效率的有效途径.已有研究表明,在各种功能化官能团中,具有强电负性的含氧基团对g-C₃N₄的Melon单元优化是非常有效的.因此,本文通过g-C₃N₄与氨基磺酸间的简单固相热反应成功合成了磺酸基功能化的g-C₃N₄纳米片(SACN),并实现了同步增强的相互作用.根据固体强酸特性,氨基磺酸可以在热处理的辅助下对g-C₃N₄进行酸刻蚀,从而增加其比表面积以及表面催化活性位点.更重要的是,理论计算与实验表征结果表明,磺酸基团的吸电子诱导效应所产生的电荷驱动力可极大改善g-C₃N₄的电荷转移动力学,有效抑制了它们的再结合.此外,吸电子诱导效应还可促进g-C₃N₄的局域电子再分布,进而降低g-C₃N₄的导带电位,增强光诱导电子的还原能力.光催化性能测试结果表明,SACN-400样品(前驱体中氨基磺酸加入量为400 mg)在光催化分解水制备氢气以及光降解传统污染物领域展现出较好的性能,其在入射光波长为420±15 nm时的产氢表观量子效率为11.03%.综上,本文为设计合成具有较高产氢性能以及污染物降解效率的石墨相氮化碳基光催化剂提供了一种简便有效的策略.     

奈韦拉平与铬天青S的电荷转移反应及其测定

确定了奈韦拉平与铬天青S的电荷转移反应条件,同时建立了测定奈韦拉平的分光光度法。奈韦拉平与铬天青S在水和丙酮混合溶剂中发生电荷转移反应,常温下反应30min后可比色。电荷转移络合物的最大吸收波长是578nm,表观摩尔吸光系数为1.78×104L·mol-1·cm-1。奈韦拉平质量浓度在1～16μg·mL-1范围内服从比耳定律,相关系数为0.9993。当奈韦拉平浓度为6μg·mL-1时,六次测定结果的相对标准偏差为1.61%。测得荷移络合物的组成和稳定常数分别为1∶1和1.73×104。本方法用于测定制剂中奈韦拉平的含量,结果与文献方法一致,回收率在98.0%以上。     

两种香豆素分子与TiO_2之间电荷转移的理论研究

染料敏化太阳能电池以其低成本高效率引起了人们广泛的关注,其中的光诱导电荷转移过程对太阳能电池的光电转化效率起着重要作用.本工作中我们以两种香豆素类染料分子7-羟基香豆素-4-乙酸(HCA)和7-N,N-二甲胺基香豆素-4-乙酸(DMACA)为例,从理论上研究了它们的几何结构和电子吸收光谱;并将其吸附在TiO_2表面上,计算了它们与TiO_2表面之间电荷转移的重组能、耦合强度和驱动力,进而计算了电荷转移速率.结果表明,DMACA分子中二甲胺基在第一激发态的旋转能垒约为0.08 eV,因此DMACA分子在第一激发态时很容易发生扭转.通过对HCA-TiO_2/DMACA-TiO_2体系中电子转移过程的研究,发现尽管两者重组能相似,但前者耦合强度和驱动力比后者小,使前者的电子转移速率略小于后者.当DMACA-TiO_2体系中二甲胺基在激发态发生扭转后,耦合强度略微减小,但由于驱动力减小,重组能增大,电子注入速率明显降低.因此,本工作不仅合理地解释了实验现象,而且也提供了一种理论预测染料分子-半导体界面上电子转移的可行性方法.     

1,8-萘酰亚胺衍生物的合成、表征及电存储性能

本文以三苯胺结构作为电子给体,与三种接有不同吸电子基团的1,8-萘酐反应合成了具有电子给-受体结构的N-(4-三苯胺)-1,8-萘酰亚胺(NA-ATPA)、N-(4-三苯胺)-(4-氰基)-1,8-萘酰亚胺(NA(CN)-ATPA)和N-(4-三苯胺)-(4-硝基)-1,8-萘酰亚胺(NA(NO_2)-ATPA),并对它们的结构进行了表征。利用紫外可见光谱、荧光发射光谱和循环伏安法对产物的光物理性能和电化学性能进行了测试,并测试了其存储行为,结果显示NA-ATPA表现出易失的静态随机存储行为(SRAM),NACN-ATPA表现出非易失的闪存型存储(Flash),NA(NO_2)-ATPA表现出非易失只读型存储(WORM)。三种萘酰亚胺对存储行为中高导态的维持能力逐渐增强,其原因是引入的吸电子基团的吸电子性越强,其LUMO值和能隙值降低的越多,越利于电荷转移,形成更稳定的电荷转移络合物。另外,本文还对原料和产物的电子结构、分子轨道和能级进行了分子模拟计算,研究了三种化合物基态和激发态的差别,并对其电子转移过程进行了理论分析。     

锂离子电池多孔电极理论的回顾与新思考

本文总结了Newman多孔电极理论的基本内容,提出若干改进思路. 提出基于离子-空穴耦合传输机制描述浓电解质中的离子输运过程,在此基础上引入离子-电子耦合转移反应的思想处理电极材料中的离子传输问题,并通过计算嵌锂材料的离子扩散系数验证其合理性. 总结了描述多孔电极多尺度结构的相关理论和技术,表明均质化方法和基于结构重建的介观模拟方法均能给出比较合理的有效输运参数,从而提高多孔电极理论模拟结果的准确性.     

氮掺杂HTi2NbO7纳米片的制备及其可见光催化性能

首先,采用高温固相法制备层状前驱体CsTi_2NbO_7,再通过与硝酸进行质子交换形成层状HTi_2NbO_7;其次,在四丁基氢氧化铵(TBAOH)中剥离层状HTi_2NbO_7以获得HTi_2NbO_7纳米片;然后与尿素混合并高温焙烧;最后成功地得到了氮掺杂的HTi_2NbO_7纳米片光催化剂。使用粉末X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)以及N_2吸附-脱附测试等方式对所制备样品的晶体结构、形貌、比表面积、孔分布和光吸收能力等进行详细的表征。研究表明,氮掺杂后减小了HTi_2NbO_7的禁带宽度,从而使光响应范围扩展到可见光区域;掺杂的氮原子主要位于Ti_2NbO_7-薄片的间隙位置,并与氢离子化学键合;与N掺杂的层状HTi_2NbO_7相比,N掺杂的HTi_2NbO_7纳米片具有更大的比表面积和更丰富的介孔结构,这是由于钛铌酸纳米片相对松散且不规则的排列。因此,在降解罗丹明B(RhB)溶液时,N掺杂的HTi_2NbO_7纳米片比N掺杂的层状HTi_2NbO_7具有更加优异的可见光催化活性。