红荧烯掺杂有机薄膜中的单重态激子裂变过程

在室温下测量了红荧烯掺杂有机薄膜光致发光的磁场效应.磁场效应的线型可以归结为外加磁场对掺杂的红荧烯分子间发生单重态激子裂变过程的调控作用.实验发现,光致发光磁场效应的幅度与红荧烯分子间的平均间距之间展现出非线性的对应关系.这种现象说明,当改变掺杂分子间的间距时,掺杂分子间的耦合强度变化可以对激子裂变过程的强度产生重要的影响.在理论上,磁效应幅度与分子间距之间的非线性关系可以采用朗道-齐纳的非绝热跃迁理论进行解释.而实验上,研究分子间耦合强度改变时激子裂变过程的变化,是研究激子裂变过程微观动力学的一种重要方法.本研究工作表明,对于利用单重态激子裂变敏化的有机光伏器件,分子间的耦合强度是一个需要考虑的重要因素.     

利用红荧烯激子能量共振分析三重态激子-电荷作用的磁电导机制

为了研究三重态激子与电荷作用(triplet-charge interaction,TCI)产生磁电导(magneto-conductance,MC)的原因,分别用Al,Li F/Al和Ca等不同功函数的金属作为阴极制作了一系列红荧烯(rubrene)型有机发光器件.在室温下Al电极器件中出现了随磁场增加单调下降的负MC.器件的电流-电压特征曲线表明,Al电极器件中空穴为多余载流子,电子注入困难易形成陷阱电荷.利用rubrene中单重态激子(singlet,S)和三重态激子(triplet,T)的能量共振改变S激子裂变(STT)和T激子聚变(TTA)来调控T激子的比率,并通过更换阴极来改变电子注入势垒高度从而调控电荷(charge,C)的浓度,最终实现对TCI的调控.调控结果表明,Al电极器件中负的MC不应该是T激子与多余空穴通过解离或者散射通道的TCI引起的,而是T与陷阱中的束缚电子通过TCI的去陷阱(T+C_t→S_0+C)通道淬灭导致的.另外,载流子注入较为平衡的Li F/Al和Ca电极器件的MC比Al电极器件的小1个量级,且随磁场的增加先减小后增大,这并非是因为平衡注入器件内的TCI弱,而是由于器件内rubrene功能层中的陷阱容易被电子占满,TCI去陷阱淬灭通道和陷阱捕获淬灭通道对电流的影响变低.因此,载流子陷阱在TCI的磁效应中具有重要地位,使有机功能层中的陷阱尽量多且不易被载流子占满是利用TCI磁效应的重要方向.     

碗状共轭分子的合成及物理和化学性能

发展新型有机共轭分子是构筑有机光电功能材料的基础创新点之一.有机共轭分子中碳原子(或者杂原子)主要采取sp~2或sp杂化,因此它们主要呈现平面结构.与平面共轭体系相比较,曲面共轭分子(比如富勒烯和碗状分子等)展现出独特的物理和化学性质.本文对碗状分子的化学合成及物理和化学性质进行了综述,主要包括碗状分子的两个基本结构单元"荧蒽烯(corannulene)"和"素馨烯(sumanene)"的化学合成历程、化学修饰,尤其是主族元素对于共轭体系的掺杂引起的物理和化学性能的变化.     

利用有机磁电导分析红荧烯发光器件中陷阱辅助的三重态激子淬灭作用

本文制备了基于红荧烯(rubrene)分子的有机发光二极管,并测量了不同温度和注入电流下器件的磁电导(magneto-conductance,MC).实验发现器件的MC曲线随着磁场的增加主要表现出了3段变化,在室温(300K)低磁场(|B|6 mT)范围内,MC_1在小电流时表现为快速上升,在中等电流时先缓慢上升再下降,在大电流时则为缓慢下降;在中等磁场范围(6 mT|B|17 mT),MC_2在各电流范围均表现为缓慢上升;在高磁场范围(17mT|B|300 mT),MC_3在各电流范围均表现为迅速下降.随着温度的降低(以电流为50μA为例),低磁场范围(|B|6 mT),MC_1在温度为300 K时表现为缓慢上升,温度为250~150 K时则先缓慢上升再下降,温度为100~20 K时表现为缓慢下降;中高磁场范围(|B|6 mT)的MC_2和MC_3的线型则基本不变.对电流密度-电压特性曲线的深入分析发现器件中存在陷阱,由此说明器件中除了自由电荷对三重态激子的解离(Q+T→Q+e+h)以及极化子对间的系间窜越(PP~1?PP~3)作用以外,还包括陷阱辅助的三重态激子淬灭作用(即陷阱束缚的三重态激子与自由的极化子(Tt+P→S0+P_t)和陷阱束缚的极化子与三重态激子(T+P_t→S0+P)之间的作用),这4种微观机制的共同作用导致结构复杂的MC线型,且电流和温度对它们还有较好的调控作用.本研究不仅加深了对rubrene器件中三重态激子与电荷相互作用的理解,而且还丰富了有机磁电导曲线的表现形式.     

三重态激子在不同荧光染料掺杂体系中的湮灭过程

室温下,在红色荧光染料掺杂的有机发光器件ITO/N,N′-bis(naphthalen-1-y)-N,N′-bis(phenyl)benzidine(NPB)/tris(8-hydroxyquinolato) aluminum (Alq3):4-dicyanomethylene-2-methyl-6-p-dimethylaminostyryl-4H-pyran(DCM)/Alq3/LiF/Al中,观察到发光随外磁场的变化(即磁致发光)表现为刚开始的快速增加,在~50mT处达到最大后,随着磁场的进一步增加,又呈现出减弱的特点(即高场效应);而且,器件的掺杂浓度越高、所加偏压越大,该高场减弱就越明显.但在另一类绿色荧光染料5,12-dihydro-5,12-dimethylquino[2,3-b]acridine-7,14-dione(DMQA)的掺杂器件中,磁致发光的高场部分则是在~50mT后增加变缓并逐渐趋于饱和.分析结果表明,Frster能量转移过程占主导发射的DMQA掺杂器件,不利于染料分子上三重态激子的形成,从而,通过三重态激子对(triplet pairs)湮灭产生单重态激子(triplet-triplet annihilation,TTA)的过程不易发生;但在载流子陷阱效应参与发射的DCM掺杂器件中,室温下在染料分子上就可以形成寿命较长的三重态激子,增加了发生TTA过程的几率.因此,基于掺杂器件中两种不同的发射机制,外加磁场对有机发光中三重态激子对(T…T)的演化表现出了不同的调控作用.     

铁掺杂氧化锌纳米悬臂阵列的拉曼光谱与发光特性研究

通过简单的热蒸发Zn-Fe-C-O混合物前躯体的方法, 合成出单晶结构的Fe掺杂氧化锌(ZnO)纳米悬臂阵列体系, 并对样品的形貌、化学成分和微观结构进行了表征. 发现所得样品的形貌为梳子状, 齿子规则地分布在主干一侧, 间距为几十纳米. XPS和拉曼光谱证明, Fe离子替代式掺入ZnO晶格(即小部分Zn被Fe取代). 室温光致发光测试发现, 随着Fe离子的掺入, 绿光激发峰有明显的红移现象, 而发射强度却急剧减弱.     

聚集作用所致的酞菁荧光量子产率与激发波长及浓度相关现象

非化学键力所致的聚集作用是许多共轭大分子的普遍行为,它对于分子的许多性质均有影响,并在一些光谱上(如UV ESR,NMR)有不同表现.激子偶合理论已可对聚集体的光谱作出满意解释,而有关聚集作用对分子性质影响尚缺乏系统研究和深入了解.为此,我们开展了聚集作用对敏化剂光敏活性影响的系列研究.我们曾讨论了定量计算聚集程度的方法,研究了聚集对酞菁荧光强度的影响,分析了聚集程度与敏化剂产生~1O_2能力相互关系.本文讨论聚集作用对发色团荧光量子产率的影响.本文之所以选择了具有聚集行为的磺化酞     

有机发光掺杂器件中的反常磁效应

采用不同浓度的热活化延迟荧光(thermally activated delayed fluorescence,TADF)材料2,3,5,6-四(3,6-二苯基-9-咔唑基)-对苯二腈(2,3,5,6-tetrakis(3,6-diphenylcarbazol-9-yl)-1,4-dicyanobenzene,4CzTPN-Ph)为掺杂剂,三(8-羟基喹啉)铝(tris-8-hydroxyquinoline aluminum,Alq3)为主体材料制备了发光层为Alq3:x%4CzTPN-Ph的有机发光二极管器件,并测量了室温下不同注入电流和不同掺杂浓度,以及固定某一电流和掺杂浓度在不同温度下器件的磁电致发光(magneto-electroluminescence,MEL)效应和磁电导(magneto-conductance,MC)效应.实验发现,在主客体掺杂类型器件中,与普通掺杂器件减小的磁效应相比,这种器件具有明显的反常磁效应——即表现出增强的MEL和MC幅值.以室温下注入电流为150μA的实验为例,发光层为Alq3:5%4CzTPN-Ph器件的MEL幅值在磁场为300m T处达到了10%左右,大约是参考器件(发光层为CBP:5%4CzTPN-Ph)的MEL幅值(~0.75%)的13倍,且该器件对应的MC幅值在磁场为300 m T处达到了6%左右,大约是此参考器件MC幅值(~0.12%)的50倍.此外,这种掺杂器件的MEL和MC明显受到掺杂浓度的调控,当掺杂浓度达15%左右时,MEL和MC幅值可达到最大值.在不同温度下,这种掺杂器件的MEL和MC值均随着温度的降低而减小.通过分析器件的能级结构和光谱可知,Alq3:4CzTPN-Ph器件具有主客体分子间特殊的能级排布,造成客体分子的能级陷阱较弱,外加磁场抑制三重态激子对电荷的散射作用(TQA)就可产生显著的MEL和MC幅值,从而得到不同于普通掺杂器件的反常磁效应.此外,由于TQA过程受三重态激子浓度与载流子浓度的影响,掺杂浓度和实验温度也能通过影响三重态激子浓度和载流子浓度来对TQA反应强弱进行调控,从而有效地调控这种反常磁效应.本研究工作有助于深入理解基于4CzTPN-Ph发光器件微观机制的演化过程,并将促进有机发光二极管在磁学器件方面的应用.     

Cl~-维持PSII锰复合物功能结构的实验证据

锰原子附着在植物光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心D_1和D_2蛋白上,构成锰蛋白复合物,在外周天线蛋白(47,43kD)、3种水溶性蛋白(33,23,17ku)、无机离子Ca~(2+)和Cl~-的辅助调节下,吸收光能,通过S_0→S_4态的循环,将水分解,形成分子氧.用氯化钠溶液清洗去除23,17ku水溶性蛋白后,水分解酶中锰原子极易被PD(Phenylenediamine,苯二胺)和HQ(Hydroquinone,氢醌)之类还原剂攻击,由Mn≥3+还原形成Mn~(2+)并释放出水分解酶,此过程伴随着水分解活性的相应降低.     

Er3+/Yb3+共掺磷酸盐光波导激光器弛豫振荡特性分析

从Er³⁺/Yb³⁺共掺磷酸盐玻璃材料能级结构和离子跃迁过程出发, 基于速率方程理论模型, 建立基于时间的速率方程组, 并运用龙格-库塔算法对其进行数值求解. 分析在980 nm激光器单向泵浦下输出功率的动态特性, 得到了描述谐振腔内光子数和反转粒子数交替变化的弛豫振荡曲线, 并对弛豫振荡峰值功率衰减特性进行研究, 衰减时间常数随泵浦功率、波导长度及输出镜反射率变化而变化. 进一步讨论泵浦功率、波导长度和输出镜反射率对振荡频率、结束时间的影响. 在高反射率条件下, 波导长度对振荡频率的影响较小, 而与泵浦功率成正比, 振荡结束时间随这3个参数的增加而减小. 这些特性分析及结果为Er³⁺/Yb³⁺共掺磷酸盐光波导激光器设计提供了理论依据.     

TFEL发光层体内的点缺陷及其作用

通过对薄膜的光致发光谱的测量 ,研究了分层优化的ZnS∶Er³⁺ 薄膜电致发光器件的发光层体内点缺陷的种类及其在禁带中的能级位置 .结果表明 :ZnS∶Er³⁺ 体内除了作为发光中心的替位铒离子ErZn外 ,主要的点缺陷是S空位V_S、Zn空位V_Zn、浅施主Cl_S 和F_S、深受主Cu⁺ 等 .S空位是双施主能级 ,V¹⁺_S 和V²⁺_S 分别位于导带底1.36和2.36eV处 ;Zn空位是双受主能级 ,V^1-_Zn 和V^2-_Zn 距价带顶分别约为1.00和1.50eV ;Cu+能级位于价带顶12 6eV处.另外 ,还讨论了上述点缺陷对薄膜电致发光的影响 .通过S空位的俄歇型无辐射能量转移 ,降低了稀土掺杂的ZnS薄膜电致发光器件的短波发射强度 ;Cl_S 和F_S 的场发射及Zn空位的碰撞离化是发光层内产生空间电荷的两个可能的因素.     

基于金纳米粒子修饰空穴注入层的高效率钙钛矿发光二极管

有机-无机杂化钙钛矿电致发光器件(Pe LEDs)在平板照明和显示等方面有着重要应用前景,并且具有成本低和制备过程简单等优点,近年来吸引了越来越多科学家的关注和研究.如何通过优化器件结构,进一步提高Pe LEDs的电致发光效率及发光的稳定性是当前的研究热点.在优化光电器件性能上,金纳米粒子(Au NPs)以其特殊的小尺寸效应提供了诸多材料没有的特殊优势.本文以Frens法制备了粒径为~20 nm的水溶性Au NPs,然后以一定体积比加入到空穴注入层Poly(3,4-Ethylene Dioxythiophene):Poly(Styrene Sulfonate)(PEDOT:PSS)中,制备成AuNPs修饰的Pe LEDs.实验结果发现,加入Au NPs后,CH_3NH_3PbBr_3钙钛矿薄膜的光致发光性能和电致发光性能都得到了显著的提高,分别为原先的~2.41倍和~1.48倍.其中,Au NPs修饰的PeLEDs的启亮电压为~3.0 V,最大亮度为~16050 cd/m~2,最高电流效率为~7.02 cd/A.机理研究表明,AuNPs的表面等离子体局域共振吸收谱与发光层CH3NH3Pb Br3的荧光发射谱重叠得很好,因此Au NPs能加快PEDOT:PSS/CH_3NH_3PbBr_3界面处激子的发光辐射退激速率,从而减少了该界面处的激子被附近的剩余载流子(空穴)淬灭的数量,使界面处更多的激子被用来发光,从而提高了激子的利用率.本文提出了一种通过Au NPs界面修饰来提高Pe LEDs发光效率的有效途径,这对于Au NPs表面等离子体共振的基础研究以及改善Pe LEDs的发光效率都具有非常重要的意义.     

基于PA_2(CsPbBr_3)_(n-1)PbBr_4二维层状钙钛矿的电致发光二极管

进一步提高全无机卤铅钙钛矿材料CsPbBr_3的发光效率,对制备高效率、高稳定性的电致发光二极管(PeLED)具有重要意义.制备纳米级的钙钛矿量子点,一方面有助于提高激子的束缚能和钙钛矿晶体的荧光效率,另一方面也有利于形成连续、致密的二维层状钙钛矿薄膜.本文采用"原位生长"的策略,将一种具有长链结构的丙基溴化胺(CH_3CH_2CH_2NH_3Br,PABr)作为添加剂,与CsPbBr_3的前驱体溶液进行共混,得到PA_2(CsPbBr_3)_(n-1)PbBr_4钙钛矿量子点.形成的二维层状钙钛矿薄膜均匀致密,在光致发光条件下,呈现出明亮的蓝绿光发射(发光峰位于506 nm).在电致发光方面,基于PA_2(CsPbBr_3)_(n-1)PbBr_4的PeLED启亮电压为~4.2 V,最大亮度为~2370 cd/m~2,最高电流效率为~1.06 cd/A,最高EQE为~0.57%.相较于传统方法,本工作在制作工艺、成膜质量以及PeLED的发光效率有了显著的提升,为将来进一步探索低成本、高效率的蓝光PeLEDs提供了一种可行的思路.     

N_2(α~1Π_g)+CO(X~1∑)→CO(A~1Π)+N_2(X~1∑_g)的E-E传能速率

亚稳态N_2(a~1Π_g)不但是放电过程中的重要能量载体而且也是电离层中最重要的紫外分子发射(LBH)源.因此,了解它的传能过程对化学激光、大气化学和遥控技术的应用都有很重要的意义.Golde等第一次在流动余辉装置上利用高纯N_2(X~1∑_g)微波放电产生N_2(a~1Π_g),通过测量E-E传能发射光谱求得标题反应的传能速率为1.5×10(-10)cm~3/mol·s.Sha等利用共振多光子电离技术,对上述体系进行了详细深入研究.而后,Marinelli等又利用共振双光子激发荧光技术通过测量荧光的衰减直接求得CO(X~1∑)对N_2(a~1Π_g)的猝灭速率为2.8×10~(-10)cm~3/mol·s.本文报道利用交叉分子束技术结合高灵敏度光谱测试技术测量上述体系的E-E传能速率并对此进行了讨论.     

平面型1-氯蒽醌二聚体中分子间弱相互作用的理论研究

运用密度泛函B3LYP方法,在6-311G(d,p)基组水平上对平面型1-氯蒽醌二聚体进行构型优化,得到了6种稳定构型.在MP2/6-311+G(d,p)水平上计算了这6种构型分子的能量,并进行了基组重叠误差(BSSE)校正.通过分子静电势讨论了该类分子间弱相互作用的本质,用"分子中原子(AIM)"理论对分子间化学键的性质进行了电子密度拓扑分析.结果表明:二聚1-氯蒽醌的平行构型比T型构型稳定,1-氯蒽醌二聚体中分子间的相互作用都是具有静电性质的弱相互作用,电子受体的静电势变化总值可作为分子间化学键强弱的指标.     

VO3+团簇部分氧化乙烯的理论研究

提高催化剂的活性和效率是当代化学面临的三大挑战之一. 然而, 催化活性点的位置、反应机理和选择性, 以及在分子和电子结构水平上对异相催化的理解在大多数情况下依然不清楚. 气相团簇是研究固相催化剂活性位点的理想模型, 因为它们具有完整的结构和尺寸依赖性, 并且能够通过实验和理论进行研究. 对团簇反应的研究能够为相应的固相催化过程提供机理方面的深入理解. 由于钒的氧化物是一类在工业上被广泛应用的重要催化剂, 因此国际上进行了很多关于钒氧团簇的实验和理论研究, 以便能够在分子水平上加深对钒氧化合物催化活性的理解. 相对于实验, 团簇理论计算的优势在于能够详细给出反应路径和中间体, 从而明确阐述反应机理. 迄今为止, 研究人员已经从理论上详细研究了很多钒氧团簇和烃类的反应, 如: VO2+与乙烯、乙烷、丙烯、丙炔、丙烷; VO2与甲烷、乙炔; VO3与乙烯、丙烯的反应.     

青藏高原隆升的数值模型与实测模型之比较

<正>最近,董文杰等人提出了一个青藏高原隆升数值模型,钟大赉等人利用东喜马拉雅构造结裂变径迹年龄提出了一个高原隆升实测模型.本文拟就两个模型进行比较,以检验数值模型对高原抬升过程的描述和模拟能力.1 结果对比两个模型的基础不同,着眼角度也不一样,数值模型着重考虑的是两种相反的作用:隆升与夷平,认为它们与地磁极性反转及星际氢云浓度有关;实测模型则是从实测资料入手,得到高原抬升速率的历史演变.两个模型分别得出一条高原隆升曲线.为了使两条曲线有可比     

H2+OD→H+HOD反应的量子动力学研究

含时量子波包理论因其计算量小而在原子分子反应散射的动力学计算中得到了广泛的应用,对于由4个或更多原子组成的道数较多的体系,更能显示出含时方法计算小的巨大优越性,本文就利用这一理论对H_2+OD→H+HOD反应进行计算,此反应体系共有6个自由度,但因存在一个非反应的观察者OD键,在动力学计算中没有必要精确处理该键的键长坐标,而是采用势平均五维(PA5D)模型.通过Fourier变换将含时波函数变为不含时波函数,进而可从单一波包传播中抽出许多能量确定的反应几率.文中最后给出了H_2+OD→H+HOD反应初态确定的反应几率、反应截面及速率常数.1 计算方法对双原子-双原子反应AB+CD→A+BCD,其中CD是一观察者键,将其振动作绝热处理,则给定总角动量J的PA5D Hamilton在Jacobi坐标系(图1)中山表示为H=H_0+V_(rot)+V(R,r_1,θ_1,θ_2,(?)),(1)其中H_0=-((?)~2/2μ(?)~2/(?)R~2)-((?)~2/2μ_1(?)~2/(?)r_1~2)+V_1(r_1)+B_v_(20)j_2~2(2a)Jacobi坐标系     

苜蓿盲蝽气味结合蛋白AlinOBP3的克隆、表达及结合特性分析

有证据表明,气味结合蛋白(odorant binding proteins,OBPs)在昆虫的嗅觉识别中是必需的,起着运输外界脂溶性气味分子通过嗅觉感器淋巴液到达嗅觉受体(olfactory receptors,ORs)的关键作用.克隆和表达了一个新的苜蓿盲蝽气味结合蛋白(AlinOBP3),采用qPCR方法解析了AlinOBP3的表达谱,结果表明,AlinOBP3绝大部分在触角中表达.使用1-NPN作为荧光探针,用荧光竞争结合实验研究了AlinOBP3蛋白和9种棉花挥发物及5种性信息素类似物的结合能力.结果表明,在9种棉花挥发物中,月桂烯、β-罗勒烯、α-水芹烯能够与AlinOBP3相结合,其中α-水芹烯和AlinOBP3的结合能力较强,结合常数为56.68μmol/L.在5种性信息素类似物中,丁酸己酯和AlinOBP3的结合能力最强,结合常数为59.53μmol/L.丁酸丁酯、丁酸反-2-己烯酯、丁酸乙酯和AlinOBP3的结合能力中等,结合常数分别为227.39,108.77及143.47μmol/L.据此推测,AlinOBP3可能是性信息素结合蛋白(pheromone binding protein,PBP)并在感受性信息素和植物挥发物的过程中起着双重作用.     

碳基纳米材料电催化氮气还原合成氨研究进展

以可再生电能为能源, H2O为质子和电子源,温和条件下将氮气(N2)还原为氨气(NH3)将成为替代传统高能耗合成氨工艺(Haber-Bosch方法)的有效途径之一. N2分子的高反应活化能和析氢反应(hydrogen evolution reaction,HER)导致的产NH3速率和法拉第效率低,是目前电催化氮气还原(nitrogen reduction reaction, NRR)合成NH3面临的主要挑战.过渡金属基催化剂可通过反馈π电子过程吸附、活化N2分子,然而d轨道电子同样有利于质子吸附,进而促进HER竞争反应,导致合成NH3法拉第效率降低.碳基纳米材料因其出色的电导率、优异的化学稳定性以及可调的电子结构、形貌特征,成为当前电催化NRR合成NH3领域的研究热点.结合上述研究工作,本文从电催化NRR合成NH3机理出发,介绍了碳基纳米材料的种类和结构,重点综述了碳基纳米材料电催化NRR合成NH3活性提高策略,包括杂原子掺杂、单原子活性中心设计、缺陷工程.最后总结了该领域目前存在的问题与挑战以及未来发展趋势.