中国科学 化学
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中国科学 化学(中国科学B辑)
2016, 46 No. 4     pp. 323-416
 亮点介绍
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甲胺气体处理修复钙钛矿薄膜缺陷
张志国, 李永舫
2016 Vol. 46 (4): 323-324 [摘要] [ PDF (741 KB)   ]  [支持信息DOI:
收稿日期: 2015-08-03; 接受日期: 2015-08-05; 网络版发表日期: 2015-09-06
 评述
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“振动诱导发光”(VIE):二氢吩嗪类衍生物的双荧光发射机理 Hot!
陈薇, 苏建华, 田禾

N,N'-二取代-二氢二苯并[a,c]吩嗪类化合物一直以来被用作空穴传输材料, 我们发现这类化合物还具有独特的光物理学性质, 即双荧光发射、大的Stokes位移以及环境响应性荧光光谱性质等. 针对其特有的"马鞍形"结构, 本课题组通过极性、黏度及温度相关的稳态和超快分辨光谱以及飞秒超快光谱的研究, 以及反应势能面的计算模拟的验证, 提出了"振动诱导发光"(VIE)的共轭分子发光新机制. 利用这一机制, 通过调谐分子振动, 可以达到调节分子发光波长和强度的目的, 为今后设计新型共轭分子宽光谱的发光材料提供了一条全新的思路.

2016 Vol. 46 (4): 325-332 [摘要] [ PDF (2669 KB)   ]  [支持信息DOI: 10.1360/N032015-00261
收稿日期: 2015-12-14; 接受日期: 2016-01-05; 网络版发表日期: 2016-03-28
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水滑石前体法制备金属催化材料的研究进展 Hot!
李长明, 何杉, 卫敏, 段雪

金属催化剂是现代石油化工、煤化工以及精细化工等重要化工生产领域广泛使用的一类重要催化剂. 水滑石(LDHs)是一类典型的阴离子黏土材料, 其独特的组成、结构可调性, 以及拓扑转变的性质使其成为一类优秀的金属催化剂前体材料. 本文提出了LDHs基金属催化剂的内源和外源构筑法的思想, 综述了LDHs基金属催化剂的制备方法, 探讨了LDHs基金属催化剂制备规律和催化性能, 并进一步讨论了LDHs材料在该领域面临的挑战和发展趋势.

2016 Vol. 46 (4): 333-341 [摘要] [ PDF (2759 KB)   ]  [支持信息DOI: 10.1360/N032015-00092
收稿日期: 2015-07-06; 接受日期: 2015-07-14; 网络版发表日期: 2016-03-17
 专题论述
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反式p-i-n结构钙钛矿太阳能电池 Hot!
徐尧, 曾宪伟, 张文君, 徐敬超, 陈炜

近年来, 有机无机杂化金属卤化物钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从最初3.8%提升到现在的21.0%. 快速的效率提升主要得益于钙钛矿材料本身的光电特性—适宜的直隙半导体禁带宽度、较低的激子束缚能、较高的摩尔消光系数、优良的载流子双极性扩散特性. 然而,高效率钙钛矿太阳能电池的器件稳定性和迟滞效应现象仍未得到很好的改善, 是当前急需要解决的挑战性难题. 本文首先回顾了钙钛矿太阳能电池的发展历程和器件结构的演变, 结合本课题组在反式p-i-n结构钙钛矿太阳能电池方面的研究进展, 试图阐明一些由电池结构带来的本质性差异和一些设计实现钙钛矿太阳能电池高效率、高稳定性、消除迟滞效应的普遍规律. 着重总结了基于聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸) (PEDOT:PSS)基与NiO基两类p型空穴传输材料的反式结构钙钛矿电池方面的代表性研究进展.

2016 Vol. 46 (4): 342-356 [摘要] [ PDF (3590 KB)   ]  [支持信息DOI: 10.1360/N032016-00024
收稿日期: 2016-01-30; 接受日期: 2016-02-17; 网络版发表日期: 2016-03-22
 论文
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溶剂热法制备金属有机框架HKUST-1及其析氢性能
聂明, 陆顺, 李庆, 刘晓卫, 杜胜娟

金属有机框架(MOFs)类材料在电化学析氢反应中应用较少. 本文采用溶剂热法, 制备了蓝紫色粉末状物质HKUST-1, 并使用有机溶剂进行活化. 将其负载在电极上进行线性扫描伏安曲线(LSV)、循环伏安曲线(CV)等电化学测试. 结果表明, 相对于玻碳电极(GC), HKUST-1催化层电极的析氢电位正移达532 mV, 活化后HKUST-1的析氢电位正移达到658 mV. 对样品的结构与形貌的物理表征结果表明, HKUST-1具有良好的热稳定性和较大的比表面积; 经全氟磺酸型聚合物(Nafion)溶液处理后, 在提高HKUST-1的导电性的同时, 也增强了其电化学稳定性.

2016 Vol. 46 (4): 357-364 [摘要] [ PDF (4521 KB)   ]  [支持信息DOI: 10.1360/N032015-00197
收稿日期: 2015-09-29; 接受日期: 2015-11-26; 网络版发表日期: 2016-03-18
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TEPA功能化SBA-15的CO2吸附性能
郝仕油, 邓黄秀

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源, P123为模板剂, 通过加入适量HAc及调整反应体系pH方式, 采用水热及萃取法合成表面羟基含量较高的介孔SBA-15材料. 以不同含量四乙烯五胺(TEPA)对SBA-15进行功能化, 获得氨基功能化介孔SBA-15材料. 利用X射线衍射(XRD)、N2吸-脱附、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、元素分析等手段对材料结构性能进行表征. 以不同含量TEPA功能化介孔SBA-15为吸附剂, 对CO2进行吸附, 考察了吸附温度、CO2浓度、水等对吸附效率的影响. 实验结果表明, 常温、常压下30% TEPA功能化介孔SBA-15的CO2吸附量最高, 且重复使用性能良好.

2016 Vol. 46 (4): 365-372 [摘要] [ PDF (1613 KB)   ]  [支持信息DOI: 10.1360/N032015-00106
收稿日期: 2015-06-25; 接受日期: 2015-07-22; 网络版发表日期: 2015-09-21
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pH诱导聚多巴胺表面质子化作用机理及其细胞黏附行为
谭帼馨, 欧阳孔友, 周蕾, 刘燕, 范敬德, 李伟平, 张兰, 宁成云

通过电化学聚合在钛基材表面构建聚多巴胺膜层, 探讨了pH诱导聚多巴胺膜表面质子化/去质子化及其电势电荷的变化特性, 并研究了其对骨髓间充质干细胞(BMSCs)的早期黏附行为的影响. 利用拉曼光谱和场发射扫描电镜证实, 通过电化学方法在钛表面可构建均匀致密的聚合多巴胺膜层; 电化学及动力学分析表明, 不同pH介质条件下, 聚多巴胺膜的界面电阻不同, 且其随着pH的增大而增大, 质子化的聚多巴胺有利于电荷累积; 原子力显微镜结果表明, 质子化和去质子化的聚多巴胺膜表面电势, 在不同pH环境下具有可逆周期性变化的特性; 探讨了膜层质子化作用对BMSCs的黏附作用机理, 表明质子化的聚多巴胺钛表面带正电荷更有利于细胞的黏附和铺展, 且具有良好的细胞相容性.

2016 Vol. 46 (4): 373-381 [摘要] [ PDF (4030 KB)   ]  [支持信息DOI: 10.1360/N032015-00146
收稿日期: 2015-08-05; 接受日期: 2015-10-20; 网络版发表日期: 2016-03-28
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基于单晶TiO2纳米颗粒光阳极的高效染料敏化太阳能电池
兰章, 吴晚霞, 阙兰芳, 吴季怀

以阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列为原料, 在含氟化铵的密闭环境中通过热处理直接将TiO2纳米管阵列转化为单晶TiO2纳米颗粒膜. 不同热处理时间样品的扫描电子显微镜(SEM)图表明, 单晶TiO2纳米颗粒是由TiO2纳米管坍塌后重新生长成的. X射线衍射(XRD)及高倍率透射电子显微镜(HR-TEM)图显示出TiO2纳米颗粒为锐钛矿单晶. 将这种单晶TiO2纳米颗粒膜转移到导电玻璃上制备染料敏化太阳能电池光阳极, 获得良好的光电性能. 对单晶TiO2纳米颗粒膜厚度进行优化后, 染料敏化太阳能电池最高光电转换效率达到8.66%, 单色光光电转换效率最高值为86.70%. 该方法是一种非水热制备法, 克服了水热法对产量的限制, 从而为大量制备高质量单晶TiO2纳米颗粒提供了一种简单可行的方法.

2016 Vol. 46 (4): 382-388 [摘要] [ PDF (4035 KB)   ]  [支持信息DOI: 10.1360/N032015-00160
收稿日期: 2015-08-25; 接受日期: 2015-09-15; 网络版发表日期: 2016-03-07
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水分子在Bi(111)表面上的吸附和自组装
张瑶, 李照兵, 张鑫, 陶敏龙, 孙凯, 涂玉兵, 肖华芳, 郝少杰, 叶娟, 王俊忠

利用低温扫描隧道显微镜(STM)研究了水分子在半金属Bi(111)表面的吸附和自组装. 当沉积速率比较低时, 水分子主要以单体和二聚体的形式吸附在衬底表面. 高分辨STM图表明, 水单体平躺在衬底表面且占据on-top位. 水二聚体表现为平行于衬底晶轴方向的两个亮点. 当沉积速率比较高时, 水分子自组装为单分散的六聚体阵列. 每个六聚体表现为由3个亮点组成的三角形, 其3个边分别平行于衬底晶轴方向. 进一步分析表明, 六聚体的3个亮点来自处于高位的3个水分子, 一个H原子指向衬底上方, 另一个H原子用于分子间氢键. 处于低位的另外3个水分子, 两个H原子参与分子间的氢键作用, 因而在STM图中不易被观察到. 我们认为, 在半金属Bi(111)表面上水分子的自组装是一个动力学控制的生长过程.

2016 Vol. 46 (4): 389-393 [摘要] [ PDF (2545 KB)   ]  [支持信息DOI: 10.1360/N032015-00133
收稿日期: 2015-07-20; 接受日期: 2015-08-21;
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第一性原理和热力学计算预测α-Al2O3中缺陷的稳定性
常秋香, 刘廷禹, 马昌敏

基于第一性原理中的密度泛函理论(DFT)和热力学计算方法, 利用VASP软件包和GULP程序, 计算了α-Al2O3晶体的能带结构, 并考虑振动熵对晶体中本征点缺陷的形成能的贡献, 预测了不同温度和氧分压条件下α-Al2O3晶体中点缺陷的稳定性. 缺陷热力学跃迁能级的计算表明,Ali是浅施主能级, VAl (除2-/3-之外)都是浅受主能级, 这些浅热力学跃迁能级在价态的转换上比较容易. 通过分析振动熵随温度变化情况, 考虑振动熵对缺陷形成能的贡献是必要的, 它使铝填隙和氧填隙的缺陷形成能增大, 氧空位和铝空位的缺陷形成能减小(尤其在高温条件下). 本文讨论了以费米(Fermi)能级、温度和氧分压为函数变化的最稳定点缺陷三维分布图, 以便更清晰、直观地掌握晶体中稳定点缺陷随Fermi能级、温度和氧分压变化的分布关系.

2016 Vol. 46 (4): 394-400 [摘要] [ PDF (1367 KB)   ]  [支持信息DOI: 10.1360/N032015-00170
收稿日期: 2015-08-11; 接受日期: 2015-09-02; 网络版发表日期: 2016-03-04
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交替加权四线性分解算法用于处理非五线性五维数阵
卿湘东, 吴海龙, 张喜华, 李勇, 谷惠文, 文瑾, 申湘忠, 俞汝勤

针对获得的非五线性五维数阵, 采用一种先拓展后处理的思路, 即将该数阵沿着不具有线性的一维铺展成四线性四维数阵, 然后采用四维平行因子分析(4-PARAFAC)、交替加权残差约束四线性分解(AWRCQLD)和新发展的交替加权四线性分解(AWQLD)算法来对其进行解析. 在处理实验数据之前, 还通过2组模拟数据对提出的方法进行了验证. 结果表明, 新发展的AWQLD算法给出了与AWRCQLD和4-PARAFAC相似甚至更好的结果, 为处理非多线性多维数阵又提供了一种很有潜力的分析方法.

2016 Vol. 46 (4): 401-408 [摘要] [ PDF (2060 KB)   ]  [支持信息DOI: 10.1360/N032015-00093
收稿日期: 2015-06-12; 接受日期: 2015-08-15; 网络版发表日期: 2016-01-22
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叶腊石对水溶液中铀的吸附研究
张娜, 张陶娜, 蒋京呈, 王春丽, 刘春立

开展铀吸附研究, 特别是铀在黏土矿物上的吸附行为研究, 对处置库安全评价十分必要. 叶腊石是自然界常见的黏土矿物, 但是对叶腊石和铀相互作用的研究还较少. 本文采用批式实验的方法研究了pH、离子强度等对铀在叶腊石上吸附行为的影响, 还探讨了该吸附反应的热力学和动力学特性. 结果表明, 铀在叶腊石上的吸附受pH影响较大, 受离子强度影响较小. 铀在叶腊石上的吸附过程符合准二级动力学方程, Freundlich模型可以更好地拟合铀在叶腊石上的吸附行为. 叶腊石吸附铀是一个自发进行的吸热反应.

2016 Vol. 46 (4): 409-416 [摘要] [ PDF (1100 KB)   ]  [支持信息DOI: 10.1360/N032015-00120
收稿日期: 2015-07-09; 接受日期: 2015-08-21; 网络版发表日期: 2016-01-29
 
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