Electron Transfer and Charge Transfer: Twin Themes in Unifying the Mechanisms of Organic and Organometallic Reactions

The broad varieties of organic and organometallic reactions merge into a common unifying mechanism by considering all nucleophiles and electrophiles as electron donors (D) and electron acceptors (A), respectively. Comparison of outer-sphere and inner-sphere electron transfers with the aid of Marcus theory provides the thermochemical basis for the generalized free energy relationship for electron transfer (FERET) in Equation (37) and its corollaries in Equations (43) and (44) that have wide predictive applicability to electrophilic aromatic substitutions, olefin additions, organometallic cleavages, etc. The FERET is based on the conversion of the weak nucleophile–electrophile interactions extant in the ubiquitous electron donor—acceptor (EDA) precursor complex [D, A] to the radical ion pair [D^⊕, A^?], for which the free energy change can be evaluated from the charge-transfer absorption spectra according to Mulliken theory. FERET analysis thus indicates that the charge-transfer ion pairs [D^⊕, A^?] are energetically equivalent to the transition states for nucleophile/electrophile transformations. The behavior of such ion pairs can be directly observed immediately following the irradiation of the charge-transfer bands of various EDA complexes with a 25-ps laser pulse. Such studies confirm the radical ion pair [Arene^⊕, NO₂] as a viable intermediate in electrophilic aromatic nitration, as presented in the electron-transfer mechanism between arenes and the nitryl cation (NO) electrophile.     

地外样品研究中电子探针元素面扫描分析技术的应用

由于月壤等地外样品十分珍贵,在实验室研究中优先使用原位、微区、无损的元素分析方法。电子探针元素面扫描是地外样品研究中常用的分析方法之一。该方法可获取样品整体或者感兴趣区域的多种元素分布数据,应用于矿物相识别与含量估算,锆石等定年矿物的快速定位,矿物环带、出溶、反应边结构等特殊岩相和矿物接触关系等分析和研究。本研究中以嫦娥五号月壤、月球陨石、火星陨石研究为例,介绍了目前元素面扫描的应用方法。此外,本文还对比、分析了电子探针面扫描技术与其它面扫描技术的优缺点和适用范围。未来十年,我国将实施一系列月球、火星、小行星等天体采样返回任务。电子探针元素面扫描分析未来将在这些地外样品研究中广泛使用。同时,建议行星科学家围绕所关心的科学问题,合理搭配多种分析方法以实现各种技术优势互补和样品科学价值最大化,服务我国月球与深空探测任务科学产出和行星科学发展。     

HT-7电子加热实验的软X射线能谱诊断

介绍了HT-7装置上软X射线能谱诊断系统,用软X射线能谱对HT-7托卡马克上电子温度进行了测量。在离子伯恩斯坦波和低杂波协同实验中,观察到了对等离子体的较好的加热效果。     

皮尔斯电子枪非迭代综合法的修正

 对Tiwary非迭代综合法进行了整理分析,根据阴极半锥角大小的不同范围对其计算公式做出了相应修正,使得计算结果与Vaughan迭代综合法的计算结果相吻合,二者之间相差可以实现小于1°;对阳极半径公式也做了合理的修正,使阳极与阴极之间的间隙及电子枪射程的计算精度也与迭代综合法相当。采用非迭代法的修正方法计算精度受阴极半锥角大小的影响大大减小,扩大了其应用范围。     

N掺杂对非晶C薄膜的电子结构与光学性质的影响

用直流磁控溅射法制备了非晶C薄膜及N掺杂非晶C(a-C∶N)薄膜,用紫外-可见分光光谱仪、椭圆偏振仪、俄歇电子能谱(AES)等对薄膜进行了检测。结果表明：随源气体中N气含量的增加,透过率和折射率变小, 而光学带隙先增大后减小; 当薄膜中N的含量很少,N的掺入对sp3杂化C起稳定作用,使得薄膜光学带隙E_g增大。而较高量N的掺入抑制了sp3杂化C的形成,提高了薄膜中sp2键含量,使得薄膜光学带隙变小。参数D定义为俄歇电子能谱(AES)中最大正峰和最低负峰之间的距离,用俄歇电子能谱中的D值来计算薄膜的sp2键的百分含量,俄歇电子能谱(AES)表征也表明：较高量的N的掺入抑制了sp3杂化C的形成。所以应该考虑在较低N分压条件下掺N来改善非晶C薄膜的光学性能。     

氰化给体中分子间相互作用促进的全小分子光伏混合物的超快电子转移

氰基取代被认为是优化全小分子有机太阳能电池性能的可行方法. 然而,氰基取代对太阳能电池中电荷产生动力学的影响仍未得到探索. 本文光谱研究表明,在全小分子太阳能电池中,氰化给体中增强的分子间电荷转移相互作用会显著促进共混物中的电子转移. 实验发现,在氰基取代给体中,分子间相互作用引起的离域激发,在混合物中会进行超快电子转移. 相比之下,在没有氰基取代的给体中剩余的局域激发态,并没有积极参与电荷分离. 此发现很好地解释了为何氰化取代给体的共混物器件的性能会得到提升,表明可以通过调控分子间相互作用、来优化全小分子器件性能.     

石墨烯纳米带电极区N掺杂电子输运性质研究

运用密度泛函理论和非平衡格林函数结合的方法,研究电极区N掺杂对扶手椅型石墨烯纳米带电子输运特性的影响.结果表明,与本征扶手椅型石墨烯纳米带电流-电压曲线相比,宽度为7的石墨烯纳米带电流-电压曲线表现出明显的不对称性,其中心N掺杂表现强烈的整流特性,整流系数达到102数量级,且将N原子从电极区中心位置移动到边缘,整流特性减弱.研究结果表明宽度为7的扶手椅型石墨烯纳米带出现强整流现象的原因主要是负向偏压下能量窗内没有透射峰引起的,该研究结果对将来石墨烯整流器件的设计具有重要的意义.     

Benzothiadiazole-based Conjugated Polymers for Organic Solar Cells

Benzothiadiazole(BT) is an electron-deficient unit with fused aromatic core, which can be used to construct conjugated polymers for application in organic solar cells(OSCs). In the past twenty years, huge numbers of conjugated polymers based on BT unit have been developed,focusing on the backbone engineering(such as by using different copolymerized building blocks), side chain engineering(such as by using linear or branch side units), using heteroatoms(such as F, O and S atoms, and CN group), etc. These modifications enable BT-polymers to exhibit distinct absorption spectra(with onset varied from 600 nm to 1000 nm), different frontier energy levels and crystallinities. As a consequence, BT-polymers have gained much attention in recent years, and can be simultaneously used as electron donor and electron acceptor in OSCs, providing the power conversion efficiencies(PCEs) over 18% and 14% in non-fullerene and all-polymer OSCs. In this article, we provide an overview of BTpolymers for OSCs, from donor to acceptor, via selecting some typical BT-polymers in different periods. We hope that the summary in this article can invoke the interest to study the BT-polymers toward high performance OSCs, especially with thick active layers that can be potentially used in large-area devices.     

空间波函数的对称性对氦原子双光子双电离过程中电子关联的影响

通过数值求解含时薛定谔方程,研究了氦原子具有对称空间波函数的1s2s 1S态和具有反对称空间波函数的1s2s 3S态分别作为初态的双光子双电离过程. 结果表明,对于初态为单重态1s2s 1S的双光子双电离过程,两个电离电子的能量分布随激光脉冲持续时间的增加呈现由单峰到双峰的变化,这里的单峰和双峰分别意味着两个电离电子主要携带相等和不等的能量;然而对于初态为三重态1s2s 3S的双光子双电离过程,两个电离电子的能量分布随激光脉冲持续时间的增加总是保持双峰结构. 这些结果表明当原子的初态处于反对称空间波函数时,两电子的空间密度分布具有较少的重叠,从而导致电子在超短激光脉冲中电离时电子关联能无法平均分配.     

50~250 keV质子入射SiC和Si靶时的电子发射特性研究

在中国科学院近代物理研究所兰州重离子加速器国家实验室测量了能量范围为50~250 keV 的质子入射碳化硅靶和硅靶表面的电子发射产额。实验结果发现,两种半导体靶材的电子发射产额随质子入射能量变化趋势均与作用过程中电子能损随质子入射能量的变化趋势相似。通过分析电子发射的能量来源,发现实验中电子发射产额主要由动能电子发射产额贡献,势能电子发射产额可以忽略不计。两种靶材的电子发射产额均近似地正比于质子入射靶材过程中的电子能损,比例系数B随入射能量略有变化。