关于高分子物理教学的思考：系带分子——结晶聚合物结构与性能的纽带

结晶聚合物涉及大量复杂的概念和理论知识,是高分子物理教学的重难点内容之一。其中“系带分子”作为结晶聚合物中的重要组成部分,不仅仅是联结晶体与晶体的系带,也是理解结晶聚合物结构与性能的“系带”。本文提出以结晶聚合物中的“系带分子”为线索,对结晶聚合物涉及的相关知识进行串连和梳理,阐述聚合物的晶体结构模型以及结晶聚合物结构与性能的关系,帮助学生理解和记忆结晶聚合物相关知识的同时,建立对结晶高分子结构与性能对应关系的理解,进而形成在学习高分子相关知识时从结构到性能的思维逻辑。同时也通过鼓励学生自主查阅文献,学习和总结学术上关于结晶聚合物研究的历史沿革和最新进展的形式,进一步加深学生对课堂知识的掌握,锻炼学生们独立思考的能力。     

三氟乙酸对无金属卟啉-苝酰亚胺分子阵列激发态衰变过程的影响

用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱研究了CF₃COOH浓度变化对CHCl₃溶液中N-[p-5′-(m^-10′,15′,20′-三苯基卟啉)基]-N′-正十二烷基-3,4:9,10-四羧基二酰亚胺分子阵列(TrPP-MDPTCDI)的光致激发态衰变机理的影响,发现无论激发无金属卟啉还是酰亚胺基元,分子阵列均表现出质子化无金属卟啉生色团的特征荧光发射.对电子结构的分析说明质子化使[H₂²⁺TrPP^*-MDPTCDI]成为各种激发态中相对稳定的物种,因此,未质子化前占主导的从卟啉到酰亚胺基元的光致电子转移衰变途径在质子化后受到有效抑制,激发卟啉生色团(λ=439nm)直接得到[H₂²⁺TrPP-MDPTCDI^*],并以辐射衰变方式回到基态;激发酰亚胺生色团(λ=491nm)得到的[H₂²⁺TrPP^*-MDPTCDI]通过电荷分离态迅速弛豫到[H₂²⁺TrPP^*-MDPTCDI],并辐射荧光,同时伴随少量的从酰亚胺到质子化无金属卟啉生色团的能量转移.     

外围带咔唑基的联苯桥联二聚对苯乙烯撑的双光子吸收性能

报道了十字形结构对荧光生色团的双光子吸收(TPA)作用横截面积的影响. 1,4-二(9'-乙基咔唑基)- 3'-乙烯基苯(R1)是经典的具有D-π-D结构的TPA生色团. 通过一个联苯桥将两个双光吸引(TPA)链连接在一起得到的十字形分子(1)显示出比单链分子明显增大的双光子吸收作用横截面积(σ'). 在10-4 mol/L 的甲苯溶液中, 十字结构分子1的σ'值为491.0×10-50 cm4·s, 而R1的σ'值仅为137.5×10-50 cm4·s. σ'的放大可以归结为十字结构使TPA 生色团的偶极呈交叉排列, 抑制了浓溶液中的荧光猝灭.     

三氟乙酸对无金属卟啉-茈酰亚胺分子阵列激发态衰变过程的影响

用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱研究了CF3COOH浓度变化对CHCl3溶液中N-[P-5′-(m-10′，15′，20′-三苯基卟啉)基]-N′-正十二烷基-3，4:9，10-四羧基茈二酰亚胺分子阵列(TrPP-MDPTCDI)的光致激发态衰变机理的影响，发现无论激发无金属卟啉还是苝酰亚胺基元，分子阵列均表现出质子化无金属卟啉生色团的特征荧光发射.对电子结构的分析说明质子化使[H2^2 TrPP^ -MDPTCDI]成为各种激发态中相对稳定的物种，因此，未质子化前占主导的从卟啉到茈酰亚胺基元的光致电子转移衰变途径在质子化后受到有效抑制，激发卟啉生色团(λ=439nm)直接得到[H2^2 TrPP^ -MDPTCDI]，并以辐射衰变方式回到基态；激发苝酰亚胺生色团(λ=491nm)得到的[H2^2 TrPP-MDPTCDI^ ]通过电荷分离态迅速弛豫到[H2^2 TrPP^ -MDPTCDI]，并辐射荧光，同时伴随少量的从茈酰亚胺到质子化无金属卟啉生色团的能量转移.     

基于吡咯并吡咯二酮的二元和三元共轭聚合物的光电性能研究

设计合成了基于吡咯[3,4-c]并吡咯二酮(DPP)和烷氧基苯的二元共轭聚合物P1,并通过聚合中分别引入缺电子性第三单体二氟代苯并噻二唑(DFBT)和萘二酰亚胺(NDI),进一步得到三元聚合物P2和P3.结果显示,缺电子第三单体的设计引入能调节聚合物的吸光、能级并改变聚合物在薄膜状态下的聚集行为,从而影响材料的聚合物太阳能电池光电转换效率和有机场效应晶体管电荷迁移率,采取face-on聚集取向的P1在太阳电池中表现更好,而edge-on取向的P2则在晶体管中表现出更高的空穴迁移率.     

酸碱控制的卟啉-苝酰亚胺分子阵列荧光开关

研究了氯仿溶液中分子阵列N,N-二[对-5′-(间-10′,15′,20′-三苯基卟啉)基-苯基]-3,4:9,10-四羧基二酰亚胺(TrPP-PTCDI-TrPP)在不同浓度的三氟乙酸作用下荧光光谱的变化,质子化无金属卟啉的光致激发态成为各种激发态中相对稳定的物种,因此无论激发无金属卟啉基元(λ=439nm)还是酰亚胺基元(λ=491nm),分子阵列都表现出质子化无金属卟啉生色团的特征荧光发射,酸的引入使激发态下高效率的电荷转移衰变途径被关闭,辐射衰变途径被打开.在溶液中引入三乙胺去质子化使电荷转移衰变途径被打开而辐射衰变途径被关闭,因此分子阵列构成了一个通过酸碱控制的荧光开关.考虑到酸碱中和反应的方便性及分子阵列对不同波段光激发同时敏感的广谱性,该分子阵列开关具有特殊优势.     

Ga2O3催化剂上CO2气氛中丙烷脱氢反应的研究

考察了Ga2O3对于丙烷脱氢和CO2气氛脱氢反应的催化性能.结果表明,Ga2O3具有较高的催化活性,其性能优于传统的Cr2O3脱氢催化剂.催化反应可能经过了一个丙烷异裂的过程,其中CO2是通过逆水煤气反应和Boudouard反应来促进催化剂性能的,在高于823K时该促进作用更为明显.催化剂的催化活性和其表面酸密度密切相关,在Ga2O3结构中,四配位Ga3+是其酸位的来源,并通过质子与氧化物的共同作用促进反应进行.催化剂的失活是由于表面的积碳和活性氧的消耗共同造成的.同时还对Ga2O3作为丙烷脱氢反应的催化剂的催化反应机理进行了初步探讨.     

酸碱控制的卟啉-茈酰亚胺分子阵列荧光开关

研究了氯仿溶液中分子阵列N．N-二[对-5’-(间-10’，15’，20’-三苯基卟啉)基-苯基]-3，4：9，10-四羧基茈二酰亚胺(TrPP-PTCDI-TrPP)在不同浓度的三氟乙酸作用下荧光光谱的变化，质子化无金属卟啉的光致激发态成为各种激发态中相对稳定的物种，因此无论激发无金属卟啉基元(λ=439nm)还是]芭酰亚胺基元(λ=491nm)．分子阵列都表现出质子化无金属卟啉生色团的特征荧光发射，酸的引入使激发态下高效率的电荷转移衰变途径被关闭，辐射衰变途径被打开．在溶液中引入三乙胺去质子化使电荷转移衰变途径被打开而辐射衰变途径被关闭，因此分子阵列构成了一个通过酸碱控制的荧光开关．考虑到酸碱中和反应的方便性及分子阵列对不同波段光激发同时敏感的广谱性．该分子阵列开关具有特殊优势．     

有机单晶电路的研究进展

与传统硅基集成电路相比, 有机集成电路具有成本低、 柔性及易携带等优势. 有机单晶集成电路在有机集成电路的基础上提高了材料的有序度和迁移率, 从而大大提升了电学性能, 具有丰富的研究价值和广泛的应用前景. 本文综合评述了有机单晶电路的研究进展, 重点总结了利用有机单晶制备逻辑门电路的相关工作, 并介绍了将有机单晶用于集成电路上的尝试, 最后分析了有机单晶集成电路研究中面临的挑战并对其未来的发展进行了展望.     

教学的思考激发出科研的灵感：分子量多分散性导致的球晶新型织构

教学与科研的联动融合是教学改革的发展方向。本文展示了一个教学促进科研的案例，通过对教学内容的思考与系统梳理，凝结出了创新的研究思路。高分子结晶，是《高分子物理》课程的核心内容之一。其中，分子量对高分子结晶过程及聚集态结构的影响被广泛提及，高分子按分子量在结晶过程中发生分级，不同分子量会导致不同的聚集态结构。基于这两点，提出了高分子中会存在由于分子量多分散性导致的聚集态结构规律分布的猜想。验证这一猜想促进了一种新型嵌套球晶织构的发现，并为其形成机理的研究提供了关键指导。本文体现了教学促进科研模式的可行性与优越性，以期为科教融合提供有益的启迪。