木质素模化物紫丁香酚热解机理的量子化学研究

采用密度泛函理论方法B3LYP/6-31G++(d,p),对木质素模化物紫丁香酚的热解反应机理进行了量子化学理论研究。提出了三种可能的热解反应途径,对各种反应的反应物、产物、中间体和过渡态的结构进行了能量梯度全优化。计算了各热解反应途径的标准动力学参数,分析了各种主要热解产物的形成演化机理。键离解能计算结果表明,紫丁香酚中CH₃-O键的键离解能最小,各种键离解能的大小顺序为CH₃-O < O-H < CH₃O-C_aromatic < CH₂-H < HO-C_aromatic < C_aromatic-H。在反应路径(1)中,主要热解产物是3-甲氧基邻苯二酚,其形成反应的总能垒为366.6 kJ/mol;在反应路径(2)中主要热解产物是2-甲氧基-6-甲基苯酚,其形成反应的总能垒为474.8 kJ/mol;在反应路径(3)中形成邻甲氧基苯酚的总能垒很低,为21.4 kJ/mol,这表明,在连接甲氧基的碳原子上加氢后能够有效地降低木质素芳环模化物紫丁香酚去甲氧基反应的反应能垒。     

流延等静压成型法制备YAG:Ce荧光陶瓷：性能及应用

采用水基流延等静压成型工艺,结合高温固相烧结成功制备了YAG:Ce荧光陶瓷。为考察水基流延等静压成型工艺对YAG:Ce荧光陶瓷产品性能的影响,在平行条件下制备了非水基YAG:Ce荧光陶瓷。与非水基荧光陶瓷相比,采用水基流延等静压成型工艺制备的YAG:Ce荧光陶瓷的X射线衍射(XRD)衍射强度明显增强,样品粒径分布更均匀,荧光激发和发射强度明显增强,平均荧光寿命延长,热稳定性提高。因此,基于水基荧光陶瓷的白光,其显色指数(68.8)和发光效率(169.18 lm·W^-1)明显提升。本研究为水基和非水基流延等静压成型-高温固相烧结制备YAG:Ce荧光陶瓷的相关研究奠定了一定的理论和实验依据。     

基于功能材料的电化学传感器检测新烟碱类杀虫剂的研究进展

基于纳米材料的电化学分析技术已成为快速检测新烟碱类杀虫剂的研究热点。尤其是新型功能材料的应用,对拓宽农药传感器的适用性和增大检测范围具有重要意义。该文以功能材料为核心,梳理了适配体、分子印迹、光电材料、碳纳米材料、有机框架材料等新型功能材料的最新发展,重点阐述了功能材料在构建新烟碱类杀虫剂电化学传感器中的突出作用、优缺点及最新进展,并对基于功能材料的各类新烟碱类杀虫剂电化学传感器的未来发展进行了展望,以期为其深入研究与应用提供参考。     

O-乙酰基-吡喃木糖热解反应机理的理论研究

为了从微观上理解半纤维素热解过程及其主要产物的形成演变机理,采用密度泛函理论方法B3LYP/6-31G++(d,p),对O-乙酰基-吡喃木糖的热解反应机理进行了量子化学理论研究。在热解过程中,O-乙酰基-吡喃木糖中的O-乙酰基首先脱出,形成乙酸和中间体IM₁,该步反应能垒为269.4 kJ/mol。IM₁进一步发生开环反应形成IM₂,开环反应能垒较低,为181.8 kJ/mol。对中间体IM₂设计了四种可能的热解反应途径,对各种反应的反应物、产物、中间体和过渡态的结构进行了能量梯度全优化,计算了各热解反应途径的热力学和动力学参数。计算结果表明,反应路径(4)和反应路径(2)是O-乙酰基-吡喃木糖热解的主要反应通道,乙酸、乙醛、乙醇醛、丙酮、CO、CO₂、CH₄等小分子产物是热解的主要产物。这与相关实验结果分析是一致的。     

Enhanced thermoelectric properties in two-dimensional monolayer Si2BN by adsorbing halogen atoms

Using the first principles calculation and Boltzmann transport theory, we study the thermoelectric properties of Si2BNadsorbing halogen atoms (Si2BN-4X, X = F, Cl, Br, and I). The results show that the adsorption of halogen atoms cansignificantly regulate the energy band structure and lattice thermal conductivity of Si2BN. Among them, Si2BN-4I has thebest thermoelectric performance, the figure of merit can reach 0.50 K at 300 K, which is about 16 times greater than that ofSi2BN. This is because the adsorption of iodine atoms not only significantly increases the Seebeck coefficient due to banddegeneracy, but also rapidly reduces the phonon thermal conductivity by enhancing phonon scattering. Our work proves theapplication potential of Si2BN-based crystals in the field of thermoelectricity and the effective method for metal crystals toopen bandgaps by adsorbing halogens.     

二噻吩硼烷异构体分子结构测定的第一性原理研究

本文在第一性原理计算基础上结合非平衡格林函数方法,研究了量子干涉效应对连接镍电极的二噻吩硼烷(dithienoborepin,DTB)分子结自旋输运性质的影响,并通过氨基和硝基钝化实现了对二噻吩硼烷分子异构体(DTB-A和DTB-B)的区分.结果表明,原始的DTB-A和DTB-B分子结在费米能级两侧都有一个自旋向上透射峰和一个自旋向下透射峰,且两个透射峰的能量位置和高度基本相同.因此,原始DTB-A和DTB-B分子结的自旋向上和自旋向下电流曲线基本重合,不能被明显区分.然而,研究发现量子干涉效应能不同程度地增强氨基钝化DTB-A分子结费米能级两侧分子轨道的自旋极化输运能力,并减弱氨基钝化DTB-B分子结费米能级两侧分子轨道的自旋极化输运能力.此外,研究还发现量子干涉效应可以显著提高硝基钝化DTB-B分子结费米能级两侧分子轨道的自旋极化输运能力,同时减弱硝基钝化DTB-A分子结费米能级两侧分子轨道的自旋极化输运能力.由于量子干涉效应对氨基和硝基钝化的DTB异构体分子结自旋输运能力有不同的调制作用,因此可以通过测量氨基和硝基钝化分子结的自旋电流值来区分DTB分子的两种异构体.     

吡喃葡萄糖热解机理的量子化学理论研究

采用密度泛函理论方法 B3LYP/6-31G++(d,p),对纤维素的一个循环单体β-D-吡喃葡萄糖的热解反应机理进行了量子化学理论研究。设计了四种可能的热解反应途径,对各种反应的反应物、产物、中间体和过渡态的结构进行了能量梯度全优化,计算了各热解反应途径的标准动力学参数。计算结果表明,反应路径1中速控步的活化能为297.02 kJ.mol,反应路径2中速控步的活化能为284.49 kJ.mol,与反应路径3,4相比,反应路径1,2的反应能垒更低,是主要的热解反应通道,乙醇醛、1-羟基-2-丙酮、5-羟甲基糠醛、CO等小分子产物是热解的主要产物。这与相关实验结果分析是一致的。     

Simulations of monolayer SiC transistors with metallic 1T-phase MoS2 contact for high performance application

We preform a first-principles study of performance of 5 nm double-gated (DG) Schottky-barrier field effect transistors (SBFETs) based on two-dimensional SiC with monolayer or bilayer metallic 1T-phase MoS₂ contacts. Because of the wide bandgap of SiC, the corresponding DG SBFETs can weaken the short channel effect. The calculated transfer characteristics also meet the standard of the high performance transistor summarized by international technology road-map for semiconductors. Moreover, the bilayer metallic 1T-phase MoS₂ contacts in three stacking structures all can further raise the ON-state currents of DG SiC SBFETs in varying degrees. The above results are helpful and instructive for design of short channel transistors in the future.     

蒽二噻吩分子连接铁磁锯齿边碳化硅纳米带的巨幅度自旋整流

利用非平衡格林函数结合密度泛函理论,研究了顺式蒽二噻吩和反式蒽二噻吩分子连接锯齿边碳化硅纳米带的自旋输运特性,并在铁磁场下观察到自旋向上和自旋向下具有同方向的自旋整流特性.在铁磁场下,边缘碳原子或者硅原子双氢原子钝化可以改变锯齿边碳化硅纳米带的本征金属性,使其转变为半导体.顺式蒽二噻吩器件和反式蒽二噻吩器件的自旋向上电流-电压特性可以呈现显著的自旋整流效应,相应的最大自旋整流比分别接近10¹¹和10¹⁰.此外,由于自旋向上和自旋向下电流值之间的巨大差异,两个器件的电流-电压特性都在正偏压区域呈现出完美的自旋过滤行为.以上发现对未来设计自旋功能分子器件具有重要意义.