表面等离子体共振效应在光电催化中的应用及机理研究

面对日益严峻的能源和环境问题,人们对可再生能源的需求日益增强。本文通过以金为核的二元及三元纳米粒子,设计了一种表面等离子体共振(surface plasmonic resonance,SPR)增强的光电催化剂。其中,金核通过SPR效应在光照下产生光热效应及光电效应,提高了材料的催化活性。光照条件下纳米粒子表面的局域热点温度可以通过4-甲氧基异腈苯探针分子利用表面增强拉曼光谱得到。同时利用对氨基苯硫酚(PATP)探针分子证实SPR产生的光电催化效应。最重要的是,通过定量计算得到了光热效应及光电效应在SPR增强的光电催化性能各自的贡献。这些结果为表面等离子体共振协助增强的光电催化反应提供理论依据,并为新型光电催化材料提供了新的设计思路。     

三维时域有限差分法计算金纳米粒子尺寸与SERS活性的关联

通过合成一系列不同粒径(16～160 nm)的金纳米粒子.观察到120～135 nm的金纳米粒子在632.8nm波长激发下具有最高的SERS活性,这与前人报道的电磁场理论及实验的结果不同.利用三维时域有限差分法对金纳米粒子的SERS活性与其尺寸以及入射光波长的关系进行模拟计算.在632.8 nm激发线下,金纳米粒子二聚体体系在粒径为110 nm左右具有最佳增强效应,其光电场耦合最强的热点处的增强因子高达109考虑到体系的平均SERS增强因子通常会比最大值低约2个数量级,计算得到的107的增强因子与实验测量值相符.同时对目前实验上尚难以合成的大尺寸的金纳米粒子进行模拟,结果表明受多极矩和大尺寸效应的影响在粒径220 nm时又出现SERS增强另一峰值.在325 nm的紫外激发线下,计算得到的增强因子仅为102.     

纳米材料在超级电容器领域的有效设计与可控合成

伴随着电化学储能器件在便携式电子产品、混合动力电动汽车及大型工业规模的电力和能源管理中的应用,设计合成出结构新颖、性能优越的先进纳米电极材料显得至关重要.作为电化学储能器件中的重要一员,超级电容器以其功率密度高、循环寿命长等特点越来越受到人们的广泛关注,而电极材料的组成及结构是其性能高低的决定性因素.本文结合本科研团队近几年来的研究工作,综述了有关超级电容器纳米电极材料的设计与可控合成及其前沿研究进展.     

对巯基苯胺分子构象和拉曼光谱的密度泛函理论研究

本文采用密度泛函方法B3LYP/6-311+G**计算了对巯基苯胺分子(PATP)的平衡结构和振动拉曼光谱。结果表明该分子有两个稳定构象,反式构象能更低。利用振动模分析所得的势能分布我们对该分子振动基频进行了归属,并计算了低能构象的标度振动频率,其结果与实验值相吻合。     

一种新型的通用的SERS基底-核壳结构纳米子

为了进一步来提高SERS基底和分子的普适性,本文采取了一种"借力"的方法,设计合成了金核过渡金属薄壳(Au@Pd,Au@Pt,Au@Ni,Au@Co)的核壳结构纳米粒子,借用底层高SERS活性的金核强的电磁场来增强过渡金属表面吸附分子的SERS信号,使得过渡金属表面的增强因子可达104-105。系统地开展了不同壳层厚度及相同壳层厚度下金核大小对SERS活性影响的研究,发现随着壳层厚的增加SERS活性迅速衰减,而且当金核为120-140 nm时可以得到最强的增强。     

基于“量”的观念解分析化学简答题

分析化学简答题是分析化学习题和考试中常用的考查形式。传统的做法更多是采用文字表述的方式进行解题,而文字的叙述其实并不清晰,容易产生歧义。本文介绍基于“量”的观念,采用严格的数学分析的方法来解答分析化学的简答题,使得解答过程更为严谨,更易于理解。     

立方体形Au_(core)-Pd_(shell)-Pt_(cluster)纳米材料对甲酸电催化的研究

应用晶种生长法制得金纳米立方体,Aucore-Pdshell和Aucore-Pdshell-Ptcluster电催化剂,通过改变溶液的H2PdCl4和H2PtCl6的用量以控制Pdshell的厚度和Ptcluster的覆盖度.采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)观察了金纳米立方体的表面结构.利用循环伏安法(CV)研究了不同Pd层厚度的立方体形Aucore-Pdshell纳米粒子和不同Pt岛覆盖度的立方体形Aucore-Pdshell-Ptcluster纳米粒子对甲酸氧化的电催化性能.结果表明,与立方体形Aucore-Pdshell纳米粒子相比,"核-壳-岛"结构的立方体形Aucore-Pdshell-Ptcluster纳米粒子对甲酸的电氧化具有更高活性.当Pd壳层厚度为3层,Pt岛覆盖度为0.5时,电催化活性最高.