原位同步辐射红外关联谱学技术研究界面电化学反应过程

电化学界面动力学决定了所有电化学反应性质.从原子和分子水平上多维度原位观察电极的表界面电化学反应动态过程对于典型的电化学储能技术(电解槽、燃料电池)中催化剂的结构设计、合成和筛选具有重要意义,但是复杂的电化学界面以及微量、快速的反应中间态信号给界面电化学反应动态过程研究带来了极大的挑战.同步辐射傅里叶变换红外光谱(SR-FTIR)具有独特的分子指纹识别功能,可以用来确定电化学界面的活性物质,结合对纳米材料的局部原子结构高度敏感的同步辐射X射线吸收精细结构(SR-XAFS)光谱可以开展界面电化学反应过程的实时动态研究,有助于指导设计用于高效高能量密度能源系统的先进电催化剂.本文基于近年来本课题组的研究工作,系统地介绍了获得高质量的电化学反应过程中同步辐射红外关联谱学实验结果的策略,及其应用于电催化反应动态过程研究成果,其中主要选用当前热门的金属有机框架(MOF)纳米材料以及金属单原子催化剂(SACs)作为研究对象.最后,对原位同步辐射实验方法发展及其针对电化学反应动态过程的研究进行了展望,旨在通过揭示电化学反应的动态机理来指导和合成高效稳定的催化材料.     

甲酸二聚体中氢转移异构化反应的同位素效应的量子动力学计算（英文）

本文对甲酸二聚体中氢转移异构化反应的同位素效应开展了量子动力学理论研究.使用本课题组发展的高效量子动力学理论方法及构建的全维神经网络从头算势能面,计算了四种氘取代甲酸二聚体的基态和基频隧穿分裂值,结果与现有实验测量值吻合很好.揭示了显著的同位素效应,并发现同位素取代对于隧穿速率的选模激发效应有很大影响,特别是当氧氢键上的氢原子被氘原子取代时影响更大.本研究有助于更好地理解双氢转移过程中的同位素效应.     

高温超导体磁通钉扎和磁通动力学研究简介

ψ=ψ0eiφ行为用统一的波函数进行描述,其相位φ在宏观尺度上是相同的.当磁场低于一定值的时候,在超Φ0=h/2e保证最大的界面面积,降低系统能量.该最小的磁通束被称为磁通量子,其磁通量是(h为普朗克超导态是一个宏观量子相干态,其载流子是库珀对.在没有外加磁场和电流的时候,这些库珀对的运动导体的边界处穿透深度内会出现一...     

GOSs-稀土配合物紫外增强材料的光谱分析与稳定性研究

氧化石墨烯薄片(GOSs)作为一种新型的二维片状材料,具有较高的比表面积、丰富的表面含氧官能团以及良好的光热稳定性。而稀土配合物通过无机稀土元素与有机配体的结合表现出优异的荧光特性。为了将两类材料具有的物化特性结合起来应用于紫外光谱探测领域。选取了合适的有机配体啉菲罗啉(1,10-邻二氮杂菲,phen)、2’2-联嘧啶(bpm)作为桥联分子,把氧化石墨烯(GOSs)与稀土配合物通过氢键自组装作用进行复合,制备了高效稳定可调的GOSs-稀土配合物复合荧光材料GOSs-Eu(BA)3phen和GOSs-Eu(TTA)3bpm,并且制备了相应的聚乙烯醇(PVA)共混紫外增强薄膜,对其光谱特性与稳定性进行了深入的研究。采用红外光谱、扫描电镜和金相显微镜等方法,对紫外增强材料进行了性能表征。采用吸收光谱,荧光光谱等方法,对紫外增强薄膜进行了性能表征。此外,通过热重测试(TGA)表征了GOSs氢键复合前后紫外增强材料的热稳定性,通过荧光强度-紫外光照次数表征了GOSs氢键复合前后紫外增强薄膜的光稳定性。红外光谱分析发现,进行配位前后有机配体的特征峰产生了频移,表明稀土配合物中Eu 3+与配体之间存在着明显的配位作用。在进行复合之后,桥联配体的特征峰也产生了偏移,表明GOSs与稀土配合物通过桥联分子的氢键作用进行了进行复合。吸收光谱与荧光光谱测定结果表明增强薄膜吸收峰在200~400 nm,荧光主峰在612 nm左右,为Eu 3+特征红色荧光峰,且不同配体可以实现不同范围的吸收产生差异化的荧光表现。扫描电镜和金相显微镜清晰地展示了稀土配合物复合前后的微观形貌,即颗粒状稀土配合物附着在石墨烯薄片上。光稳定性测试表明经过GOSs氢键复合之后,Eu(BA)3phen和Eu(TTA)3bpm稀土配合物荧光材料在进行25次荧光强度测试后光漂白程度分别下降了4.26%和6.41%,提高了其光稳定性。热重测试也表明在经过GOSs氢键复合之后,稀土配合物的热稳定性有了很大提高。总之,得益于GOSs和稀土配合物的特性结合,所制备的紫外增强材料表现出优异的荧光特性与稳定性,必将在紫外探测方面有着广阔的应用前景。     

利用可见-近红外-中红外超快光谱揭示离子交换法制备的少层MoS2中缺陷介导的载流子动力学

本文结合可见-近红外-中红外瞬态吸收光谱技术对离子交换法制备的少层MoS₂中缺陷介导的载流子动力学进行了详细的解析. 在近红外瞬态吸收光谱中观察到的宽带漂白信号表明少层MoS₂纳米片带隙中分布着大量的缺陷态. 实验结果明确揭示了载流子被缺陷态的快速捕获以及进一步的复合过程,证明带隙中的缺陷态对MoS₂光生载流子动力学过程起着至关重要的作用. 在中红外瞬态吸收光谱中观察到的正信号到负信号的转变进一步证实了在导带下小于0.24 eV处存在被载流子占据的缺陷态. 这些在少层MoS₂纳米片中存在的缺陷态可以作为有效的载流子捕获中心来辅助光生载流子在皮秒时间尺度内完成非辐射复合过程.     

光学诊断专题序言

光学诊断技术主要是以激光技术、光谱技术、光电探测技术、数据图像处理技术等为基础的一种综合性测试诊断技术可以实现复杂流场温度、组分浓度、速度、流场结构等参量信息的高时空分辨精确测量而且对测量流场无扰动.近年来光学诊断技术已开始从实验室基础研究走向于各类风洞、发动机等重要设备的工程应用这对于深入研究高超声速流动和燃烧化学反应动力学过程如高焓非平衡流动、高超声速边界层转捩、超声速燃烧动力学、汽车/飞机/火箭/卫星等发动机燃烧不稳定性和污染控制等具有重要意义.     

大脑血液动力学现象中的能量编码

神经信息的编码与解码是神经科学中的核心研究内容,同时又极具挑战性.传统的编码理论都具有各自的局限性,很难从脑的全局运行方式上给出有效的理论.而由于能量是一个标量具有可叠加性,因此能量编码理论可以从神经元活动的能量特征出发来研究脑功能的全局神经编码问题,取得了一系列的研究成果.本研究以王-张神经元能量计算模型为基础,构建了一个多层次结构的神经网络,通过计算机数值模拟得到了神经网络的能量消耗和血液中葡萄糖供能的变化情况.计算结果显示,和网络的神经活动达到峰值的时间相比,血液中葡萄糖的供能达到峰值的时间延迟了约5.6s.从定量的角度再现了功能性核磁共振(fMRI)中的血液动力学现象:大脑某个脑区的神经元集群被激活以后经过5~7 s的延迟,脑血流的变化才会大幅增加.模拟结果表明先前发表的由王-张神经元模型所揭示的负能量机制在控制大脑的血液动力学现象中起着核心的作用,预测了刺激条件下大脑的能量代谢与血流之间变化的本质是由神经元在发放动作电位过程中正、负能量之间的非平衡、不匹配性质所决定的.本文的研究结果为今后进一步探究血液动力学现象的生理学机制提供了新的研究方向,在神经网络的建模与计算方面给出了一个新的视角和研究方法.      

仿生石墨烯复合材料的制备及其电化学性能

石墨烯作为一种理想的新型二维纳米材料,有着独特的理化性能和广泛应用价值,但成本高、产率低、分散性较差是制约其推广应用的关键.为了解决这一问题,现以北方杨树叶为原料,以KMnO4和H2SO4为氧化剂,水热氧化裂化直接得到MnO2仿生石墨烯复合材料(MnO2@BGO).通过XPS、SEM、TEM、XRD等测试手段对材料组成及微观结构进行表征.从SEM、TEM及氮气吸附脱附分析可以看出,通过氧化碳化直接得到的MnO2@BGO复合材料,MnO2分布均匀,比表面积达605 m2/g.此复合材料与未经氧化剂浸渍得到碳材料(BGO)相比,更多的保留了叶片原有的叶脉结构和孔隙,孔径分布较窄,平均孔径为3.7nm.从AMF分析可以看出,MnO2@BGO复合材料类似二维纳米膜,得到的片层厚度最薄＜1.23 nm,最厚≯5.65 nm,平均厚度2.57 nm.XPS分析表明,C存在形式以C=C为主,表明材料石墨化程度较高,属于仿生石墨烯.电化学性能分析表明,在电流密度在1 A/g时,该材料所做电极比电容为387 F/g.     

聚吡咯/氧化钒@硫正极材料制备及其在锂硫电池中的应用

采用聚吡咯/中空氧化钒@硫(PPy/H-V2O5@S)作为锂硫电池正极,其中间层极性V2O5中空球壳为硫的体积膨胀提供足够的空间并通过化学键固定多硫化物,外层聚吡咯对多硫化物的扩散起双重固定作用,并作为导电骨架提高正极导电性,共同提高正极对硫化物的固定作用,提高电池循环稳定性.PPy/H-V2 O5@S正极在0.5C、1C、2C、4C电流密度300次循环后,放电容量分别保持在825.6 mA·h·g-1、673.6 mA·h·g-1、625.1mA·h·g-1、583.3 mA·h·g-1,库伦效率保持在98;以上,展现出极好的循环稳定性.