Novel preparation of NaA/carbon nanocomposite thin films with high permeance for CO2/CH4 separation

Novel NaA/carbon nanocomposite thin films were successfully prepared on a porous a-Al2O3 substrate by incorporatingnanosized NaA zeolite into novolak-type phenolic resin.The prepared films were characterized by XRD,SEM and single gaspermeation tests.The NaA zeolite/carbon nanocomposite thin films exhibited that the ideal separation factor of CO2/CH4 was 28.4and the carbon dioxide flux was 3.39*10-7mol/(Pa m2s)at room temperature and under a pressure difference of 100 kPa,whichwas two orders of magnitude higher than that of pure carbon membrane prepared at the same procedures and conditions as those ofcomposite films.From the SEM images,the films were continuous and highly intergrown.Compared with carbon membranes,thethickness of nanocomposite films was drastically decreased,which was helpful to reduce the diffusion resistance and increase theflux of gas permeance.     

半导体量子点和碳点基零维/二维异质结光催化剂构筑及应用

半导体量子点因其具有精准的尺寸调控、独特的光电特性、丰富的表面活性位点等优势,在光催化剂设计和机理研究中获得了广泛关注。与传统半导体量子点主要作为光吸收单元不同,新兴的碳点更是在增加光吸收、促进电荷分离和增加表面反应位点等光催化不同环节均展现出优异的应用潜力。然而,量子点光催化剂由于小尺寸带来电荷复合严重、易团聚、稳定性差等问题而限制了其光催化性能。解决这些问题的主要途径之一是将零维(0D)量子点负载到超薄的二维(2D)纳米片上,形成0D/2D纳米复合材料,使量子点更加分散和稳定,且2D纳米材料促进的加速电荷转移能够抑制光生电荷的复合,从而可以有效地改善量子点基光催化剂的催化活性和稳定性。本文系统阐述了半导体量子点和碳点基0D/2D异质结光催化剂的构筑及应用,着重讨论了不同类型0D/2D异质结的光催化作用机理及面临的挑战,最后对其未来发展进行了分析和展望。     

GW/BSE级别下的非绝热动力学模拟揭示桥连化学键对调控酞菁锌-富勒烯给体-受体复合物激发态弛豫过程的重要作用

本文采用基于多体格林函数方法和Bethe-Salpeter方程(GW/BSE)的电子结构计算方法和非绝热动力学模拟研究了两种不同桥连化学键构型(5-6构型和6-6构型)的酞菁锌-富勒烯(ZnPc-C₆₀)给受体复合物的激发态性质及其弛豫过程. 对于6-6构型,ZnPc-C₆₀的最低激发态S₁态为光谱明态,即ZnPc的局域激发(LE)态,因此,6-6构型的ZnPc-C₆₀在光激发之后几乎不会发生电荷分离过程. 相比之下,5-6构型的ZnPc-C₆₀的S₁态是C₆₀的LE态,为光谱暗态,而作为光谱明态的ZnPc的LE态的能量更高. 而且,在ZnPc和C₆₀的LE态之间还存在若干电荷转移(CT)态. 因此,电荷转移会在从高能的ZnPc的LE态到低能的C₆₀的LE态的弛豫过程中发生. GW/BSE级别的非绝热动力学模拟结果进一步验证了电子结构计算的结论,并给出了相关过程的时间尺度：从ZnPc到C₆₀的超快激发态能量转移过程在前200 fs完成;随后发生的是由C₆₀到ZnPc的超快空穴转移过程. 本工作表明不同的桥连化学键模式(即5-6和6-6构型)可用于调节ZnPc-C₆₀给体-受体复合物的激发态性质及其光电性质. 与此同时,本工作证明了GW/BSE级别的非绝热动力学方法是探索非周期性给体-受体复合物、有机金属配合物、量子点、纳米团簇等复杂体系的光诱导动力学的可靠工具.     

丝氨酸蛋白酶中催化三元组内氢键的作用

为了探究丝氨酸蛋白酶催化效率的来源,本文分别研究了丝氨酸酶催化水解多肽CI2、MCTI-A和六肽(SUB)的过程中催化三元组内的氢键所起的作用. 首先采用QM/MM-MD方法计算了在酶-底物复合物和过渡态下组氨酸和天冬氨酸之间质子转移的自由能曲线. 结果表明低能垒氢键仅在CI2酰化反应的过渡态区域形成,而在MCTI-A和SUB酰化反应中均是正常氢键. 与MCTI-A相比,CI2和SUB体系中氢键强度在过渡态时显著增强,因此相应的酰化反应能垒明显降低. 过渡态区域形成的低能垒氢键显然有助于加速酰化反应,同时研究也表明正常氢键也有可能降低能垒. 氢键降低能垒的关键则在于过渡态下氢键强度的增加程度,而不是其是否生成了低能垒氢键. 本文为研究催化三元组间的氢键在丝氨酸蛋白酶中的作用提供了新思路,并有助于理解丝氨酸蛋白酶中催化三元组的催化机制.     

LaAlO_3/SrTiO_3界面增强光伏效应

探索LaAlO_3/SrTiO_3(LAO/STO)界面产生的新奇物理特性对理解关联电子系统中多自由度耦合和设计功能材料器件具有重要的价值.本文通过脉冲激光沉积方法在SrTiO_3基底上制备了LAO/STO薄膜,研究了正面照射LAO/STO膜面和侧面照射LAO/STO界面时的光伏效应,探讨了LAO/STO界面对光伏效应的影响.研究结果表明,在同样光照能量下侧面照射LAO/STO界面产生的光电压远高于正面照射LAO/STO膜面产生的光电压,说明LAO/STO界面对光伏效应有明显的增强作用.通过偏压调控可以进一步增强照射LAO/STO界面产生的光电压,当偏压为60 V时, LAO/STO样品的位置探测灵敏度达到了36.8 mV/mm.这些研究结果为设计场调控位置敏感探测器等新型光电子器件提供了新的思路.     

Y修饰CuO/ZrO_2催化剂高效催化水煤气变换反应制氢

采用水热法制备了具有不同Y掺杂量的单分散ZrO_2纳米粒子(n(Y)/n(Y+Zr)=0-5%),并以其为载体采用沉积-沉淀法制得CuO/ZrO_2催化剂;考察了富氢气氛下上述催化剂的水煤气变换反应(WGS)催化性能。结果表明,掺杂Y后催化剂的活性明显提高,其中,载体掺杂2%Y的催化剂具有最佳的催化活性,在270℃时的CO转化率高达91.4%,明显高于研究较多的CuO/ZnO和CuO/CeO_2催化剂。X射线粉末衍射、N_2物理吸附-脱附、N_2O滴定、扫描电镜和CO程序升温还原等表征结果表明,Y~(3+)掺入了ZrO_2的晶格并对催化剂的结构和还原性能产生直接影响。Y助剂的引入一方面促进了CuO在ZrO_2表面的分散,提高了催化剂表面活性Cu-[O]-Zr物种的含量;另一方面,改善了催化剂的颗粒单分散性和织构性能。载体掺杂2%Y助剂的样品具有较高的Cu-[O]-Zr物种含量、较佳的颗粒单分散性和织构性能,且其表面的Cu-[O]-Zr物种和活性羟基具有较佳的还原性能,因而表现出较高的催化活性     

Mg/Al物质的量比对Ce-La/MgAl2O4-x催化剂催化CO还原NO性能的影响

采用初始浸渍法制备了不同Mg/Al物质的量比的Ce-La/MgAl₂O₄-x催化剂,并通过低温N₂-吸附脱附、XRD、H₂-TPR和CO-TPR等手段对其进行了表征。结果表明,在Mg/Al物质的量比为0.5时,催化剂催化CO还原NO的性能最好。这主要是因为适量Mg的添加促进了CeO₂的分散和Ce-O-La固溶体的形成,从而使得表面Ce³⁺和氧空穴增加。两者的协同作用使得Ce-La/MgAl₂O₄-0.5表现出最佳的催化性能。另外,适量Mg的引入可以抑制Ce（SO₄）₂和Ce₂（SO₄）₃的形成,从而提高了Ce-La/MgAl₂O₄-0.5催化剂抗硫中毒能力。