蚕茧衍生的氮氟共掺杂碳基催化剂在碱性介质中的氧还原电催化性能的研究

本文通过水热预处理,利用热解工艺从蚕茧中成功的制备了一种高性能的掺杂碳基催化剂. 研究了制备条件及氟原子掺杂对催化剂性能的影响. 在最优化条件下制备出的氮氟共掺杂碳基催化剂具有超过1000 m²•g^-1的比表面积,N元素和F元素含量可达3.5 %及7.3 %. 在碱性条件下,所制备的催化剂具有可与商业铂碳催化剂相媲美的氧还原催化活性,同时展示出优异的抗甲醇中毒性能及稳定性. F原子的掺杂对催化剂性能的提高效果显著.     

2-(3-羟基-2-吡啶基)-苯并咪唑的合成、晶体结构及光谱研究

在合成2-(3-羟基-2-吡啶基)-苯并咪唑的基础上, 利用NMR (1H, 13C, COSY, HSQC 和HMBC), MS, IR 和UV 进
行了详细表征; 通过X-ray 单晶衍射测定该化合物的晶体结构, 实验结果表明该晶体属于单斜晶系{空间群为P21/c,
a＝14.289(3) Å, b＝10.618(2) Å, c＝12.783(3) Å, β＝93.51(3)°, V＝1935.8(7) Å3, Z＝8}, 很好支持了波谱表征的结果.
2-(3-羟基-2-吡啶基)-苯并咪唑的荧光光谱表明, 该化合物在激发态下存在双质子转移现象, 密度泛函计算结果合理解
释了实验现象.     

2-(2-巯苯基)苯并噁唑分子内质子转移的理论研究

在B3LYP/6-31G(d,p)水平上研究了2-(2-巯苯基)苯并噁唑气态中五种异构体(E1, E2, E3, E4和K)在气态中的稳定性及其在基态下的质子转移, 同时结合极化连续介质模型(PCM)研究了水、二甲亚砜、乙腈、乙醇、苯胺和环己烷等对2-(2-巯苯基)苯并噁唑溶剂化作用的影响. 研究结果表明, 醇式异构体E1为2-(2-巯苯基)苯并噁唑的优势构型; 在E1向K(酮式异构体)转变过程中, 存在一个较小的能垒; 当考虑零点振动能(ZPVE)后, 逆向能垒消失. 在溶液中, 随着溶剂极性的增强, 醇式异构体E1与K之间的反应平衡向K方向移动, 在非极性溶剂环己烷中, E1为优势构型, 而在强极性水溶液中, K为优势构型.     

2-(3-巯基-2-吡啶基)苯并咪唑分子内质子转移及溶剂化效应

在B3LYP/6-31G(d,p)和TD B3LYP/6-31++G(d,p)//CIS/6-31G(d,p)水平上,研究了2-(3-巯基-2-吡啶基)苯并咪唑(MPyBI)在气相和七种溶剂(环己烷、苯、三氯甲烷、乙醇、乙腈、二甲亚砜和水)中基态和激发态的分子内质子转移(GSIPT和ESIPT)过程.在基态势能面的研究中发现,该化合物存在分子内双质子转移,其中分步的双质子转移在动力学上具有优势.同时对激发态质子转移势能面及激发态转移过程中的光物理现象进行了研究,结果表明该化合物存在快速的无能垒的激发态分子内质子转移,随着溶剂极性的增强,可以降低基态过渡态的能垒,改变硫醇式与硫酮式互变异构体的比例,从而灵敏地控制荧光的强度.     

2-(2-巯苯基)苯并噁唑分子内质子转移取代基电子效应的密度泛函理论研究

在B3LYP/6-31G(d,p)和TDB3LYP/6-31++G(d,p)//CIS/6-31G(d,p)水平上研究了2-(2-巯苯基)苯并噁唑及其衍生物基态和激发态分子内质子转移现象,并探讨取代基电子效应对分子内质子转移的影响,研究结果表明,在基态时,硫醇式异构体为优势构象,供电子取代基使基态分子内正向质子转移能垒(烯醇式→酮式)升高;而吸电子取代基则可降低能垒,有利于基态分子内质子转移并有助于硫酮式异构体的稳定.在激发态时,硫酮式结构为优势构象,所研究的2-(2-巯苯基)苯并噁唑化合物及衍生物均可以发生无能垒或低能垒(≤1.5kJ/mol)的激发态分子内质子转移.巯苯基部分是激发态失活的主要活性部分,供电子基团有利于激发态的质子转移,吸电子基团使激发态跃迁困难,不利于激发态的质子转移.     

取代吡啶与双过氧钒配合物相互作用的NMR和理论研究

为探讨有机配体上取代基团对反应平衡的影响, 在模拟生理条件下(0.15 mol/L NaCl溶液), 应用多核(1H, 13C和51V)多维(DOSY)以及变温NMR技术研究双过氧钒配合物[OV(O2)2(D2O)]－/[OV(O2)2(HOD)]－(简写为bpV)与取代吡啶的相互作用. bpV与有机配体的反应性从强到弱的顺序为: 皮考林酸根＞异烟酸根＞异烟酸甲酯＞皮考林甲酯, 这说明吡啶环上同一位置上的不同取代基团和同一取代基团在不同位置上都影响反应平衡, 竞争配位导致一系列新的6配位(配体为异烟酸根和异烟酸甲酯)或7配位(配体为皮考林酸根和皮考林甲酯)的过氧钒物种[OV(O2)2L]n－ (L＝取代吡啶, n＝1或2)生成, 密度泛函计算结果较合理地解释了实验结果, 并表明溶剂化在反应中起重要作用.     

NMR研究N-甲基咪唑与双过氧钒配合物的相互作用

为探讨过氧钒配合物上有机配体对反应平衡的影响, 在模拟生理条件下(0.15 mol/L NaCl溶液), 应用多核(¹H, ¹³C和⁵¹V)多维(COSY) NMR以及变温技术等谱学方法研究双过氧钒配合物[OV(O₂)₂LL']ⁿ− [n＝1～3, LL'＝oxalate (缩写为oxa)、picolinate(缩写为pic)、bipyridine(缩写为bipy)和1,10-phenanthroline(缩写为phen), 与它们配位的含钒物种分别缩写为bpV(oxa), bpV(pic), bpV(bipy)和bpV(phen)]与N-甲基咪唑(缩写为N-Me-Im)的相互作用, 实验结果表明N-Me-Im与4种双过氧钒配合物的反应活性从强到弱的顺序为: bpV(oxa)＞bpV(pic)＞bpV(bipy)＞bpV(phen). 研究表明金属中心上配体的配位能力和空间位阻都对反应平衡产生较大的影响, 同时竞争配位的结果导致新的过氧物种[OV(O₂)₂(N-Me-Im)]⁻的生成, 而利用上述谱学方法则有助于揭示此类相互作用体系的反应过程和配位方式.     

双过氧钒配合物与N-乙基咪唑相互作用的NMR研究

为探讨过氧钒配合物中有机配体对反应平衡的影响, 在模拟生理条件下(0.15 mol·L-1 NaCl 溶液), 应用多核(1H、13C 和51V)多维(COSY 和HSQC)核磁共振(NMR)以及变温技术等谱学方法研究双过氧钒配合物[OV(O2)2L]-(L=D2O 或HOD, 与之配位的过氧钒物种简写为bpV)和[OV(O2)2LL']n-｛n=1-2, LL'=3-羟基-皮考啉酸根(3-OH-pic), 2-(2'-吡啶)-咪唑(py-im), 1,10-邻菲啰啉(phen), 与它们配位的含钒物种分别简写为bpV(3-OH-pic)、bpV(py-im)和bpV(phen)｝与N-乙基咪唑(N-Et-im)的相互作用. 实验结果表明, N-Et-im 与4种双过氧钒配合物反应性从强到弱的顺序为bpV>bpV(3-OH-pic)>bpV(py-im)>bpV(phen). 研究表明, 金属中心上配体的配位能力、空间位阻和分子量等因素都对反应平衡产生较大的影响,同时竞争配位的结果导致新的6配位过氧物种[OV(O2)2(N-Et-im)]-的生成.利用上述谱学方法有助于揭示此类相互作用体系的反应过程和配位方式.