金刚石表面的功能化修饰

化学气相沉积法(CVD)制备金刚石薄膜的出现, 使人们大规模利用金刚石优异性质的愿望得以实现. 但是, 金刚石薄膜表面sp³碳构造的高稳定性导致其表面可再造性能差, 无法满足制备各种功能性表面的需要. 本文从化学修饰的角度, 概括和总结了金刚石薄膜表面的功能化修饰和分子微结构设计等问题. 讨论了金刚石表面的活性官能团导入, 金刚石表面修饰有机(生物)分子, 以及通过金属、金属氧化物修饰制备具有良好催化活性的金刚石表面的制备方法, 并对金刚石薄膜在不同领域内的应用前景作了展望.     

好氧颗粒污泥对Pb2+的吸附特性研究

研究了好氧颗粒污泥作为一种新型重金属吸附材料对溶液中Pb²⁺的吸附特性. 实验结果表明, 初始pH, Pb²⁺浓度(C0)和污泥浓度(X0)是影响吸附的重要因素. Pb²⁺吸附过程可以由Freundlich和Langmuir等温方程较好地拟合, 相关系数分别达到0.932与0.959. 好氧颗粒污泥吸附Pb²⁺的动力学过程表现出分阶段吸附的特征, Lagergren二级动力学方程能较好地描述第二阶段的动力学过程. 环境扫描电子显微镜(ESEM)与X射线能谱(EDX)分析结果表明, 吸附Pb²⁺后的好氧颗粒污泥表面发生了变化, 同时推断吸附过程为离子交换吸附和金属鳌合的共同作用.     

柔性全有机薄膜场效应晶体管的制备和性能

在聚乙烯基对苯二酸酯基片上依次制备氧化铟锡电极、聚甲基丙烯酸甲酯绝缘层、并五苯半导体层和金电极, 得到了柔性全有机薄膜场效应晶体管, 器件的载流子迁移率为2.10×10^-2 cm²·(V·s)^-1, 开关电流比超过10⁵. 同时研究了柔性全有机薄膜场效应晶体管在不同曲率半径下的性能.     

纳米氧化钴的制备及其超电容特性

实验制得粒径为3 nm左右的氧化钴微粒材料并以此制成电化学电极. 分析测试表明该氧化钴微粒不仅粒度小, 具有较大的比表面积(192 m²/g)及适宜的孔径分布(1~3 nm为主), 而且在一定程度上解决了小颗粒材料存在的团聚问题. 电化学测试表明, 此电极具有典型的电容性能, 单电极比容量为370~401 F/g, 主要以超电容形式存在.     

氧气在Al(001)面吸附的第一原理研究

采用基于广义梯度近似(GGA)交换关联近似的超软(ultrasoft)赝势和具有三维周期性边界条件的超晶胞模型, 用第一原理计算方法, 计算并分析了氧分子在Al(001)面吸附的价键结构和局域电子结构. 超晶胞表面为2×2原胞, 共有14层原子, 其中铝原子9层, 真空5层. 氧分子层与表面铝原子层的距离为一倍面间距, 选用了几种不同的初始吸附形态. 结果表明, 氧气在Al(001)面时, 分子键平行于铝表面时容易被吸附, 分子键垂直于铝表面时不容易被吸附. 吸附过程中价键的分析表明, 氧分子在O₂/Al(001)界面的吸附过程有两种形式: O₂→(O₂)^2−→2O^−→2O^2−和O₂→(O₂)^−→O^2−+O, 吸附过程与氧气在Al(001)面初始吸附形态有关.     

多壁碳纳米管修饰碳糊电极阳极吸附伏安法测定痕量锆

制备了多壁碳纳米管(MWCNT)修饰碳糊电极, 并研究了锆-钙-茜素红(ARS)异多核络合物在该电极上的阳极吸附伏安行为. 该方法用于锆的测定具有较高的灵敏度和较好的选择性. 在极谱分析仪上采用二阶导数线性扫描伏安法进行分析, 在0.128 mol·L^-1氨基乙酸和0.048 mol·L^-1邻苯二甲酸氢钾缓冲液(pH 4.0)中, 在200 mV富集60~120 s, 从200~1200 mV以200 mV·s^-1的速率线性扫描, 络合物吸附在修饰电极表面, 于840 mV (vs. SCE)处产生一灵敏的溶出峰, 为络合物中配体茜素红的氧化所产生. 络合物的峰电流与锆的浓度在6.0×10^-12 ~ 6.0×10^-11 mol·L^-1(富集时间120 s), 6.0×10^-11 ~ 2.0×10^-9 mol·L^-1 (富集时间90 s)和2.0×10^-9 ~ 1.0×10^-7 mol·L^-1(富集时间60 s)范围内分三段呈良好的线性关系, 检出限(S/N = 3)为2.0×10^-12 mol·L^-1(富集时间180 s). 方法用于岩矿样品中痕量锆的测定, 结果满意.     

厚度对超薄类金刚石薄膜结构的影响

采用真空阴极磁过滤电弧法(FCVA)沉积了不同厚度的类金刚石(DLC)薄膜, 用波长为514.5 nm的可见光拉曼光谱(Vis-Raman)和宽光谱变角度椭偏仪分析了薄膜的结构. 实验结果表明, 厚度影响DLC薄膜的结构. 当DLC薄膜厚度从2 nm增大到30 nm时, Raman图谱中的G峰位置(G-pos)向高波数方向漂移, 通过高斯拟合得出的D峰和G峰的强度比I_D/I_G减小, 消光系数(Ks)逐渐减小, 薄膜中的sp³键含量随厚度的增大而增大. 当薄膜厚度从30 nm增大到50 nm时, I_D/I_G增大, Ks逐渐增大, 薄膜中的sp³键含量减小.     

不同方法制备的锑负极材料性能研究

采用电镀和磁控溅射的方法制备金属锑薄膜, 把它们作为锂离子二次电池负极进行研究, 并把它们与锑粉的性能进行比较. 研究发现, 电镀和磁控溅射的条件都比较容易控制, 锑材料有较好的充放电平台, 锑薄膜的电化学性能要比锑粉的性能好, 而其中通过磁控溅射制得的锑薄膜性能最优, 例如, 溅射制得的薄膜经过15个循环后其脱锂容量仍保持在400 mA·h·g^&;#8722;1以上.     

钯纳米粒子及其团聚体特殊红外性能的CO分子探针红外光谱

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为稳定剂, 用乙醇还原氯钯酸制备分散的钯纳米粒子(Pd_n). 从分散于电极表面的Pd_n出发, 以50 mV·s^−1的扫描速度, 在−0.25～1.25 V间循环扫描30 min可以制备团聚体 Pd_n^ag. 固/气和固/液界面透射和反射CO分子探针红外光谱研究结果指出, 吸附在Pd_n上非对称和对称桥位上的桥式吸附态CO(COB)在1964和1905 cm^−1给出两个红外吸收谱峰, 但CO吸附在Pd_n^ag上仅在1963 cm^−1给出一个方向倒反的异常红外谱峰. 此外, CO谱峰的半峰宽由Pd_n上的14 cm^−1变为Pd_n^ag上的24 cm^−1. Pd_n形成团聚体Pd_n^ag后, Pd纳米粒子间相互作用增强, Pd_n和Pd_n^ag红外光学性质的显著差别初步归因于纳米粒子之间的相互作用.     

Pt(100)电极上乙二醇吸附和氧化的原位时间分辨FTIRS研究

运用原位时间分辨FTIR反射光谱在分子水平研究乙二醇(EG)在Pt(100)单晶电极上吸附和氧化的动力学过程. 在0.10 V的时间分辨光谱中, 当t>5 s于2050 cm^-1附近出现的红外谱峰归因于EG解离吸附产物线性吸附态CO(COL)的红外吸收. 红外光谱特征及其变化还证实, 吸附态CO在Pt(100)表面呈均匀分布; 当t>70 s于2342 cm^-1附近出现CO₂的不对称伸缩振动谱峰, 指认为EG的直接氧化. 研究发现随着电位升高, 直接氧化逐渐成为主要反应途径, 使解离吸附反应削弱. 当电位高于0.40 V以后, EG的氧化主要通过活性中间产物(–COOH)的途径进行.     

NPAN分子在Au(111)电极上吸附结构的电化学STM研究

用电化学循环伏安法和电化学扫描隧道显微镜(STM)研究了0.1 mol/L HClO₄溶液中偶氮分子4-(4-硝基苯基偶氮)-1-萘酚(NPAN)在Au(111)电极上的吸附. 结果表明, 相对于基底NPAN分子在电极上可以形成稳定的(6×4)单分子结构, 吸附的分子平面与基底相平行. 另一方面, NPAN分子的吸附也可以阻止发生在电极表面上的氧化还原反应. 根据实验结果提出了分子的吸附模型, 解释了分子的STM图像.     

Pd-Cu/水滑石吸附催化氢还原水中的硝酸根

采用混合浸渍法制备了以水滑石为载体的Pd-Cu催化剂, 利用比表面仪(BET)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、场发射透射电子显微镜(FTEM)以及X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行了表征, 考查了其对水中NO₃&#8722;的吸附、催化氢还原性能, 并与其他载体(氧化铝(Al₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)、分子筛(HZSM))的催化剂进行了比较. 结果表明, 以水滑石为载体的Pd-Cu催化剂是比表面积较大(185.3 m²/g)的中孔(52.2 Å)材料, 活性金属粒子大小均匀(<10 nm), 其在水中发生层状结构重建, 可吸附水中的NO₃&#8722;, 吸附等温线符合Langmuir模型; Pd-Cu/水滑石对于NO₃&#8722;的催化还原是吸附作用和催化氢还原作用的连续动态过程, 因此, 与Al₂O₃, TiO₂, HZSM为载体的催化剂相比较, 水滑石为载体的催化剂具有更高的催化还原活性和较高的选择性. 水滑石在水中存在一定的表面水解, 但析出的金属离子浓度均小于现行的饮用水标准, 重复使用试验表明Pd-Cu/水滑石催化还原水中硝酸根的稳定性较好.     

TiO2纳米管薄膜的制备及其光散射性能

采用超声水热联合的方法, 用商品P25为原料制备出直径10 nm, 长600 nm的TiO₂纳米管, 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子衍射(SAED)和透射电子显微镜(TEM)对产物进行表征. 用TiO₂纳米管制作薄膜电极并研究其光散射性能, 结果表明TiO₂纳米管可以作为染料敏化太阳能电池中薄膜工作电极内的光散射中心, 增大光能的吸收. 掺有10%小颗粒的纳米管薄膜电极具有强的光散射性能和良好的机械性能, 可用做高效率染料敏化太阳能电池的工作电极.     

H2C=S…HCl氢键复合物结构和性质的密度泛函及自然键轨道理论研究

在DFT-B3LYP/6-311++G**水平上求得H2C=S&#1468;&#1468;&#1468;HCl氢键复合物势能面上的唯一稳定构型, 频率分析表明复合物中H—Cl键伸缩振动频率发生显著的红移, 红移值为378.3 cm^-1, 与实验值362.3 cm^-1吻合. 经MP2/6-311++G**水平计算的含BSSE校正的相互作用能为-13.59 kJ·mol^-1. 自然键轨道 理论(NBO)分析表明, 引起H—Cl键变长的因素包括3种电荷转移: (1) n1(S)(sp^0.31) → s*(H-Cl); (2) n₂ (S) (sp^40.46) → s*(H-Cl); (3) s(H-Cl) → RY*(3)(S)(sp^3.22d^9.32), 其中n2(S) → s*(H-Cl)的转移占主要作用, 总的结果是σ*(H-Cl)的自然布居数增加了50.23 me. NBO程序中自然共振理论(NRT)对复合物的键序分析表明H—Cl键被削弱, 与红外光谱频率计算分析和电荷转移的结论一致. 同时还计算并讨论了H₂C=O&#1468;&#1468;&#1468;HCl氢键复合物的结构和性质.     

CO分子在Rh低指数面及(331)台阶面上的吸附

应用原子和表面簇合物相互作用的5参数Morse势方法(简称5-MP)及推广的LEPS势对CO-Rh低指数表面体系及(331)台阶面体系进行了系统、全面的研究, 并获得了全部临界点特性. 提出了分子吸附态振动指纹的概念. 理论计算及振动指纹分析表明, 在Rh低指数面及(331)台阶面上的吸附存在共性：随着覆盖度的增加, CO分子先后垂直吸附于顶位、桥位, 且顶位为稳定吸附位, 桥位次之. 在(100)面上, CO分子在顶位、桥位分别获得了2009, 1946 cm^-1的本征振动, 二者之间的结合能之差为0.09 eV; (110)面上, CO分子则分别获得2019, 1961 cm^-1的本征振动; (111)面上, CO分子分别在顶位、桥位、洞位产生了2000, 1912, 1894 cm^-1的振动频率, 三者的结合能依次下降, 顶位、桥位之间的结合能差为0.03 eV; (331)面上, CO分子吸附于(110)台面及(111)台阶面上的顶位以及两等价顶位间的桥位, 分别获得2018, 1987 cm^-1; 1969, 1927 cm^-1的本征振动.     

辣根过氧化物酶在MnO2纳米片薄膜中的直接电化学与电催化行为

采用新型纳米材料MnO₂纳米片作为固定辣根过氧化物酶(HRP)的载体, 制备了HRP/MnO₂纳米片修饰的玻碳电极(GCE). 在MnO₂纳米片薄膜中, HRP能够实现有效的直接电子转移, 在pH 6.5的磷酸缓冲溶液中, 修饰电极的循环伏安曲线上显示出一对可逆的氧化还原峰, 式量电位为-0.315 V (vs. Ag/AgCl). HRP在MnO₂纳米片/GCE表面的电子转移速率常数为6.86 s^-1. HRP/MnO₂纳米片/GCE的式量电位(mV)在pH 4.0~8.0范围内与溶液pH值成线性关系, 其斜率为-53.75 mV·pH^-1, 表明电极反应在发生一个电子转移的同时还伴随一个质子的转移. 修饰后的电极对H₂O₂有良好响应, 响应时间小于3 s, 在信噪比为3时, 最低检出限为0.21 μmol·L^-1.     

纳米金刚石涂层上化学气相沉积金刚石薄膜的场电子发射

在爆炸法合成的纳米金刚石粉涂层上, 用微波等离子体化学气相沉积法制备了含有大量纳米晶的金刚石薄膜. 应用XRD, Raman和SEM对其结构进行了分析. 应用平面薄膜二极式结构研究了它的场电子发射特性, 结果表明: 这种含有纳米金刚石的薄膜具有更低的开启电压(1.8 V/mm)和更高的场发射电流密度(50 mA/cm²). 应用纳米金刚石晶粒的量子尺寸效应对这种实验结果给予了理论说明.     

无纺布支撑聚合物凝胶电解质锂离子电池

PVDF-HFP是制备聚合物电解质膜最常用的聚合物之一, 它具有成膜性好, 电化学性能优良等特点. 纳米SiO₂粒子均匀地分散在聚合物电解质膜中可以提高膜的孔隙率, 有利于提高聚合物电解质膜的离子电导率和电化学性能. 本文将无纺布在PVDF-HFP/SiO₂/丁酮/丁醇/增塑剂混合液中浸渍后, 真空干燥除去增塑剂制得多孔的无纺布支撑聚合物电解质复合膜, 并以其为隔膜组装聚合物锂离子电池(LiCoO₂/无纺布聚合物复合膜/MCMB), 对其电化学性能进行了表征. 研究结果表明, 无纺布聚合物复合膜具有一定的机械强度和良好的电化学性能. 室温下无纺布聚合物复合膜的离子电导率为3.35×10^-4 S/cm, 约相当于同样条件下普通隔膜的60%; 其电化学稳定窗口为4.8 V vs. Li⁺/Li. 使用无纺布聚合物复合膜组装的聚合物锂离子电池具有良好的倍率放电特性及充放电循环性能.     

Eu, Tb共掺SiO2凝胶基质三基色荧光体系

利用溶胶-凝胶技术制备了Eu, Tb共掺杂SiO₂基质三基色荧光体系, 样品的发射光谱在618, 543, 350~500 nm处同时出现了红、绿、蓝三色发射, 表明Eu³⁺, Eu²⁺和Tb³⁺三种离子共存于同一基质中, 与Eu单掺样品的发射光谱比较, 共掺样品中Eu²⁺的蓝色发光显著增强, 说明在SiO₂基质中Eu³⁺和Tb³⁺之间可能发生电子转移. 考察了退火温度和Tb浓度对样品发光光谱的影响, 确定了Tb的最佳掺杂浓度为0.2%, 最佳退火温度为850℃. 发现在600℃退火时, 在SiO₂基质中存在着Tb³⁺对Eu³⁺的敏化作用, 当Tb³⁺浓度为0.2%时, Eu, Tb共掺样品中Eu³⁺的发光强度是Eu单掺的4倍多, 这归因于Tb³⁺→Eu³⁺离子的能量传递作用.     

硝基芳烃类隐藏炸药检测用荧光薄膜的制备及性能

通过自组装方法将荧光小分子芘经由包含三乙基四胺结构的连接臂以单分子层形式化学结合于玻璃表面, 制备了一种对硝基芳烃类炸药微痕量蒸气特异响应的荧光薄膜材料. 实验表明, 该荧光薄膜对硝基芳烃响应的灵敏度与连接臂的长度、硝基芳烃的饱和蒸气压大小以及分子体积有关. 硝基芳烃蒸气压越高、体积越小, 薄膜响应速度越快. 相对于较短的柔性连接臂, 以柔性长链为连接臂的薄膜对硝基芳烃的响应速度较慢, 但对硝基芳烃的体积选择性高. 所报道的荧光薄膜对常见炸药的标示物三硝基甲苯(TNT)和2,4-二硝基甲苯(DNT)在空气中的最低检出限分别达到7.14×10^-12和5.49×10^-11 g·mL^-1. 此外, 该膜对硝基芳烃的响应还具有良好的可逆性, 苯、甲苯、乙醇和香水等对测定干扰不明显.