金属有机框架材料UiO-66-NH2中的铜离子掺杂位置效应及相关动力学研究

本文通过调控合成构建了两种类型的铜离子掺杂金属有机框架(MOF)材料UiO-66-NH₂：一种是Cu²⁺离子浸渍在MOF孔隙中所形成的Cu@UiO-66-NH₂,另一种则是Cu²⁺离子部分取代Zr-O团簇中的Zr⁴⁺离子所形成的双金属中心Cu-UiO-66-NH₂. 超快光谱与动力学表征表明：与未掺杂的MOF相比,这两个铜离子掺杂的MOF体系均促进了与LCCT态相关的弛豫动力学,其促进程度的顺序为Cu-UiO-66-NH₂>Cu@UiO-66-NH₂UiO-66-NH₂;这与它们在可见光光催化析氢活性测试中所观察到的趋势一致. 该工作揭示了Zr基MOF体系中的铜离子掺杂位置效应及相关动力学,表明可在类似MOF体系中通过合理设计金属掺杂的具体位置来促进光致电荷分离、抑制有害的电荷复合,有利于提高MOF体系的光催化性能.     

ICP-MS研究黄河三湖河口表层沉积物对Cd~(2+)和Cu~(2+)的吸附-解吸特性

为了研究黄河上游表层沉积物与Cd~(2+)和Cu~(2+)的相互作用机理,以黄河三湖河口表层沉积物(简称样品)为研究对象,采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术,优化样品对Cd~(2+)和Cu~(2+)的吸附固液比、时间、pH等条件。并在此条件下研究了Cd~(2+)和Cu~(2+)在样品上的吸附特性和解吸特性。结果表明:两种金属的优化吸附条件不同,在各自优化吸附条件下,样品对Cu~(2+)和Cd~(2+)的平衡吸附量分别为0.88和0.13 mg·g~(-1);对两种金属的吸附动力学符合伪二级吸附动力学模型,且样品对Cu~(2+)的吸附速率大于对Cd~(2+)的吸附速率;吸附热力学拟合结果显示吸附过程符合Freundlich模型,对两种金属的吸附均属于优惠型吸附,且吸附过程属于吸热过程,可自发进行;解吸动力学研究表明,两个金属的解吸过程均符合Elovich方程,属于非均相扩散;在多离子竞争吸附-解吸实验中发现,样品对Cu~(2+)的吸附-解吸受到共存离子的影响更大。研究结果揭示了黄河三湖河口表层沉积物对Cd~(2+)和Cu~(2+)吸附和解吸的作用机理以及共存离子对吸附解吸特性的影响。对于分析重金属在水体与沉积物之间的作用机理、固液两相分布规律以及重金属迁移能力提供了理论依据,同时也为制定研究区域针对性的重金属防控措施具有一定指导意义。     

Cu~(2+)离子共掺杂的β-NaYF_4∶Yb~(3+),Er~(3+)晶体的制备与上转换发光性能的提高

采用水热法制备Cu~(2+)离子共掺杂的β-NaYF_4∶20%Yb~(3+),2%Er~(3+)上转换晶体。通过X射线衍射(XRD)及透射电子显微镜(TEM)数据分析,Cu~(2+)离子的掺杂不影响样品的晶相与形貌。通过荧光光谱观察到,随着Cu~(2+)离子的掺杂摩尔分数从0增加到40%,紫外到可见的上转换发光强度先增大再减小。在掺杂5%Cu~(2+)离子时,β-NaYF_4∶20%Yb~(3+),2%Er~(3+)晶体呈现出最大的上转换发光强度。这是因为低价态的Cu~(2+)离子掺杂导致F-空位的产生,降低了Er~(3+)离子周围晶体场的对称性,从而有利于上转换发光的增强。     

一种高选择性萘甲酰腙铜离子探针合成及其在吸附中的应用

以3-羟基-2-萘甲酰肼和4-二苯氨基苯甲醛为原料,设计合成了一种新型萘甲酰腙铜离子荧光探针L(N′-(4-(二苯胺基)亚苄基)-3-羟基-2-萘酰肼),并通过~1H NMR、~(13)C NMR、HR-MS、IR和X射线单晶衍射法对L的结构进行了表征。在H_2O/DMSO(V∶V=3∶7,pH=7)溶液体系中,可以高选择性和高灵敏性识别Cu~(2+)。通过质谱法、核磁滴定和DFT计算对L与Cu~(2+)可能的作用机理进行了研究。通过将L掺杂到聚丙烯酰胺(PAM)中,制备了凝胶(PAML)。研究表明,PAML对Cu~(2+)有很好的吸附性能,且不受其他离子的干扰,对水中Cu~(2+)去除率可以达到96.99%,并且在紫外灯下通过肉眼很容易进行区分。之后通过SEM-EDS对PAML吸附前后的微观形貌和成分进行了分析。     

Sm~(3+),Sr~(2+)共掺杂对CeO_2基电解质性能影响的密度泛函理论+U计算

Sm~(3+),Sr~(2+)共掺杂CeO_2的离子电导率被证实可高达Sm~(3+)掺杂CeO_2离子电导率的近两倍,然而,共掺杂对CeO_2电导率的作用机理尚不明确.本文利用第一性原理计算的密度泛函理论+U方法,对Sm~(3+)和Sr~(2+)共掺杂的CeO_2进行了系统的研究,对比Sm~(3+)或Sr~(2+)单掺杂的CeO_2体系,计算并分析了共掺杂体系的电子态密度、能带结构、氧空位形成能以及氧空位迁移能等微观属性.计算结果表明,Sm~(3+),Sr~(2+)的共掺杂对CeO_2基电解质性能的提高具有协同效应,二者的共掺杂不仅能协同抑制CeO_2体系的电子电导率,还能在单掺杂CeO_2的基础上进一步降低氧空位形成能,Sm~(3+)的存在还有助于降低Sr~(2+)对氧空位的俘获作用,而Sr~(2+)的加入则能够在Sm~(3+)掺杂CeO_2的基础上进一步降低最低氧空位迁移能,爬坡式弹性能带方法计算表明共掺杂体系的氧空位迁移能最低可达0.314/0.295 eV,低于Sm~(3+)掺杂CeO_2的最低氧空位迁移能.研究揭示了Sm~(3+),Sr~(2+)共掺杂对CeO_2电导率的协同作用机理,对进一步研发其他高性能的共掺杂电解质材料具有重要的指导意义.     

光谱法研究人胞红蛋白与铜(Ⅱ)离子的相互作用（英文）

胞红蛋白(Cygb)是近期在脊椎动物中发现的一种球蛋白家族成员,具有典型珠蛋白的"3+3"式的α-螺旋三明治折叠结构。利用紫外可见吸收光谱、荧光光谱、同步荧光光谱及圆二色(CD)光谱法研究了Cu~(2+)离子与Cygb的相互作用。结果表明,当Cu~(2+)离子加入到Cygb溶液中后,Cygb在280nm处的紫外吸收强度增大,说明Cu~(2+)与Cygb发生了相互作用;Cu~(2+)使Cygb的内源性荧光发生猝灭,其猝灭方式为静态猝灭。同步荧光光谱研究表明,Cu~(2+)可使色氨酸和酪氨酸的微环境发生较小的改变,与酪氨酸相比Cu~(2+)对Cygb的键合部位更接近于色氨酸。圆二色光谱研究表明,Cu~(2+)对Cygb的二级结构未引起明显变化。     

Pb掺杂对Cd_2Ru_2O_7反常金属态的调控

具有烧绿石结构的Cd_2Ru_2O_7在形成长程反铁磁序的同时进入反常的金属态.采用高压高温方法制备了一系列Pb掺杂的Cd_(2-x)Pb_xRu_2O_7(0≤x≤2)多晶样品,并系统研究了其晶体结构和电阻率、磁化率、热电势等物理性质.尽管Pb_2Ru_2O_7是泡利顺磁金属,但少量Pb~(2+)掺杂的样品Cd1.8Pb0.2Ru2O7却呈现出明显的金属-绝缘体转变,与施加静水压和少量Ca~(2+)掺杂的效果类似.通过与类似的烧绿石Ru~(5+)氧化物进行对比,提出Cd_2Ru_2O_7中的Ru~(5+)-4d~3电子态恰好处于巡游到局域过渡的区域,少量Pb~(2+)掺杂造成的晶格无序增强了电子的局域性,使得形成反铁磁序的同时伴随出现了金属-绝缘体转变.这表明具有烧绿石结构的Ru~(5+)氧化物是研究巡游-局域电子转变的理想材料体系.     

Dy~(3+),Sm~(3+)共掺杂Ca_2A1[AlSiO_7]荧光粉的发光性质研究

采用高温固相反应法合成了一系列Dy~(3+)、Sm~(3+)单掺杂和共掺杂铝方柱石发光材料,详细地研究了Dy~(3+)、Sm~(3+)掺杂对铝方柱石的结构和发光性质的影响。XRD结果表明Dy~(3+)、Sm~(3+)离子单掺杂和共掺杂样品均形成了单相的铝方柱石结构化合物,并没有改变基质的晶体结构。发光光谱表明,通过调节Dy~(3+)、Sm~(3+)离子的掺杂比例,发光颜色可实现从黄色到黄白色的可控调节。此外,发射和激发光谱表明,Dy~(3+)与Sm~(3+)离子之间存在有效的光谱重叠,暗示着Dy~(3+)→Sm~(3+)的能量传递。荧光寿命衰减结果进一步证实Dy~(3+)与Sm~(3+)离子之间是一种无辐射共振能量传递方式。     

共振X射线衍射研究高温超导Sr_2CuO_(3.4)晶体中的调制结构

为了进一步研究Sr_2CuO_(3.4)高温超导样品中调制结构与超导电性关系,本文对其调制结构形成机制提出了一种新的解释.采用同步辐射共振X射线衍射技术在Cu K边附近探测调制结构随入射光能量的变化,探测到Cu~(2+), Cu~(3+)变价有序,并用于解释Sr_2CuO_(3.4)高温超导样品中调制结构的形成机制.实验结果表明,氧空位既占据顶角位置又存在于CuO_2面内,氧空位的有序排布造成变价铜离子有序,这种有序结构与其超导电性相关.     

半脱氨酸附载大孔型阴离子树脂富集水中微量元素

半胱氨酸(H_2L)具有巯基和氨基能和许多金属离子络合形成稳定的络合物。用H_2L和氢氧根型的D296大孔型强碱性阴离子交换树脂一起加热制得一种新型的附载树脂。在水溶液中,pH为6.5—8时能够定量吸附Cu~(2+)、Pb~(2+)、Cd~(2+)、Ni~(2+)离子,具有容易合成,容易洗脱,吸附速度快,同时试验了大量共存离子存在时对Cu~(2+)、Pb~(2+)、     

半导体纳米颗粒/金属-有机骨架复合光催化体系中的位置效应（英文）

本文采用超快瞬态吸收光谱技术研究了"半导体/金属-有机骨架(MOF)"复合体系中的位置效应.半导体TiO_2纳米颗粒被嵌入或担载于一种典型的MOF材料Cu_3(BTC)_2.通过实时跟踪这两个复合体系中的电子动力学行为,发现半导体与MOF之间形成的界面态可作为高效的电子转移纽带,其效率与二组份的相对位置密切相关,从而导致这两个复合体系光催化CO_2还原的性能差异.本文对"半导体/MOF"复合体系中界面电子转移行为和效应的机理进行了解读,为基于MOF材料的光电化学应用提供了有益的设计思路.     

金属硫族簇基半导体中的Mn2+发光

锰离子相对稳定的发光特性及锰掺杂荧光粉的成功使得人们对锰离子发光的研究热情不减。本文综述了Mn~(2+)掺杂金属硫族簇基半导体中团簇结构、组分关联的Mn~(2+)发光特性。金属硫族簇基半导体具有原子级的精确结构,为探究Mn~(2+)发光的精确"构效关系"提供了理想模型。在Mn~(2+)掺杂的金属硫族簇基半导体中,Mn~(2+)附近键长和团簇组装方式的差异决定了Mn~(2+)配位场强的变化,进而影响Mn~(2+)发光波长的变化。在Mn~(2+)掺杂的金属硫族纳米团簇中,Mn~(2+)的聚集形式和聚集体中Mn~(2+)的数量决定了Mn-Mn耦合相互作用的大小,直接影响Mn~(2+)发光效率、寿命及激发特性。     

对比分析三角Pr~(3+)中心在CsCdBr_3和GdCl_3晶体中的能级分裂

以Racah的群表示论和Slater的波函数理论为基础,分别建立了4f2组态离子Pr~(3+)在三角晶体场C3v和C3h中的91×91完全能量矩阵,并对Pr~(3+)离子掺杂在卤化物CsCdBr_3和GdCl_3中的Stark能级做了计算与分析.结果显示计算值与实验值吻合很好,表明在分析由稀土离子掺杂体系的能级分裂时,完全能量矩阵方法是有效的方法.此外,将两种具有不同点群对称的体系的能级分裂情况作了比较,结果显示六阶晶体场参量对能级分裂的影响是不能忽略的,而且CsCdBr_3:Pr~(3+)和GdCl_3:Pr~(3+)将产生不同程度的畸变.     

Ca~(2+)和Mn~(4+)掺杂对烧绿石铱化物Bi_2Ir_2O_7电输运性质的影响（英文）

近年来,烧绿石铱化物在凝聚态物理方面引起了越来越多的关注,原因是人们意识到铱化物在实现新型拓扑态方面具有很大的潜力.在本文中,我们详细介绍了Ca~(2+)和Mn~(4+)离子掺杂对Bi_2Ir_2O_7的晶格结构,电输运以及磁性质的影响,研究发现Ca~(2+),Mn~(4+)掺杂增强了体系的反铁磁性,并使电阻率发生了金属绝缘体转变.     

掺杂对金属-MoS_2界面性质调制的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,计算了卤族元素掺杂对金属-MoS_2界面性质的影响,包括缺陷形成能、电子能带结构、差分电荷密度以及电荷布居分布.计算结果表明:卤族元素原子倾向于占据单层MoS_2表面的S原子位置;对于单层MoS_2而言,卤族元素的掺杂将在禁带中引入杂质能级以及导致费米能级位置的移动.对于金属-MoS_2界面体系,结合Schottky-Mott模型,证明了卤族元素的掺杂可以有效地调制金属-MoS_2界面间的肖特基势垒高度.发现F和Cl原子的掺杂将会降低体系的肖特基势垒高度.相比之下,Br和I原子的掺杂却增大了体系的肖特基势垒高度.通过差分电荷密度和布居分布的分析,阐明了肖特基势垒高度的被调制是因为电荷转移形成的界面偶极矩的作用导致.研究结果解释了相关实验现象,并给二维材料的器件化应用提供了调节手段.     

Er~(3+)和Eu~(3+)共注入GaN的光学特性和能量传递机制

采用离子注入法在GaN薄膜中实现了Er~(3+)和Eu~(3+)离子的共掺杂.以阴极荧光光谱仪为主要表征手段,研究样品的光学特性和能量传递机理.在300K温度下,Er~(3+)和Eu~(3+)共掺杂GaN薄膜能够实现绿光和红光的同时发射.随着Er~(3+)离子掺杂剂量的增加,Eu~(3+)离子相关发光峰的强度减弱,Er~(3+)离子对应的两个相关发光峰强度比值减小,表明Er~(3+)和Eu~(3+)离子之间发生了能量传递,能量传递的方向为Eu~(3+)→Er~(3+).变温阴极荧光光谱显示,Er~(3+)离子的2H11/2和4S3/2两个能态相关的跃迁峰相对强度比值随着温度升高而降低,主要是由两个能级之间的热耦合导致.改变Er~(3+)离子的掺杂剂量,能够调控GaN:Er~(3+)/Eu~(3+)样品的光学色度坐标和色温,表明此材料可用于发光器件.     

Tb~(3+)离子与SnO_2纳米晶体共掺杂SiO_2薄膜荧光增强

为了提高Tb~(3+)离子在硅基薄膜中的吸收截面与光发射效率,本文通过在硅基薄膜中引入具有更大吸收截面的SnO_2纳米晶体,利用共振能量转移机制,大幅提高了Tb~(3+)离子的光发射效率。首先,利用限制性晶化原理,采用基于旋涂技术的溶胶凝胶法制备了Tb~(3+)离子与SnO_2纳米晶体共掺杂非晶SiO_2薄膜。然后,通过选择最佳掺杂浓度的SnO_2纳米晶体作为敏化剂,Tb~(3+)离子掺杂SiO_2薄膜在541 nm处的特征荧光发射强度增大了2个数量级。荧光激发谱与瞬态荧光寿命谱测试结果表明,Tb~(3+)离子与SnO_2纳米晶体之间存在着有效的非辐射复合能量传递过程,1 000℃高温退火后,部分Tb~(3+)离子进入纳米晶体内部,导致共振能量转移效率大幅提高。以上研究表明:SnO_2纳米晶体是一种潜在的Tb~(3+)离子敏化剂,可有效提高稀土Tb~(3+)离子掺杂SiO_2薄膜的光发射效率。     

Pr掺杂对DyMnO3体系结构、磁性与电极化特性的影响

本文报告了Pr掺杂对Dy_(1-x)Pr_xMnO_3多铁性化合物结构与磁电性能的影响.研究表明Pr的掺杂增强了A位离子Dy与B为离子Mn之间的相互作用,提高了DyMnO_3的磁化与电极化强度.其机理可归结为Pr~(3+)掺杂使得Dy~(3+)在低温条件下的磁矩排列发生变化,使得Dy与Mn的螺旋耦合作用增强,从而提高了的体系的宏观磁性能和电极化强度.     

钙钛矿锰氧化物(Nd1-xLax)0.5Ca0.5MnO3体系中的铁磁再入现象

研究了(Nd1-xLax)0.5Ca0.5MnO3(0≤x≤0.5)体系的X射线衍射谱,Raman吸收谱和电输运特性.通过电输运性质的测量给出了金属绝缘转变温度Tm与A位离子平均半径之间的关联.结果表明,La3 离子的掺杂压制低温下的电荷有序,导致金属绝缘转变开始出现,且随掺杂浓度的增加,金属绝缘转变(MI)温度(Tm)向高温区移动,对应的峰值电阻率ρp降低.X射线衍射谱和电输运特性均表明,La3 离子的掺入使得A位平均离子半径(〈rA〉)增大,导致局部晶格畸变减小.在掺杂量0.3≤x≤0.5的区域范围内,随着x的增加,双交换作用逐渐增强,有利于低温下铁磁态的形成.但热循环实验的研究结果表明,这种铁磁态属于亚稳态,在能量上反铁磁态比铁磁态更稳定.     

一种新型荧光探针的合成及其对Cu~(2+)的选择性识别

设计并合成能用于识别铜离子的荧光探针N′-(喹啉-2-亚甲基)-7-二乙胺基-3-甲酰肼-香豆素(FKBA),通过质谱、红外光谱、元素分析、~1 H NMR、~(13) C NMR等方法对该荧光探针FKBA进行表征;采用荧光光谱法和紫外-可见光谱法对FKBA与金属离子的相互作用进行了研究。结果表明FKBA对Cu~(2+)有良好的选择性和灵敏度。向含有FKBA的溶液中加入Cu~(2+),其吸收峰发生红移,且强度增大。而向该溶液中,加入Al ~(3+),Ag~+,Ba~(2+),Cd~(2+),Ca~(2+),Co~(3+),Fe~(3+),Cr~(3+),Hg~(2+),Mg~(2+),K~+,Mn~(2+),Ni ~(2+),Na~+,Zn~(2+)和Pb~(2+)等其他16种金属离子时,FKBA的紫外吸收仅发生细微的变化。FKBA作为化学传感器对Cu~(2+)的选择性是通过与一系列与环保和生物功能相关的金属离子相互作用得到验证。FKBA中加入Cu~(2+)时,FKBA的荧光强度明显猝灭,其他16种金属离子对FKBA的荧光强度几乎没有影响。不同的金属离子分别与Cu~(2+)共存时FKBA的荧光光谱猝灭程度相同,说明FKBA具有良好的抗干扰能力。向FKBA中加入EDTA,FKBA的荧光强度得到恢复。FKBA中加入Cu~(2+),溶液颜色变成棕色,加入EDTA后又恢复到初始颜色。说明FKBA的荧光减弱不是Cu~(2+)催化FKBA分解而是FKBA与Cu~(2+)络合。在酸性环境中,FKBA的希夫碱结构不稳定,部分FKBA分解成其他的荧光物质。据IUPAC(cDL=3Sb/m)测得检测限为0.13μmol·L~(-1)。对实际样品中的Cu~(2+)浓度进行分析,表明FKBA可作为荧光传感器用于实际样品的Cu~(2+)检测。