摘要：自工业革命以来,化石燃料的大量消耗导致大气中CO_(2)浓度显著增加,引发了全球气候变暖等问题.电化学CO_(2)还原能够利用可再生能源产生的间歇性电力可持续地将CO_(2)转化为高附加值化学品或燃料,是实现碳中和的有效途径.目前,非均相分子催化剂如金属酞菁能够有效催化CO_(2)还原反应(CO_(2)RR),但是分子催化剂异质结构的合理设计与合成仍极具挑战.基于此,我们发展了一种具有高结晶度的双金属酞菁异质结构(CoPc/FePc HS),其电催化CO_(2)还原为CO的法拉第效率高达99%,并在运行10小时后性能基本保持不变.密度泛函理论计算表明,FePc和CoPc之间不同的电子转移模式能够有效提高CO_(2)RR性能.构筑分子催化剂异质结构有望成为CO_(2)RR性能提升的有效策略.

摘要：自旋器件有望实现量子信息存储、传感和计算,是下一代数据存储和通信的理想器件.与无机自旋器件相比,有机自旋器件不仅可以实现传统无机自旋器件的功能,而且在同一有机自旋阀器件中会同时测到正负磁电阻信号,这是因为有机分子与铁磁电极在界面会发生自旋杂化而产生独特的自旋界面.通过控制自旋界面,可以改变界面处分子能级展宽和偏移程度,从而实现对磁电阻信号的可控调制.有机自旋阀器件发展迅速,但仍有一些问题亟待研究,如对自旋界面进行识别和表征,以及利用自旋界面对有机自旋阀信号进行操控等.针对上述问题,本文首先综述了有机自旋阀的基本原理,通过对比无机有机材料能级结构的差异解释了有机自旋阀中自旋界面形成的原因,对于有机自旋阀中磁电阻信号的增强和反转现象,利用自旋界面模型中能级展宽和偏移进行了解释;接着列举了自旋界面的实验识别案例,如利用对表面敏感的表征技术对自旋界面进行识别以及设计新颖的器件结构验证自旋界面的存在等;然后汇总了利用自旋界面调制自旋信号的相关工作,自旋界面的调制可以通过电场调节铁电层的铁电极化、诱导铁磁电极相变、界面化学工程和磁交换相互作用等方式实现;最后总结了有机自旋界面中仍需解决的问题,并对有机自旋界面的识别和可控利用进行了展望.

摘要：从分子共晶出发,综述了晶体的形核生长规律和形貌精准控制,阐述了如何实现具有不同形貌、不同给受体比例共晶的大规模选择性制备,为今后可控制备其他共晶材料提供了有力借鉴.结合介绍本课题组自主发展的微纳米单晶场效应晶体管、光响应电子器件、光波导和光子学逻辑运算、非线性光学响应等测试方法及其原理,对分子共晶的新型电子学和光子学性质进行了梳理归纳,总结出了一些具有普适性的"分子结构-分子堆积-光电性质"构效关系规律,认为分子堆积对电荷转移及晶体最终光电磁性质起到决定性作用.设计合成具有三维立体π共轭体系的分子材料、发展三元及多元共晶、大面积图案化制备共晶及其异质结构将是最重要的研究突破口,为分子共晶在有机光电子科学与工程、新材料和化学工程等领域的进一步发展指明了方向.

摘要：开发用于各种能量转化过程的新型催化剂对于满足绿色和可持续能源的需求至关重要。由于其具有可调节的晶体结构,显著的化学和物理性质以及稳定性,金属有机骨架(MOFs)已经广泛应用于电化学能量转换领域,比如CO_(2)还原反应、N_(2)还原反应、析氧反应、析氢反应和氧还原反应。更重要的是,MOFs具有可调节的化学环境、孔径和孔隙率,这些性质将促进反应物在多孔网络中的扩散,从而改善其电催化性能。但是,由于高的电荷转移能垒和受限的自由载流子,大多数MOFs展示了差的导电性,阻碍了其多样化应用。在先前的报道中,MOFs常被用作多孔基质来限制纳米颗粒生长或经退火处理作为共掺杂电催化剂。而导电MOFs不仅结合了传统MOFs的优点,还具有电子导电性和高电催化活性,使其无需退火处理就可以通过电子或离子途径实现导电,从而极大提高了电催化性能,这有助于拓宽其在电化学能源领域或其他方面的潜在应用。在一些催化反应中,导电MOFs的催化活性甚至超过了商业化的RuO_(2)催化剂或Pt基催化剂。本文主要总结了构建导电MOFs的机制,并概述了其合成方法,如水/溶剂热合成和界面辅助合成。此外,本文阐述了导电MOFs在电催化应用中的最新研究进展。值得一提的是,导电MOFs的形态和结构可改变底物与MOFs之间的界面接触,从而影响其催化性能,需要进一步深入研究。基于系统的合成策略,在未来可以根据各种电催化反应的需求设计合成更多的导电MOFs。高性能的导电MOF基催化剂将有望获得突破。