具有增强电荷转移驱动的磺酸基功能化g-C3N4光催化剂的设计合成及应用

随着全球环境问题日益严重以及能源需求的不断增长,人们对高效环境修复与能源转换技术的需求日益增强.以半导体材料为光催化剂,可将可再生的太阳能转化为化学能,有望成为解决人类面临的能源和环境问题的有效途径.其中,开发高效稳定的光催化剂是该技术得以实际应用的关键.近几十年,研究人员开发出多种半导体材料并应用于光催化研究.其中,具有可见光响应的有机非金属光催化剂石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因其稳定的分子结构,较小的禁带宽度(~2.7 e V)以及合适的能带结构而备受关注.然而,与大多数半导体光催化剂相似,由于传统g-C₃N₄上的光生电子和空穴极易复合,表面催化活性位点较少,可见光响应范围较窄,使得其催化效率不高.基于g-C₃N₄独特的有机分子结构,通过引入功能化的特定基团以优化g-C₃N₄的电子能带结构,促进载流子传输,拓展可见光响应范围,是提高其光催化效率的有效途径.已有研究表明,在各种功能化官能团中,具有强电负性的含氧基团对g-C₃N₄的Melon单元优化是非常有效的.因此,本文通过g-C₃N₄与氨基磺酸间的简单固相热反应成功合成了磺酸基功能化的g-C₃N₄纳米片(SACN),并实现了同步增强的相互作用.根据固体强酸特性,氨基磺酸可以在热处理的辅助下对g-C₃N₄进行酸刻蚀,从而增加其比表面积以及表面催化活性位点.更重要的是,理论计算与实验表征结果表明,磺酸基团的吸电子诱导效应所产生的电荷驱动力可极大改善g-C₃N₄的电荷转移动力学,有效抑制了它们的再结合.此外,吸电子诱导效应还可促进g-C₃N₄的局域电子再分布,进而降低g-C₃N₄的导带电位,增强光诱导电子的还原能力.光催化性能测试结果表明,SACN-400样品(前驱体中氨基磺酸加入量为400 mg)在光催化分解水制备氢气以及光降解传统污染物领域展现出较好的性能,其在入射光波长为420±15 nm时的产氢表观量子效率为11.03%.综上,本文为设计合成具有较高产氢性能以及污染物降解效率的石墨相氮化碳基光催化剂提供了一种简便有效的策略.     

纳米孔缺陷导致单层黑磷电荷局域极大抑制非辐射电子-空穴复合的时域模拟

通常认为缺陷加速黑磷的非辐射电子-空穴复合,阻碍器件性能的持续提高。实验打破了这一认识。采用含时密度泛函理论结合非绝热分子动力学,我们发现P-P伸缩振动驱动非辐射电子-空穴复合,使纳米孔修饰的单层黑磷的激发态寿命比完美体系延长了约5.5倍。这主要归因于三个因素。一,纳米孔结构不但没有在禁带中引入深能级缺陷,而且由于价带顶下移使带隙增加了0.22 eV。二,除了带隙增加,纳米孔减小了电子和空穴波函数重叠,并抑制了原子核热运动,从而使非绝热耦合降低至完美体系的约1/2。三,退相干时间比完美体系延长了1.5倍。前两个因素战胜了第三个因素,使纳米孔结构激发态寿命延长至2.74 ns,而其在完美体系中约为480 ps。我们的研究表明可以制造合理数量和形貌的缺陷,如纳米孔,降低黑磷非辐射电子-空穴复合,提高光电器件效率。这一研究对于理解和调控黑磷和其它二维材料的激发态性质有重要意义。     

推拉电子取代基对二茂铁衍生笺性质及电子结构的影响

根据前线轨道理论分析３种具有推拉电子取代基的二茂铁衍生物循环伏安曲线，电子上光谱衣光谱电子化学行为，为给出了分子轨道能级图。实验结果表明，ＰⅡ有两对可逆氧化还原峰，Ｅ＾ｏｘ１，Ｅ＾ｏｘ２分别为０．３３，０．５９Ｖ，第一氧化态ＰⅡ＾＋（Ｄ－Ｆｃ＾＋－Ｒ）在６１３ｎｍ有强的ＬＭＣＴ（ｌｉｇａｎｄ－ｔｏ－ｍｅｔａｌ－ｃｈｇａｒｇｅ－ｔｒａｎｓｆｅｒ）带，是一种良好的光学特性氧化还原开关。ＰⅡ在３５４ｎｍ     

离子对内电子转移型染料阴离子-翁盐阳离子光敏体系中的溶剂效应和结构效应

本文研究了溶剂效应和结构效应对染料碘翁盐光物理, 光化学性质的影响。观察到在溶剂中离子对可以各种形式存在, 如紧密离子对、溶剂分隔离子对或溶剂化的自由离子, 溶剂的极性不仅影响各种存在形式的光谱性质, 而且影响它们之间的平衡关系, 进而影响离子对体系的物理化学性质。染料母核和碘翁阳离子的结构均对离子对体系的性质有影响。光诱导电子转移反应的热力学驱动力越大, 反应速度越快。用分子模拟技术(Molecular Modeling)对离子对体系的立体结构进行了研究, 为理解离子对体系的各种物理化学行为提供了重要的参考。     

卤化银乳剂颗粒上不对称菁染料J-聚体荧光的研究

光谱增感机理的研究是感光科学中的一个重要课题Gilman^[1]和Kuhn等^[2]曾经提出光谱增感的电子转移和能量传递理论。随着现代谱学手段的出现,为人们了解光谱增感的初始过程提供了条件。近年来,电子转移的机理已被广泛接受,并用来解释与光谱增感有关的各种现象。但在ns~ps范围内的光谱增感动力学方面的研究还不多见。Dahne认为光谱增感不仅决定于染料与卤化银的能级关系,而且是由动力学控制的^[3],激发态染料向卤化银导带注人电子的电子转移过程与辐射及其他无辐射去活过程是竞争的^[4]我们通过对两种不对称的苯并咪哇唾碳著染料在AgBrI乳剂颗粒上吸附形成的J一聚体的荧光性质的研究,以求深人了解光谱增感的电子转移机理及其动力学过程,无疑是有重要意义的。     

稀土掺杂的(K, Sr)Cl·SiO2复合凝胶的荧光性能

采用sol gel法制备了单掺铕及共掺铕、铈的(K,Sr)Cl·SiO2复合凝胶,研究了复合凝胶的荧光性能。根据荧光测试结果,复合凝胶中,Eu3+在没有还原剂的作用下,可以与基质作用形成还原态的Eu2+,复合凝胶表现出相应的Eu2+荧光性能;研究认为,Ce3+,Eu3+共掺杂时,复合凝胶激发光谱与发射光谱峰位基本不变,但强度有所不同。330nm处的激发光谱明显增强,且发射光谱随Ce3+的掺杂量增加而增强。当Ce3+掺杂浓度为3.0%(原子分数)时,复合凝胶具有最大的荧光发射强度,表明Ce3+具有很好的敏化作用。在Ce3+,Eu3+共掺杂复合凝胶体系中,复合凝胶荧光强度增大的原因既可能是电子转移过程,也可能是Ce3+→Eu2+的能量传递过程所致。     

配合物氧化还原反应中的电子迁移轨道

研究了配合物氧化还原反应中的过渡态配合物结构 ,电子迁移轨道及反应速率。     

GC-MS法测定焦化厂气溶胶中多环芳烃

利用气相色谱-质谱(GC-MS),电子轰击离子化(EI)法测定焦化厂气溶胶中多环芳烃的含量。超声波抽提气溶胶样品,用GC-MS的选择离子监测(SIM)方式测定EPA提出的优先监测的16种多环芳烃的含量。该法的检出限为0.167pg·m~(-3),PAHs的回收率为85.1％～110.5％,相对标准偏差为4.62％～19.4％。应用该法测定气溶胶中PAHs获得满意的结果。     

N-取代螺旋共轭化合物非线性光学性质的理论研究

以量子化学半经验AM1方法优化几何构型为基础，采用FF／AMl和INDO-SOS方法计算了N-取代螺旋共轭化合物的非线性光学系数，讨论了N原子不同取代位置对螺旋共轭体系结构、电子光谱、非线性光学系数的影响．计算结果表明，N杂原子的引入可改善体系的非线性光学性质，所设计的分子具有较大的二阶非线性光学系数和较好的透明性．     

C40异构体的结构和稳定性的理论研究

利用Gaussian98程序,采用密度泛函(DFT)方法中的B3LYP,选用6-31G基组对富勒烯(Fullerene)C40的6种异构体[D5d,Td,D2h,C3v,D2(Ⅰ),D2(Ⅱ)]进行了几何构型优化,其中,对于Td对称性的C40由于易发生Jahn-Teller畸变,则降低其对称性为D2d,再进行优化.对它们的平衡几何和电子结构进行了比较具体的分析,同时,根据计算得到的总能量推断出这6种异构体的稳定性顺序是D2(Ⅰ)>D5d>Td>C3v>D2h>D2(Ⅱ).