金刚石(111)光滑表面上甲基合成金刚石薄膜的成核生长机理

运用量子力学半经验分子轨道AM1方法,计算了金刚石(111)光滑表面上甲基合成金刚石薄膜的成核和生长反应过程的机理,给出反应体系和过渡态的能量.结果表明,甲基是金刚石(111)表面上金刚石成核和外延生长的有效生长成分.     

聚苯胺纳米管在阳极氧化铝模板中电聚合的生长机理

利用阶跃电位、循环伏安等电化学方法，应用金属电沉积理论,研究聚苯胺纳米管在阳极氧化铝模板（AAO）内电聚合的生长机理.结果表明：电聚合初始，苯胺二维非扩散控制的瞬时成核生长形成聚苯胺晶胞链段单层,单层形成以后，聚苯胺的生长过程变为线性扩散控制. XRD实验进一步证实电聚合的聚苯胺同时包含结晶相和无定型相结构.     

合成聚苯胺/碳化钨复合材料及聚合机理探讨

采用在原位聚合苯胺的反应介质中分散碳化钨(WC)的方法制备了掺杂聚苯胺/碳化钨(PANI/WC)复合物,并研究了苯胺在WC表面的聚合机理.通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)和X射线衍射(XRD)对复合物进行了表征.结果表明,苯胺的聚合倾向于在WC颗粒表面进行,形成了PANI包覆WC的复合材料;WC粒子与PANI大分子之间存在强的相互作用,并且复合前后WC的晶型并未发生变化,WC的存在导致红外光谱有明显的蓝移现象,复合后在3446 cm-1处的红外吸收峰变得很弱;在拉曼光谱中,代表醌环C N键的伸缩振动峰红移了9 cm-1,并且强度也有很大程度提高.说明PANI与WC之间有化学键的作用,它们之间的化学键作用发生在C N键的N原子上.聚合反应优先在WC粒子表面进行,生成PANI包覆结构,并提出了PANI/WC复合物的形成机制.     

MMA/BA种子半连续乳液聚合成核过程及机理研究

引入一种不溶于水的染色剂(BL-S)作示踪剂,研究甲基丙烯酸甲酯(MMA)/丙烯酸丁酯(BA)种子半连续乳液聚合中各变量对成核过程及成核机理的影响,运用最终乳胶粒中染色剂的含量(Pdye)、最终乳胶粒子数(Npc)、胶束成核和均相成核所形成的粒子数目(Nm和Nh)等参数对聚合过程中的成核情况进行定量分析.结果发现,当引发剂浓度[I]增大时,Pdye、Nh、Nm和Nh/Npc均随之增大,同时Nm/Npc相应地减小,且Nm/Npc=-0.0262[I]+0.8833,表明均相成核随[I]的增大而增加,但胶束成核的比例减小.乳化剂浓度[E]在不同范围内对成核机理的影响不同,在[E]=0.7216×10-2mol.L-1时,体系中胶束成核和均相成核比例相等,各为50%;当[E]>0.7216×10-2mol.L-1时,随[E]增大,成核时间t1,2逐渐缩短,Nm/Npc增加,Nh/Npc减小,胶束成核所占比例大于均相成核,胶束成核逐渐上升为主要成核方式;反之当[E]<0.7216×10-2mol.L-1时,体系中胶束成核所占比例小于均相成核,均相成核为主要成核方式.当MMA的摩尔分率fMMA由0增至0.6时,Nm/Npc从80.93%下降至50%,体系中以胶束成核为主,均相成核为辅;当fMMA由0.6增至1时,Nm/Npc已降至40%,而Nh/Npc增至60%,体系中已转变成均相成核为主,胶束成核为辅.在常规和种子半连续乳液聚合中,t1,2分别为12min和6min,而Pdye变化较小,表明聚合方式只影响粒子的形成过程和成核时间的长短,对成核方式影响甚微.     

电沉积制备的PtNi纳米粒子用于氧还原反应:成核和生长机理

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)电堆中阴极Pt基催化剂的高用量造成其成本居高不下,成为阻碍燃料电池汽车商业化推进的重要原因,因此开发低Pt、高活性的Pt基催化剂势在必行.Pt合金催化剂能够有效地降低Pt用量,并通过对合金颗粒的元素比例、晶面、粒径等实行精确调控,显著提升氧还原(ORR)催化活性.然而,目前常用的制备方法由于原料与制备成本高昂、过程复杂大都难以适应规模化生产需求.电化学方法通过控制施加的电流或电位控制晶体生长.在水体系中该方法已得到验证,但由于Pt化合物的热力学标准电极电位与过渡金属元素之间相差较大,且对于过渡金属来说,电负性大多小于铂,因此还原电位通常负于析氢电位,使得二者难以实现共沉积.有机体系中电位窗口比水体系大得多,Pt与电位较负的过渡金属可实现共沉积,采用小分子有机溶剂也可避免溶剂清洗问题,具有应用潜力.本文提出了一种简单的一步电沉积方法,选择易溶于水的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂,将碳载体滴涂到玻碳电极上作为工作电极,通过电化学方法直接将Pt-Ni合金沉积到碳载体上,并利用物化表征与密度泛函理论(DFT)理论计算来探究共沉积机理.透射电镜表征结果表明,在不同的沉积电位下均可得到分散均匀、粒径适当的催化剂;且随着电位值降低,催化剂颗粒分散得更均匀,颗粒粒径不断减小.元素分布和晶面结果表明,铂镍元素均匀分布于颗粒中.所有样品均表现出优异的ORR性能,最高的面积比活性达到商业催化剂的6.85倍.将材料表征、电化学表征与DFT计算结合,建立起了铂镍合金生长过程的模型,并发现了有机体系中独特的成核-生长机理.将体系中的DMF换成超纯水,用同样的方法进行沉积,得到的催化剂颗粒团聚严重,说明DMF的使用能够避免颗粒团聚.在单独铂的体系中沉积发现,负载量极小,表明体系中镍前驱体的添加对于催化剂的沉积过程起到重要作用.电化学表征结果表明,在所选用的DMF有机体系中,镍的还原电位与铂的十分接近,但还原动力学更慢,趋向于先形成吸附原子后快速还原.由此可以推测,在二者合金的形成过程中,镍在碳载体表面的缓慢还原而形成的吸附原子能够成为铂还原的活性位点,从而降低了铂还原成核所需的能量,使得载体上的成核位点大大增加,这与DFT模拟结果一致.DFT建立了碳上镍的位点和铂的位点,分别在上面进行铂的还原,发现镍位点上比铂位点上更容易实现铂沉积.本文提出了铂镍共沉积的机理:在过电位(即还原能量)下,铂的还原动力学较镍稍快,于是铂先还原形成晶核,但难以达到生长的临界半径,于是单独铂体系中的沉积负载量很少.载体上还原的镍为铂还原提供了大量的活性位点,促进了铂还原,并与镍共沉积.Pt-Ni表面则进一步促进了铂的沉积和颗粒的生长.综上,本文提出了一种用于制备铂合金催化剂的有机电沉积体系,实现了单分散的碳载铂镍合金催化剂的一步制备.随后,本文将材料表征、电化学表征与DFT计算相结合,建立起了有机体系中铂镍合金成核-生长过程的机理模型.     

电沉积制备的PtNi纳米粒子用于氧还原反应:成核和生长机理

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)电堆中阴极Pt基催化剂的高用量造成其成本居高不下,成为阻碍燃料电池汽车商业化推进的重要原因,因此开发低Pt、高活性的Pt基催化剂势在必行.Pt合金催化剂能够有效地降低Pt用量,并通过对合金颗粒的元素比例、晶面、粒径等实行精确调控,显著提升氧还原(ORR)催化活性.然而,目前常用的制备方法由于原料与制备成本高昂、过程复杂大都难以适应规模化生产需求.电化学方法通过控制施加的电流或电位控制晶体生长.在水体系中该方法已得到验证,但由于Pt化合物的热力学标准电极电位与过渡金属元素之间相差较大,且对于过渡金属来说,电负性大多小于铂,因此还原电位通常负于析氢电位,使得二者难以实现共沉积.有机体系中电位窗口比水体系大得多,Pt与电位较负的过渡金属可实现共沉积,采用小分子有机溶剂也可避免溶剂清洗问题,具有应用潜力.本文提出了一种简单的一步电沉积方法,选择易溶于水的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂,将碳载体滴涂到玻碳电极上作为工作电极,通过电化学方法直接将Pt-Ni合金沉积到碳载体上,并利用物化表征与密度泛函理论(DFT)理论计算来探究共沉积机理.透射电镜表征结果表明,在不同的沉积电位下均可得到分散均匀、粒径适当的催化剂;且随着电位值降低,催化剂颗粒分散得更均匀,颗粒粒径不断减小.元素分布和晶面结果表明,铂镍元素均匀分布于颗粒中.所有样品均表现出优异的ORR性能,最高的面积比活性达到商业催化剂的6.85倍.将材料表征、电化学表征与DFT计算结合,建立起了铂镍合金生长过程的模型,并发现了有机体系中独特的成核-生长机理.将体系中的DMF换成超纯水,用同样的方法进行沉积,得到的催化剂颗粒团聚严重,说明DMF的使用能够避免颗粒团聚.在单独铂的体系中沉积发现,负载量极小,表明体系中镍前驱体的添加对于催化剂的沉积过程起到重要作用.电化学表征结果表明,在所选用的DMF有机体系中,镍的还原电位与铂的十分接近,但还原动力学更慢,趋向于先形成吸附原子后快速还原.由此可以推测,在二者合金的形成过程中,镍在碳载体表面的缓慢还原而形成的吸附原子能够成为铂还原的活性位点,从而降低了铂还原成核所需的能量,使得载体上的成核位点大大增加,这与DFT模拟结果一致.DFT建立了碳上镍的位点和铂的位点,分别在上面进行铂的还原,发现镍位点上比铂位点上更容易实现铂沉积.本文提出了铂镍共沉积的机理:在过电位(即还原能量)下,铂的还原动力学较镍稍快,于是铂先还原形成晶核,但难以达到生长的临界半径,于是单独铂体系中的沉积负载量很少.载体上还原的镍为铂还原提供了大量的活性位点,促进了铂还原,并与镍共沉积.Pt-Ni表面则进一步促进了铂的沉积和颗粒的生长.综上,本文提出了一种用于制备铂合金催化剂的有机电沉积体系,实现了单分散的碳载铂镍合金催化剂的一步制备.随后,本文将材料表征、电化学表征与DFT计算相结合,建立起了有机体系中铂镍合金成核-生长过程的机理模型.     

ITO上电沉积Pd的成核机理及电催化性质

采用循环伏安技术和计时电流技术, 研究了ITO上电沉积Pd的过程, 发现Pd在ITO表面的电沉积是过电位成核且为不可逆的扩散控制过程; 根据Cottrell方程计算得到[PdCl₄]^2-的扩散系数为2.19×10^-5 cm²/s; 根据Scharifker的理论模型, 归一化处理电流-时间曲线, 与理论成核曲线对照, 判断Pd 的成核机理. 通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)对Pd 的形貌进行分析, 讨论了沉积电位和沉积时间对Pd纳米粒子形貌的影响. 用X射线粉末衍射(XRD)对Pd纳米粒子进行结构分析, 并在0.5 mol/L H₂SO₄溶液中研究了其电化学性质及在碱性条件下乙醇分子的电催化性质.     

电沉积二氧化锰成核机理及其充放电性能

采用计时电流法沉积纳米MnO₂电极材料,利用Scharifker-Hills成核理论模型分析时间-电流(i-t)曲线判断了MnO₂成核机理。 对3种不同的成核方式制得的MnO₂材料进行电化学超级电容性能测试、用SEM观察了其微观形貌。 比较了不同沉积方法对沉积材料结构、电容性能的影响。 计时电流测试发现,在0.1 mol/L Mn²⁺溶液中,电势阶跃至0.365 V,初始成核符合瞬时成核机理,在0.01 mol/L Mn²⁺溶液中,电势阶跃至0.418 V,初始成核存在瞬时成核和连续成核两种不同机理,在0.5 mmol/L Mn²⁺溶液中,电势阶跃至0.515 V,初始成核则符合连续成核机理。 超级电容性能测试发现,瞬时成核下制得的MnO₂电极材料相对于另外两种成核方式得到的电极材料具有更好的电容性能,这是因为瞬时成核更易于形成多孔、纳米片(棒)状等高比表面积的沉积物,表明制备方法影响MnO₂电极材料电容性能。     

还原态卤代聚苯胺能带结构及掺杂导电机理的研究

用ＥＨＭＯ－ＣＯ方法研究了卤代聚苯胺的能带结构及其掺杂导电机理，结果表明，在掺杂态卤代聚苯胺中形成单极化子晶格；取代主要通过改变带宽影响电导率，由掺杂而大幅度地提高了电导率是因为大大缩小了带隙，并进一步证实了外层ｄ轨道的成键作用。     

聚丙烯成核剂成核效应及热稳定性研究

为表征在聚合物材料热加工成型过程中成核剂的成核效果的热稳定性，设计了用反复升降温ＤＳＣ实验，通过观察聚合物结晶温度和结晶热焓在反复升降温过程中的变化来考察成核剂的成核效率的稳定性．研究了碳酸钙、苯甲酸钠、对苯二甲酸和脂肪二元酸：庚二酸、辛二酸、壬二酸及其与碳酸钙组成的双组分成核剂对聚丙烯结晶成核效果的热稳定性．结果表明，高熔点物质碳酸钙、对苯二甲酸、苯甲酸钠的成核效果的热稳定性高，而脂肪二元酸的成核热稳定性低．庚二酸与碳酸钙组成的双组分成核剂的成核热稳定性高，但辛二酸、壬二酸与碳酸钙组成的双组分成核剂的成核热稳定性没有得到改善．这可能是由于庚二酸与碳酸钙之间存在某种相互作用，从而使成核效果得以稳定，而辛二酸、壬二酸与碳酸钙组成的双组分成核剂中，两个组分基本独立存在．     

乳酸-丙酮-BrO3^——Mn^2^+-H2SO4化学振荡体系动力学研究

本文报道了与生命代谢过程密切相关的中间物参与的乳酸(以下简称LA)-丙酮(以下简称Act)-BrO3^--Mn^2^+-H2SO4新型化学振荡体系, 考察了振荡体系中诸反应物的初始浓度范围及影响因素, 获得诱导期、振荡周期、振荡寿命所对应的表观活化参数EIN, EP, EL分别为60.68kJ.mol^-^1, 61.03kJ.mol^-^1,135.80kJ.mol^-^1。分析了诱导期的新特征及可能的振荡反应机理。     

钌(II)-联吡啶——α-羟基羧酸——Ce(IV)偶合化学发光反应机理研究

系统地研究了Ce(IV), H2SO4, Ru(bipy)3^2^+和5种α-羟基羧酸对Ce(IV)氧化钌(II)-联吡啶化学发光反应速率的影响。结果表明,在选定的试验条件下, 化学发光反应速率分别与Ce(IV),Ru(bipy)3^2^+, 5种α-羟基羧酸的浓度和1/[H2SO4]^2成正比, 据此提出了偶合化学发光反应机理, 推导得到的反应速率方程与实验结果吻合。     

钌(II)-联吡啶——α-羟基羧酸——Ce(IV)偶合化学发光反应机理研究

系统地研究了Ce(IV), H2SO4, Ru(bipy)3^2^+和5种α-羟基羧酸对Ce(IV)氧化钌(II)-联吡啶化学发光反应速率的影响。结果表明,在选定的试验条件下, 化学发光反应速率分别与Ce(IV),Ru(bipy)3^2^+, 5种α-羟基羧酸的浓度和1/[H2SO4]^2成正比, 据此提出了偶合化学发光反应机理, 推导得到的反应速率方程与实验结果吻合。     

钼过氧配合物与HSO 在酸性溶液中的反应动力学和机理

用载流法研究了Mo~4O~12(O~2) [简作Mo~4(O~2)~2] 与HSO 在酸性条件(4×10^-3～0.5mol·dm^-3)下的反应动力学,并提出了反应机理.反应经历下列历程:Mo~4(O~2)~2+H~2O Mo~4(O~2)(OOH)(k~1,k~-1) Mo~4(O~2)(OOH)+HSO Mo~4(O~2)OOSO~2+H~2O(k~2,k~-2) Mo~4(O~2)OOSO~2+H~2O Mo~4(O~2)+H~2SO~4(k~1,k~-1)中间产物Mo~4(O~2)再以相同机理继续与HSO 反应.由机理,得到了[S(IV)/k~观察与[H^+],[S(IV)]之间的线性关系式以及20℃时的动力学参数:K~1=7.4±0.3dm^3·mol^-1·S^-1,k~-1/k~2=(5.8±0.5)×10^-2和k~-2/k~3=(1.4×0.8)×10^-4.配合物Mo~4(O~2)~2中(O~2)基质子化是决定反应速度的关键步骤.用此机理讨论了Thompson研究的 MoO(O~2)~2与HSO 的反应结果.     

三个含不同有机底物的Belousov-Zhabotinskii反应系统受Ag^+干扰的研究

三种有机底物的B-Z反应系统当受Ag^+干扰时显示类似的实验结果。这些结果可由FKN机理得以合理的解释。     

镉离子在H2SO4溶液中极谱行为的研究

本文研究了在没有动物胶的0.5M H_2SO_4溶液中镉离子的极谱行为,得到了如下的结果:(1)在0.050～20.0mM CdSO_4 0.5M H_2SO_4的十种溶液中测得的电流-电位曲线都有良好的波形、恒定的极限扩散电流和易于确定的半波电位.这些曲线上都没有极谱极大出现;其极限扩散电流(波高)与镉离子的浓度成正比.在镉离子低浓度(0.050～0.20mM)时,半波电位保持不变,在镉离子高浓度(1.00～20.0mM)时,也仅有很小的变化.故镉离子在0.5MH_2SO_4,溶液中的电流-电位曲线可供定量和定性测定之用.(2)镉离子在低浓度时的极谱波是一种可逆波.(3)前人在H_2SO_4溶液中研究镉离子时之所以没有能得到令人满意的极谱行为的原因是他们在H_2SO4溶液中添加了动物胶的缘故.(4)作者从得到的波形良好的电流-电位曲线上,测定了25±0.2℃时镉离子在0.5M H_2SO_4溶液中的扩散电流常数、半波电位和电极反应中得失的电子数.结果如下: i_d/cm~(2/3)t~(1/6)=3.97μA/mM·mg~(2/3)·s~(-1/2) E_(1/2)=-1.011V(0.5M硫酸亚汞电极)=-0.559V(饱和甘汞电极) n=2 这些数据比Lingane的数据,扩散电流常数2.6μA/mM·mg~(2/3)·s~(-1/2)和半波电位-0.59V(饱和甘汞电极)],要合理些.     

二甲基二烯丙基氯化铵反相乳液聚合动力学及机理的研究

研究以异构烷烃混合物为连续相,以丁二酸二(2-乙基)己酯磺酸钠(Sodium-di-2-ethylhexylsulfosuccinate,CH~3CH~2CH~2CH~2CH(C~2H~5)CH~2OCOCH(SO~3Na)CH~2COOCH~2CH(C~2H~5)-CH~2CH~2CH~2CH~3,AOT)和山梨糖醇单油酸酯(SMO)为乳化剂,以偶氮二异庚腈(ADVN)为引发剂的二甲基二烯丙基氯化铵的反相乳液聚合,得到了R~P~,~0=kc^0^.^4~Ⅰ~,~0c^0^.^5~A~O~Tc^-^0^.^4~S~M~Oc^3^.^0~M~,~0的表观动力学表达式。首次提出并研究了反相乳液聚合中单体在单体液滴和胶束中的分配系数对聚合动力学的影响,成功地解释了初始聚合反应速度和单体浓度三次方成正比的原因。通过对胶粒(latex)直径、单体在油相中的溶解度、聚合反应速度与AOT浓度及搅拌速度间的关系的测定,证明聚合反应是通过胶束(micelle)成核机理而进行的。通过对不同单体浓度下的^1H NMR盐效应的研究,证明溶液聚合的速度和单体浓度二次方成正比不是由于生成双分子π配合物,而是由静电屏蔽效应和粘度的改变引起的。     

酪氨酸-KBrO3-H2SO4体系化学振荡反应的研究

本文首次报道酪氨酸-KBrO3-H2SO4体系的非催化化学振荡反应及在Ce^36+等金属离子催化下的振荡反应, 研究了振荡反应产物及许多因素对振荡反应的影响,讨论了非催化振荡反应的控制机理。根据实验结果以及振荡反应的一般机理,对上述体系非催化振荡反应的机理作了初步的探索, 并用以对实验现象作了定性说明。     

铅锑合金在硫酸溶液中的阳极膜II.电位对阳极膜生长的影响

本文使用线性电位扫描法还原预恒电位法氧化形成的阳极膜,研究电位对Pb-7Sb,Pb-7Sb-0.3Ag和Pb-5Sb-0.2As三种合金在30℃,4.5MH2SO4溶液中的阳极膜的生长速度的影响,在铅锑合金中添加银可降低合金阳极膜的生长速度,但在高电位1.4V(vs.Hg2SO4电极时,Pb-7Sb-0.3Ag合金上的PbO2膜的生长速度在上述三合金中居首,这可能是由于在银上的氧析出超电势较低的缘故,本文讨论了这种阳极膜的生长机理。     

应用非天然氨基酸研究腺苷酸激酶的作用机理

非天然氨基酸定点突变成功地应用在腺苷酸激酶上来研究其作用机理。一个苯丙氨酸的类似物和若干脯氨酸的类似物专一性地接入进腺苷酸激酶。对突变物的稳态动力学研究表明: 酪氨酸-95的芳香性在腺苷酸激酶的催化作用上不起非常重要的作用; 腺苷酸激酶能容耐脯氨酸-17的环变化为大的柔韧的环, 但却不能容耐小的刚硬的四元环。