Gold‐Catalyzed 1,2‐Acyloxy Migration/Intramolecular [3+2] 1,3‐Dipolar Cycloaddtion Cascade Reaction: An Efficient Strategy for Syntheses of Medium‐Sized‐Ring Ethers and Amines

A highly efficient strategy for the formation of medium‐sized‐ring ethers and amines based on a gold‐catalyzed cascade reaction, involving enynyl ester isomerization and intramolecular [3+2] cyclization, has been developed. Various multisubstituted medium‐sized‐ring unsaturated ethers and amines were obtained through this transformation. This method represents one of the relatively few transition metal catalyzed intramolecular cycloaddition reactions for medium‐sized ring synthesis.     

浸渍溶剂对Pt/炭-氧化铝催化氢化2-氧-4-苯基丁酸乙酯的影响

螯合辅助溶剂挥发共组装法制备的炭-氧化铝复合材料为载体,分别使用水、乙醇或二者混合物为氯铂酸的分散介质,浸渍制备炭-氧化铝复合材料负载Pt催化剂.通过XRD,N2物理吸附以及TEM表征可知,乙醇作为浸渍溶剂时,最有利于Pt的分散,而混合溶剂浸渍制备的催化剂Pt颗粒最大.2-氧-4-苯基丁酸乙酯不对称加氢反应结果表明,氯铂酸水溶液浸渍得到的催化剂Pt纳米粒子的粒径有利于获得高的光学选择性,催化剂经辛可尼丁修饰后,以乙酸为反应溶剂,可获得最高84.8%的光学选择性.此外,该催化剂重复利用性能优异,可以重复利用22次,活性没有下降.     

基于氮掺杂碳载铁复合物的锌空电池氧阴极催化剂

迫在眉睫的环境和能源问题推动人类探索可行、可靠和可再生的能源技术.锌-空气电池和氢氧燃料电池等器件显示出高能量转换效率,但是仍有许多难题有待克服,例如阴极侧上缓慢的氧还原反应(ORR),以及高昂的成本极大地限制了铂基催化剂在商业上的广泛应用.因此,开发高性能的廉价ORR催化剂具有重要意义.过渡金属碳氮化合物(M-N-C, M=Co, Fe等)成为最有希望替代铂基催化剂的一类材料, M-N-C催化剂可以通过直接热解含有过渡金属、氮和碳物种的前驱体合成.然而热解时金属原子易团聚,多孔结构不能被有效地控制,导致相对较差的催化活性.目前, MOF衍生的催化剂在能源转化和储存技术中得到了广泛的关注,其具有丰富的氮含量、高比表面积和可调的孔道结构等特点.本文报道了一种简便可靠可控的合成铁氮共掺杂碳十二面体纳米结构催化剂的方法,并作为阴极电催化剂用于锌空气电池中,测试结果证实,合成的铁氮共掺杂的纳米碳具有与铂基材料相当的活性和更加优异的稳定性.表面吸附了的邻菲罗啉铁的ZIF-8在碳化过程中,氮基团能够结合铁形成Fe Nx结构单元,因此可得到铁氮共掺杂的电催化剂.粉末X射线衍射,扫描电镜证实ZIF-8的成功合成.经过热解得到的催化剂中Fe Nx或Fe Cx衍射峰较弱,表明样品中铁含量较低,存在部分无定型铁.通过拉曼光谱分析发现,引入的邻菲罗啉在热解过程中诱导了缺陷的形成,所以Fe-NCDNA-0的ID/IG比值明显高于NC.同时ID/IG随着铁含量的增加而减少,这是因为铁可以诱导石墨化,诱导效应随着铁含量的增加而增加.分析氮气吸附-脱附等温线得出,引入邻菲罗啉之后,比表面积增加;而铁的引入因其占据了微孔结构,导致比表面积下降.同时电镜证实Fe-NCDNA-2具有较大的形貌扭曲,使得该材料具有较大的比表面积.系统的电化学研究表明,氮掺杂有利于增强ORR活性,在引入铁之后形成高效的活性中心会进一步提高催化性能.因此, Fe-NCDNA-2在碱性条件下表现出优异的ORR性能.线性扫描伏安法曲线表明,铁氮共掺杂的材料表现出与Pt/C相似的性能,其中Fe-NCDNA-2的半波电位(E1/2)为0.863 V,比商业Pt/C的电位更正(E1/2=0.841 V).同时, Fe-NCDNA-2具有更加优异的稳定性,测试30000 s后的电流保持率为80%(Pt/C:64%).在中性介质中,合成的材料也展示了较高的ORR活性.Fe-NCDNA-2的E1/2=0.715 V,催化30000 s后电流保持率77%,均优于商业Pt/C催化剂.组装的锌空气电池进一步验证其作为氧还原催化剂实际应用的可行性.相比于以Pt/C为催化剂做空气阴极的电池,以Fe-NCDNA-2组装的电池表现出更高的开路电压,更高的功率密度(184 m Wcm^-2),以及更加优异的充放电循环稳定性.该工作也有利于启发研究人员探索类似的氮掺杂过渡金属碳材料在各种催化上的应用.     

A Unified Mechanism on the Formation of Acenes,Helicenes, and Phenacenes in the Gas Phase

A unified low‐temperature reaction mechanism on the formation of acenes, phenacenes, and helicenes—polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) that are distinct via the linear, zigzag, and ortho‐condensed arrangements of fused benzene rings—is revealed. This mechanism is mediated through a barrierless, vinylacetylene mediated gas‐phase chemistry utilizing tetracene, [4]phenacene, and [4]helicene as benchmarks contesting established ideas that molecular mass growth processes to PAHs transpire at elevated temperatures. This mechanism opens up an isomer‐selective route to aromatic structures involving submerged reaction barriers, resonantly stabilized free‐radical intermediates, and systematic ring annulation potentially yielding molecular wires along with racemic mixtures of helicenes in deep space. Connecting helicene templates to the Origins of Life ultimately changes our hypothesis on interstellar carbon chemistry.     

Theoretical investigation on submicron particle penetration through circular tubes inside a porous medium

The analytical infinite series solution of submicron particle transport in a circular tube bounded by a porous wall, such as a pinhole, is determined under the slip velocity boundary condition, and the solution is verified by using the experimental data in the previous studies for the specific cases. The results show that particle penetration rate increases with the increase of the porous parameter, the axial pressure drop, and the pinhole radius, whereas it decreases with increasing the pinhole length. The penetration rate of nano-particles are more sensitive to the variation of these parameters. However, the differences between the penetrations of particles ranging from 0.3 μm to 1 μm are not evident because the diffusion becomes weak gradually in this size range. In addition, a further comparison is performed between the analytical solution and the existing studies, and approximate expressions are presented for accurate calculation of particle penetration rate through pinholes appearing in porous materials including filter devices and masks.     

多孔材料强化管内对流换热的数值研究

对多孔材料强化管内换热进行了数值研究,详细讨论了多孔材料厚度(0≤e≤1)和渗透率(10-5≤Da≤10)等参数对管内换热特性和压力损失的影响.结果表明:利用多孔材料调整流场分布,剪薄边界层厚度,能够有效地增强管内换热.当Da=10-4时,管内充分发展Nu数最大能够增至空管时5.5倍左右.但管内压力损失随着多孔材料厚度e的增加或Da数的减小而急剧增大.因此在实际应用中,应采用部分填充多孔材料,文中建议最佳的多孔材料厚度e取O.6左右,此时换热可以得到相当程度的强化,而且压力损失控制在可接受的范围内.     

随机介质背散射二维Mueller矩阵的数值模拟与分析

推导了随机介质背散射Mueller矩阵的直接计算公式,并运用矢量Monte Carlo方法进行了数值模拟.结果表明随机介质背散射二维Mueller矩阵方位关系随散射系数的减小而增强,而与微粒大小关系不大;Mueller矩阵元素绝对值的空间分布随径向呈近似指数规律衰减,矩阵元素的方位变化具有周期性.对称系统的二维Mueller矩阵的花样图中仅有7幅独立,其余9幅可通过对称、旋转变换得到.     

色散介质中啁啾高斯脉冲的时间和光谱特性

对啁啾高斯脉冲光束在色散介质中的时间和光谱特性作了研究.给出了远场光谱蓝移和脉冲展宽的解析式.结果表明：通过选择适当的啁啾参量,啁啾高斯脉冲光束沿轴上传输色散长度时,脉冲可恢复到初始值.随啁啾参量增加,谱线宽度展宽,轴上光谱蓝移增加,在远场蓝移趋于一渐近值.随啁啾参量增加,离轴光谱红移增加.     

与色散介质毗邻的一维半无限光子晶体表面态

运用Bloch定理和传输矩阵方法,研究了与色散介质毗邻的由两种材料组成的半无限一维光子晶体局域表面态的电场和色散关系.和以空气为背景的一维光子晶体相比,毗邻色散介质的光子晶体表面模色散曲线在一定堆积次序下会在较低的带隙中发生断开,较高带隙中的表面模群速度在不同堆积次序下会有很大差异.当与色散介质毗邻的物质折射率较大时,较高带隙中的表面模群速度较小;与色散介质毗邻的物质折射率较小时,较高带隙中表面模的群速度较大.     

电子学领域的群速超光速实验

研究了电信号在阻抗周期失配的光子晶体结构中的群速超光速传播问题,构建了一种具有周期失配性的结构,此种阻抗失配引起非正常色散以及在8 MHz附近出现禁带.正弦调幅信号和窄脉冲信号分别被送入两种超光速实验装置. 实验结果表明,正弦调幅信号在禁带出现群速超光速,群速最大可达到3.52倍光速,而窄脉冲信号始终以正常速度传播.