金红石相氧化物TiO_2,SnO_2和GeO_2表面氧化性对HCl气体光学气敏传感特性的影响

利用光学气敏材料吸附气体来检测气体成分及浓度,成为了大家的一个研究热点.采用基于密度泛函理论(DFT-D)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了含氧空位金红石相TiO_2(110)表面,SnO_2(110)表面和GeO_2(110)表面吸附HCl气体后,表面结构的氧化性能、态密度、电荷分布、差分电荷密度以及光学性质,讨论吸附对光学气敏传感特性的影响.研究发现:HCl气体均易吸附于含氧空位金红石相TiO_2,SnO_2和GeO_2表面;且吸附后的稳定性为:TiO_2SnO_2GeO_2;氧化性是影响吸附能力和光学气敏传感性能的重要因素,HCl分子吸附于表面后其氧化性强弱为:TiO_2氧空位SnO_2氧空位GeO_2氧空位;从态密度和光学性质分析发现,含氧空位金红石相TiO_2(110)吸附HCl分子后,光学性质的改变最为明显,特别是对于500~700 nm的光,TiO_2具有很好的光学气敏传感效应,可作为一种较为理想的光学气敏传感材料.     

氧空位TiO2高效光催化氧化甲醛及其反应路径

通过采用一步煅烧法制备得到含大量表面氧空位的二氧化钛(TiO_2),将其应用于典型空气污染物甲醛的治理.结果表明,在流动体系的测试环境中,甲醛的最大有效去除率可达95.05%,相比于本底样品(72.52%)提高了1.31倍.研究表明,含氧空位的TiO_2不仅可以增强光吸收范围,还可以利用氧空位捕获光生电子,有效地抑制光生电子和空穴的复合,进而提高光催化活性.通过原位红外光谱对催化剂降解甲醛的反应过程进行实时动态监测,结合密度泛函理论(DFT)计算,表明TiO_2表面的氧空位可以有效地增强甲醛分子的吸附活化,存在的大量离域电子可以注入到甲醛分子中的C=O键并使其活化断裂,从而有效地减少甲醛氧化过程中甲酸的积累,加快甲醛的高效氧化去除.本研究通过分析含氧空位TiO_2对光催化甲醛氧化反应过程的影响,为光催化材料表面缺陷设计和光催化治理气相污染物提供了新的思路.     

二维过渡金属硫族化合物纳米异质结气体传感器研究进展

二维过渡金属硫族化合物(2D TMDs)在气体传感方向的应用中具有显著的"先天"优势,表现出如灵敏度高、响应速度快、能耗低以及能在室温下工作等诸多优点.相对单一的2D TMDs而言,基于2D TMDs纳米异质结的气体传感器展现出更加优越的气体传感性能.本文将系统总结2D TMDs纳米异质结气体传感器的研究进展,尤其是2D TMDs与金属氧化物、金属硫化物、碳基纳米材料以及量子点之间形成的纳米异质结设计、构效关系以及传感机理等关键科学问题.传感材料和传感机制上的创新对提升传感性能并拓展传感功能具有重要的科学意义.通过对纳米异质结气敏机理的深入探究,有望实现纳米异质结结构的人为设计和可控制备,提高室温下对目标气体的高灵敏选择性识别和检测.在纳米异质结的结构设计上,以TMDs材料为导电主体,在其表面生长各种纳米结构,通过对纳米异质结表面酸碱性、功函数、气体分子极性以及纳米异质结与气体分子之间的氧化还原反应性质进行调控,来构筑基于TMDs的纳米异质结.此外,控制负载在二维TMDs上纳米颗粒尺寸小于两倍电子耗尽层厚度,充分发挥纳米颗粒量子限域效应,以纳米颗粒充当传感的"天线分子"或"探针分子",实现对目标气体分子的高灵敏选择性识别和检测.     

氢分子在金属锂表面台阶附近解离吸附的ab initio研究

一、引言 实验发现,固体表面上的缺陷,如台阶面或台阶边棱原子处的化学吸附特性和反应活性具有某些特殊性。很多情形下,金属表面缺陷不仅控制着气体分子的吸附速率,而且对催化反应的产物品种也有重要影响。Wu等研究银表面上C_2H_4的催化氧化表明,弱吸附在平坦银表面上的氧使乙烯氧化为环氧乙烷,而强束缚在台阶边棱或顶角位置的氧则导致CO_2的生成。     

甲烷传感器气敏材料的研究现状与进展

甲烷气体检测传感器在保障居民生活安全用气、天然气管道的安全运行以及煤矿安全生产等领域发挥着不可或缺的作用.基于气体分子吸附和解吸从而引起特定物理量相对变化的气敏传感技术,使得快速响应和低成本的甲烷检测传感器得以发展和应用,传感器的性能得到了很大的提高.本文详细介绍了气敏型甲烷传感器的分类及原理,并根据纳米敏感材料与甲烷气体分子之间作用的原理,综述了近年来包括金属氧化物及其复合材料、有机聚合物复合材料、超分子穴番-A、碳纳米管及其掺杂材料在内的关于甲烷气敏材料制备和气敏性能等方面的研究成果,并展望了基于气敏原理的甲烷传感器及其气敏材料未来的研究方向.     

碳烟与气态和吸附态NO_2反应的不同机制

在K/MgAlO催化剂上测试了气态及吸附态NO2与碳烟(soot)的反应,结合原位红外表征和第一性原理计算确认了反应中间物,对两类反应的差异进行了机理解析.结果表明,吸附态NO2的活性弱于气态NO2.吸附态NO2以硝酸盐的形式参与反应,导致出现了2个红外特征峰2234和2110 cm-1,分别归属为K位上的氰酸离子和MgAlO载体上的氰离子.此外,气态NO2的反应中间物异氰酸离子也得到证实.吸附态NO2(即硝酸盐)的反应受到K+静电场的束缚,倾向于形成氰酸离子,氰酸离子易裂解成氰离子迁移到载体上;气态NO2与碳烟反应则倾向于形成相对稳定的异氰酸离子.吸附态NO2较弱的低温活性可归因于K+静电场的束缚.     

一氧化氮与亚稳态一氧化碳分子的传能反应

激发态分子和自由基的反应是大气化学、化学激光、燃烧化学中重要的过程,有关亚稳态分子的传能反应一直受到人们的极大重视.Setser在流动体系中,对CO(a)与NO分子的反应进行了初步研究,求得了产物的形成速率,Ottinger在束气条件下,利用CO~+束源与NO作用,认为CO~+与NO首先发生共振激发传能产生CO(a)再进一步与NO反应,但事实上他并没有观察到CO(a)的发射.本工作在分子束条件下,利用束放电方法产生高浓度的亚稳态CO(a)分子束并与NO反应,得到了振转分辨的NO(A)化学发光光谱,并结合相空间理论进行了讨论.     

碱金属空位迁移能的计算

一、引言 在晶体中,原子按空位机制迁移已成定论,所以对空位迁移能的研究,已显得十分重要。在这方面,前人已做了许多工作,Huntington,Bartlett,Fumi等人曾计算了铜晶体的空位迁移能,但结果差别很大,有的与实验值相差甚远;Wynblatt,Neumann等人利用Morse势,计算了铜、银、金等金属的空位迁移能,但模型过于复杂,很难用于常以过渡族金属     

高分子金属络合物与气体分离

混和气体选择性分离技术一般采用深冷分离法和吸附分离法。节约能耗,简化操作的气体分离方法一直是受人们重视的研究课题。70年代下半期,高分子膜在气体分离方面取得了显著进展,寻找具有实用前景的气体分离膜中的主要困难是:分离性好的膜总是透过速度慢;透过速度快的膜总是分离性能差。金属络合物作为膜材料是已实现的能够同时提高透气率与分离系数的主要方法。金属络合物与气体分子之间的作用被应用于气体分离是从生物体内O_2输送过程而受启发的,血红蛋白中的Fe~(2+)等金属离子选择性地与O_2 形成络合物,同时,在特定条件下又可逆地解离出O_2。最初,人们分离出天然的能与气体分子选择性络合的金属络合物如血红蛋白,用于气体分离研究,进而,人们开始寻找可与气体分子可逆络合的金属络合物。近年来,     

等电子系元素电离势变化规律及WBEPM理论中参数的确定

元素(原子、分子)电离势在原子和分子光谱学、天体物理学、气体放电学、质谱和化学等方面都得到重要应用.但电离势的实验数据还有许多空白,因此,用理论或外推方法计算电离势以及研究其变化规律也就十分必要.文献[2—4]研究了基态等电子系元素电离势的变化规律性,指出电离势I租核电荷数Z呈良好的抛物线关系,电离势的一次差分与Z呈良好的线性关系,二次差分近似为常数,并以此为背景建立了关于原子的最弱受约束电子势模型(WBEPM     

表面吸附对掺硼金刚石电极电化学性能的影响

为了阐明氢吸附和氧吸附对掺硼金刚石薄膜电极电化学性能的影响, 考查了表面氢化和氧化处理后金刚石薄膜的微观形貌和组分, 并分别以氢吸附和氧吸附掺硼金刚石薄膜作为工作电极, 进行循环伏安特性和交流阻抗谱测试. 结果表明, 氧吸附金刚石薄膜比氢吸附薄膜电导率小, 表面粗糙度大, sp³/sp²值小. 氧吸附金刚石薄膜电极具有更宽的电化学窗口, 其空间电荷层电阻和电容更大, 极化电阻也比氢吸附金刚石薄膜电极要大. 另外, 探讨了表面吸附对金刚石薄膜电极电化学性能的影响机理, 不同吸附对薄膜电化学性能的影响主要在于吸附改变了表面能带结构.     

分子束研究Cl_2在Si(111)面化学吸附的平动能效应

气相小分子在金属单晶表面上解离化学吸附的机理研究十分活跃.目前描述化学吸附过程有两种不同的机理,即直接解离和前驱态(Precursor)机理.前者认为气相分子与固相表面碰撞能直接解离成碎片吸附于表面上;后者则假设分子入射表面先经中间前驱态再发生解离化学吸附.要深入研究上述不同的吸附机理,分子束技术是一种有效的实验手段,通过测定入射分子束的平动能以及入射角对解离吸附的影响,可以获得有关化学吸附的重要信息.在半导体表面气相化学蚀刻反应中Si-Cl_2体系占有十分重要的地位.我们在文献[4,5]中曾指出Cl_2分子在Si表面上解离吸附是蚀刻反应关键的一步,但是对其吸附机理的深入研究尚未见报道.本文将首次采用超声分子束、角分辨的飞行时间质谱和激光诱导吸附技术,研究Cl_2在Si(111)表面上吸附的平动能效应,并探讨其解离化学吸附的机理.     

分子内电子转移溶剂重组能计算的一种新方法

根据电磁理论和球孔穴近似，通过解在边界条件限制下的电势方程，得到非平衡和平衡溶剂化条件下体系的Gibbs自由能。在处理非平衡溶剂化问题时，考虑到溶剂分子取向极化对电子转移的慢响应，将平衡溶剂化取向极化产生的面电荷作为非平衡条件下的固定电荷处理，从而得到溶剂重组能的解析表达式。将这种新方法运用到一些电子转移体系，NO^ /NO,NO2^ /NO2,NO2^ /NO,获得了这些络合物中电子转移的溶剂重组能。     

不同取代基对四硫富瓦烯衍生物电荷传输影响的理论研究

通过密度泛函理论考察了四种四硫富瓦烯衍生物的电荷转移情况.二苯并-四硫富瓦烯(DB-TTF)的全氟化增加了分子的重整能而不利于电荷传输,但全氟化可降低化合物分子的前线轨道能级,从而减小电子注入势垒,这将有利于电子而不是空穴输运.当N原子取代DB-TTF分子内苯环上的C原子时,分子的重整能没有增加,但由于降低了前线分子轨道能级,从而减小了电荷的注入势垒而且还加强了分子的热稳定性.在DB-TTF分子上引入NH2可以改变分子晶体的结构以及电荷迁移率,从而通过引入不同取代基来改变-堆叠结构.另外,由于全氟化的DB-TTF分子间具有较强的极化效应,采用格点能校正方法来计算电荷转移积分更为恰当.     

Ba-Y-Cu-Nb-O四元氧化物系90K以上的超导电性

最近,在Ba-Y-Cu-O三元氧化物系中不断发现了90K以上的超导电性。这种三元氧化物系是一种氧缺陷化合物,通常包含有三个或者更多的相。为了得到化学比的或接近化学比的化合物,我们在Ba-Y-Cu-O三元氧化物系中掺入Nb_2O_5来补偿氧空位,从而形成     

NO分子基态性质的研究

采用量子力学从头算方法,运用二次组态相互作用方法QCISD(T)结合6-311++G(3df,2pd)基组对NO分子基态进行了几何结构优化、计算出了它们的光谱数据(ωe、ωexe、Be、αe、De),结果与实验光谱数据吻合较好,表明上述分子基态的势能函数可用Murrell2Sorbie函数来表示。利用原子分子反应静力学的有关原理,推导出了NO分子的合理离解极限;使用HF、MP2、MP3和B3LYP等理论方法,在6-311G(3df,3pd)基组下,对NO分子基态的平衡结构和谐振频率进行了优化计算,且将计算结果与实验结果进行了比较,得出了B3LYP方法为最优方法的结论。     

共轭链烃键级、前沿电荷密度分布的拓扑表示

本文应用分子轨道图形理论,推导出共轭直键烃的π键级分布及前沿电荷密度分布的封闭公式,揭示出直链烃π键级,前沿电荷密度与分子拓扑的联系。π键键级沿分子轴成波状交替分布与实测键长交替分布基本一致。由封闭公式计算出的前沿电荷密度与文献[2]的结果相同。     

内皮细胞舒血管因子的发现者——弗奇戈特

一氧化氮(NO)是一种无色、无味的气体,曾被认为是一种可造成烟雾和酸雨的大气污染物,然而1980年代开始.大量研究显示NO是一种内源性信号分子,在血管平滑肌舒张、血液流动调节、炎症发生、细胞生长和长期记忆等方面都发挥着关键性的作用,以至于1994年美国<科学>周刊将NO评为当年的明星分子.NO作为内源性信号分子的发现不仅成功解释了许多生命现象的分子机理和药物的作用机制,而且在疾病治疗和诊断领域也取得了巨大成功.     

NO分子基态性质的研究

采用量子力学从头算方法,运用二次组态相互作用方法QCISD(T)结合6-311++G(3df,2pd)基组对NO分子基态进行了几何结构优化、计算出了它们的光谱数据(ωe、ωexe、Be、αe、De),结果与实验光谱数据吻合较好,表明上述分子基态的势能函数可用Murrell2Sorbie函数来表示.利用原子分子反应静力学的有关原理,推导出了NO分子的合理离解极限;使用HF、MP2、MP3和B3LYP等理论方法,在6-311G(3df,3pd)基组下,对NO分子基态的平衡结构和谐振频率进行了优化计算,且将计算结果与实验结果进行了比较,得出了B3LYP方法为最优方法的结论.     

燃煤飞灰氧化汞的机制研究

为深入揭示飞灰与汞的作用机制, 采用固定床汞吸附脱附实验系统详细研究了飞灰对汞的吸附氧化作用, 尤其是单一气氛下飞灰本身对汞的吸附氧化性能, 评价了飞灰中汞的脱附和析出形态, 结果表明: 飞灰自身对汞有明显的氧化作用, 依据飞灰吸附脱附汞形态差异, 构建了飞灰与汞作用活性点的分类, 提出了3种飞灰氧化汞的反应机制; 酸性气体对促进汞氧化、提高飞灰与汞的作用产物的稳定性有重要意义; 晶格氧是飞灰氧化汞的重要氧化剂.