钒氧阴离子团簇与小分子碳氢化合物反应的实验和理论研究

为了在分子层次上揭示相关催化反应的机理, 人们对过渡金属氧化物团簇与碳氢化合物分子反应进行了大量研究. 相比于过渡金属氧化物团簇阳离子, 阴离子对一些碳氢化合物的活性弱得多, 因此研究还很少. 在本工作中, 我们通过激光溅射产生钒氧团簇阴离子VxOy, 产生的团簇在接近热碰撞条件下与烷烃(C2H6和C4H10)以及烯烃(C2H4和C3H6) 在一个快速流动反应管中进行反应, 飞行时间质谱用来检测反应前后的团簇分布. 在VxOy与烷烃的反应中, 生成了产物V2O6H-和V4O11H-; 在与烯烃的反应中, 产生了相应的吸附产物V4O11X-(X=C2H4或C3H6). 密度泛函理论计算表明: V2O-6和V4O-11可以活化烷烃(C2H6和C4H10)的C—H键, 也可以与烯烃(C2H4和C3H6)发生3+2环化加成反应形成一个五元环结构(-V-O-C-C-O-), C—H键活化与环加成反应都需经历可以克服的反应能垒. 理论计算与实验观测结果相符合. V2O-6和V4O-11团簇都具有氧原子自由基(O·或O-)的成键特征, 活性O-物种也经常出现在钒氧催化剂表面, 因而本研究在分子水平上, 揭示了表面活性氧物种与碳氢化合物反应的机理.     

脲衍生物对环氧树脂/双氰双胺固化体系潜伏性促进作用研究

本文用DSC、TBA、旋转粘度计等手段对一系列不同结构及不同取代基取代的脲衍生物对环氧树脂/双氰双胺固化体系的潜伏性促进作用作了考察。结果表明,其促进效果随脲的α位取代烷基碳原子数增加而减弱,而其β、γ位上的取代基团变换时对促进作用无明显影响。由此得出4,4-二(N,N-二甲基)脲二苯甲烷(简称M-二甲)和2,4-二(N,N-二甲基)脲甲苯(简称T-二甲)二种脲衍生物在本丈所考察的28种化合物中具有最显著的促进效果,其中T-二甲的促进活性略高于M-二甲,它们均可使上述固化体系的固化温度降至130℃左右,含有此促进剂的固化体系即使在30℃下贮存,其粘度保持基本不变的时间仍可达三个月以上。     

含酯基和酰胺基支链的苯并菲液晶电荷传输性质的量子化学研究

根据Marcus半经典模型,计算了支链中含酰胺基和含酯基的苯并菲盘状液晶化合物C18H6(OC2H5)3(OCH2CONHCH3)3和C18H6(OC2H5)3(OCH2COOCH3)3的电荷转移反应的速率常数。这两种化合物的支链都可以对称性分布,也可以非对称性分布。计算表明,支链排列的对称性对电荷转移矩阵元和电荷传输速率常数的影响很大,非对称性分子的正电荷传输速率常数和负电荷传输速率常数均大于对称性分子。所以,取代基非对称性排列对增加电荷传输速率常数有利。其原因是支链非对称排列的分子的质量中心与几何中心不重合,当液晶分子绕质量中心旋转的同时形成了分子间的相对平移,从而增大了电荷转移矩阵元。本文为设计、改善液晶分子的电荷传输性能提供了一条新的思路。     

亚甲基蓝与鲱鱼精DNA相互作用的光谱法研究

以吖啶橙(AO)作为光谱探针, 采用UV和荧光光谱等方法研究了亚甲基蓝(MB)与鲱鱼精DNA的作用机制. 确定了在低浓度MB时, MB与DNA以嵌插方式作用; 而在高浓度MB时, MB与DNA之间为混合作用方式. 结合比n(MB)∶n(DNA)＝10∶1, 结合常数 ＝2.46×10⁵ L•mol^－1, MB-DNA复合物的表观摩尔吸光系数ε＝5.70×10⁶ L•mol^－1•cm^－1. 同时研究了酸度和温度等对MB与DNA相互作用的影响, 热力学研究推导了MB结合DNA为焓驱动反应.     

2-对联苯-8-羟基喹啉锌的合成及其应用于新型白光OLED

合成了一种全新的有机发光材料2-对联苯-8-羟基喹啉锌(Zn[2-(p-biPh)-8-Q-O]₂), 通过¹H NMR, UV-Vis等对配合物的结构进行表征. 利用该材料制备了新型白光有机电致发光器件(OLED), 其结构为: ITO/NPB (N,N'-双(1-萘基)-N,N'-二苯基-1,1'-二苯基-4,4'-二胺)/BCP (2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉)/Zn[2-(p-biPh)-8-Q-O]₂/Al. 通过调节空穴阻挡层BCP的厚度, 实现了NPB(蓝光发射)和Zn[2-(p-biPh)-8-Q-O]₂(黄光发射)作为器件双发光层的有效复合, 并研究了其发光机理. 当BCP层的厚度为2.0 nm时, 获得了稳定的白色发光; 该器件在6 V电压下启亮, 20 V电压时最大发光亮度达到130 cd/m², 电流效率为0.224 cd/A.     

硫代乙酰胺光化学反应机理的理论研究

用B3LYP, MP2和CASSCF方法, 采用cc-pVDZ和6-31++G**基组, 研究了硫代乙酰胺在基态和最低三态上消除硫化氢以及其它光解离反应, 并考虑了单个溶剂分子参与反应对质子迁移反应的影响, 得到了消除硫化氢反应的反应机理, 计算结果可以很好地解释实验结果. 进而用CASSCF方法计算了第一激发单态上的各驻点, 以及各交叉点. 计算结果表明, 在S1和T1态上发生除分子内转动以外的化学反应的可能性比较小, 当分子被激发到S2态上时, 将通过S2/S1交叉点到S1态, 在S1态上的分子有两条途径去活化, 通过S1/S0交叉点到热基态, 通过S1/T1交叉点系间窜越到T1态. 因而得出CH3CSNH2发生光解离反应的可能性不大. 基于此, 可将硫代酰胺结构引入蛋白或多肽中, 有望在不破坏分子整体结构的情况下对其进行光化学研究.     

基于硼酸酯的19F磁共振分子探针的设计合成及活体深组织活性氧物种的激活响应成像

活性氧簇(ROS), 如过氧化氢, 在生物体内的各种生理和病理过程中发挥着重要作用. 生物体内活性氧簇水平的异常与多种疾病(炎症、 肿瘤和器官损伤等)密切相关, 使ROS监测成为研究和诊断这些疾病的重要工具. 目前, 实现活体内深组织中的活性氧簇成像仍然面临挑战. 本文设计并合成了一种响应型的¹⁹F磁共振成像(MRI)探针(Gd-DPBF), 并将其用于实现对活体内通用活性氧簇的检测和成像. 该探针由钆螯合物通过活性氧簇响应的芳香硼酸酯键与含氟砌块相连接构成. 体外和体内成像实验结果证实, 该探针可以实现在活体荷瘤小鼠中针对肿瘤中高表达的活性氧进行检测和成像, 展示了其在生物体内对活性氧簇相关生理过程进行深组织、 零生物背景成像方面的潜力.     

基于MEMS加速度计的倒置开关

运用MEMS加速度计MMA8453Q和单片机MSP430设计了一种针对放入式电子测压器的倒置开关。利用加速度计方向检测功能,单片机通过I2C接口读取加速度,判断是否倒置。倒置开关经步进电机多次旋转倒置测试成功率达到100%,并利用霍普金森杆进行了抗过载测试。结果表明,在受到45000g 冲击后仍能正常工作,能满足火炮等高冲击场合的测试要求。     

用平均场近似研究液晶分子结构与清亮点的关系

液晶的平均场理论假设每个液晶分子都是处在其它周围所有分子的平均作用势场中, 而不考虑该分子与周围各个分子之间的单独关联, 一个分子所感受到的分子场就是所有其它分子给予这个分子的作用场对位置和对取向的平均值. 当周围分子不是完全有序排列时, 其混乱程度可以用序参量S表示(S≤1), 中央一个分子受的势能为－Sg(θ). 其中g(θ)是在排列整齐的平均场中该分子的势能函数的负值. 在此基础上, 可以解一个关于序参量和温度的积分方程, 求出清亮点. 本文采用Gay-Berne势模拟液晶分子的双体势, 用分子力学UFF方法优化液晶分子(二环辛烷和硼笼的衍生物)的单体和双体的构型和能量, 从而获得Gay-Berne势的参数, 得到液晶的清亮点. 计算结果与实验基本一致.     

硫代樟脑光化学反应的理论研究

运用量子化学方法优化了硫代樟脑的最低5个电子态(S₀, T₁, S₁, T₂和S₂)的结构, 并计算了它们的相对能量. 计算结果表明: S₁, T₁和T₂态的能量非常接近, 而S₂的能量远远高于T₂态, 这与之前对几种小的硫代羰基化合物的研究结论一致. 确定了硫代樟脑分子在T₁态发生β-插入反应和类Norrish II型反应的机理, 计算的势垒相对于S₀的振动零点分别为314.1和332.6 kJ/mol. 在400 nm波长的光的照射下, 分子被激发到S₁态, 此时分子没有足够的能量发生反应, 只能通过内转换回到基态. 当激发光波长在254 nm时, 硫代樟脑分子被激发到S₂态, 这时候体系有了足够的内部能量使反应发生. 实验上已经观察到此激发光波长下, 气态硫代樟脑可以发生β-插入反应和类Norrish II型反应.