摘要：具有准同型相界组分的0.5Ba(Ti0.8Zr0.2)O3-0.5(Ba0.7Ca0.3)TiO3(BZT-0.5BCT)陶瓷,表现出优异的铁电、压电性能,作为一种具有潜在应用前景的无铅压电材料得到广泛关注.本文采用溶胶-凝胶方法在Si(100)基底上制备了BZT-0.5BCT压电薄膜.使用原子力显微镜和扫描电子显微镜测量得到样品的形貌图,形貌图表明该方法制备的无铅压电薄膜表面光滑,晶粒大小均匀、呈半球形,直径为80—100nm,厚度为1.7μm,膜的内部有气孔.摩擦力实验表明,压电薄膜样品与硅针尖之间存在静电力的作用,导致其摩擦力远大于硅针尖与SiO2之间的摩擦力,但是两者的摩擦系数基本相同.划痕实验表明,BZT-0.5BC薄膜具有很强的法向承载能力,但是切向抗磨损能力差,样品的平均弹性模量为23.64GPa±5GPa,其硬度为2.7—4GPa,两者均略低于压电陶瓷Pb(Zr,Ti)O3材料的体态值.

摘要：在分子尺度上构建光驱动的人工分子机器是超分子化学研究的一个热点。偶氮苯是一类具有双稳态的光致开关分子,能够完成高效、可逆的反式(E)→顺式(Z)的光致异构化过程,因而可以作为人工分子机器的功能单元。本文采用密度泛函理论(DFT)和反应分子动力学(RMD)模拟,研究了含偶氮苯封端基团的互锁型超分子体系中冠醚主体与二烷基铵客体间结合强度,模拟了偶氮苯Z→E异构化反应的动态过程,讨论了异构化反应对主客体分子构象的影响。在偶氮苯封端基团通过发生Z→E异构化实现体系单向可控运动时,较强的主-客体间结合能力是保证互锁型超分子体系稳定的必要前提。顺式客体与主体大环氢键相互作用比反式客体更强,因此顺式复合异构体具有比反式异构体更大的结合强度。偶氮苯基团发生E→Z光致异构化引入位阻效应,使得顺式复合物只能从环戊基准封端处进行脱环。主客体复合过程对偶氮苯基团的几何结构没有明显影响。偶氮苯光致异构化发生的速度快于客体脱环的速度是实现单向运动的动力学上的必要条件。在异构化反应后的500 ps内,大环会经历一个明显的结构驰豫过程。冠醚大环主体的柔性构象有助于实现在偶氮苯光致异构化发生过程中主客体间持续稳定的结合。各种超分子体系中,尽管客体组成各不相同,但是包含相似的主客体识别位点的超分子体系具有相似的结合能,显示了机械互锁型复合体系中各种功能性构建单元间主客体相互作用具有正交性。引入双稳态的偶氮苯功能基团对客体其他部分的几何结构影响很小。理论计算结果有助于理性设计更复杂的刺激响应性人工分子机器。

摘要：The CuZrAl bulk metallic glass with minor-addition of Fe was prepared by rapid quenching method. The structures were examined by X-ray diffraction （XRD）. The effect of Fe on the glass-forming ability was studied by differential scanning calorimetry （DSC）. The minor-addition of Fe obviously extends the supercooled liquid region ΔTx. The plastic strain of the Cu44Zr48Al7Fe bulk metallic glass is about 1.5%. The microstructures were examined by transmission electron microscopy （TEM）. It is found that when 1%-2% Fe （mole fraction） were introduced into the CuZrAl alloy matrix, nanoscale phase separation occurs in the as-prepared Cu44Zr48Al7Fe bulk metallic glass.

摘要：[2]-轮烷是由大环与分子链组成的两组分超分子体系,计算评估大环和链之间的结合强度,对于理解超分子识别和超分子体系可控设计尤为重要.本文借鉴计算机图像处理技术,通过全局阈值分割方法将大环和链的静电势图像分成两个片段,两者的静电势差值近似为[2]-轮烷体系的结合能.该计算方法可以直观简便地预测超分子体系的结合能.基于静电势的图像阈值分割方法计算的结合能定性符合实验测定的结合常数和密度泛函理论(DFT)计算的结合能.对于不同分子链和大环分子组成的多种[2]-轮烷体系的对比研究表明,大环与链的结合强度与结合位点的给质子能力、形成氢键的数目、大环的尺寸以及大环与链之间?-?堆积作用相关.

摘要：随着全球能源需求增长和环境污染加剧,发展可持续能源减少对化石燃料(如石油、天然气和煤炭等)的消耗成为实现人类社会可持续发展的关键.氢能因其能量密度高、燃烧无污染、应用形式多样被认为是最理想的替代能源.电解水制氢包括阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER),具有绿色环保、生产灵活和纯度高等特点,是理想的绿色生产技术之一.然而,阳极电解水产氧反应动力学缓慢,导致阴极的产氢效率低.此外,在电解水过程中,会产生高氧化性的过氧化氢(H_(2)O_(2)),降低电解水膜的寿命,阻碍电解水技术的实际应用.因此,亟待开发新型高效、稳定且具有高附加值的电解水催化剂.目前,电化学整体水分解(OWS)制氢技术存在安全风险、投资回报低、阳极OER动力学慢和电能消耗大等问题,将阳极氧化反应与混合电解水(HWE)装置中的HER相结合,借助热力学较好的电氧化反应取代缓慢的传统OER反应协同产氢,可以有效克服传统电解水的产率不足,解决污染排放和生物质回收问题.本文综述了协同电催化用于联产氢气和低能耗、高法拉第效率高价值产品的催化剂结构设计,揭示不同协同电催化系统的催化途径和意义,以实现更高效、零碳排放的目标.首先,介绍了HWE系统的发展现状,重点关注各种富氢物质的协同电解,例如酒精、生物质衍生物、葡萄糖和在阳极形成的高附加值化学品.与传统阳极OER工艺相比,有机/生物质底物小分子的OER表现出较低的热力学需求,降低产氢能耗.随后,详细介绍了基于阴极HER和阳极OER协同电解反应、协同催化HWE高效电极/电催化剂的合理设计,以实现高催化活性、高选择性和良好的电化学稳定性.重点讨论了新型电极/电催化剂设计、活性改进以及结构-催化活性关系提升的合成策略.再后,讨论了基于有机/生物质小分子协同HWE系统电催化的代表性研究进展和突破,强调了其在促进可持续低压制氢方面的重要作用,并回顾了近年来HWE的研究突破,同时,对一些可行性分析和机理探索进行比较,为制氢提供了新的研究方向.最后,提出了协同电催化制氢面临的挑战并展望未来的研究方向.综上,大多数电催化剂存在催化活性低、稳定性差等问题,要实现可持续、经济高效和清洁的产氢技术,仍有很多方面需要进一步的深入研究.本文综述了高效多功能HWE系统发展现状和催化剂结构设计,为电解水制氢和高附加值产品的节能联产提供一定的参考.

摘要：用磁控溅射方法制备了一系列含NiO反铁磁层的Co/Cu/Co自旋阀结构。电磁输运测量表明,对相同Co/Cu/Co结构的自旋阀,NiO在自旋阀的顶部(TSV)和在自旋阀的底部(BSV)表现了不同的磁电阻值和热稳定特性。X射线镜面反射和横向漫散射测量证明小的界面粗糙度是导致磁电阻增大的主要原因,而Co与NiO层间的耦合减弱将导致MR减小,两者共同的作用决定了含NiO的自旋阀的磁电阻。我们由此设计实验将:BSV自旋阀的磁电阻值提高近1倍,即达到-12％,而对称自旋阀的磁电阻则提高到15％。

摘要：二维范德华Janus材料两侧为不同原子,使得其具有内禀的结构不对称性和面外极化。一类新型的二维Janus材料GeS被发现可用于制备低能耗、高响应速度的铁电隧道结。基于第一性原理计算,我们发现JanusGeS双层有三种堆叠模式,它们的横向滑动和垂直位移都可以调节隧道结中的电子输运。此外,基于GeGe接触的GeS双层的铁电隧道结表现出最高的开/关比。我们的研究将滑移铁电的概念扩展到一类新型的二维范德华Janus材料,并揭示了这些材料在实际器件中可能的电阻开关机制。我们的工作为基于二维范德华Janus材料的低能耗、快速开关纳米器件的设计提供了理论指导。

摘要：BiCuXO(X=S、Se、Te)作为层状氧化物,具有良好的电输运性能以及低的热导率,是一种潜在的性能优异的热电材料。材料物理性能的优化离不开对晶体本征性能的研究。本文首先详细介绍BiCuXO晶体的生长工艺,通过生长方法和元素掺杂调节载流子浓度,改善其电输运性质,并与文献报道的陶瓷样品进行了对比。其次介绍BiCuXO晶体的电输运性能和热输运性能,电输运性能主要包括导电行为、散射机制及磁阻演化;热输运性能主要是通过非弹性中子散射和拉曼实验研究,并结合第一性原理计算研究其极低热导率的物理机制。最后介绍了基于热电效应BiCuSeO晶体在光热电领域的应用。本文总结了BiCuXO晶体的生长方法,研究其电学、热学以及光热电性能,希望为BiCuXO性能的优化提供思路。

摘要：超分子自组装是指多个分子单元通过分子间相互作用力自发缔合成高度有序的分子聚集体的过程,其合成简单,组装效率较高,可实现组装体结构与功能的精准调控。自然界中的光捕获体系基于叶绿素和蛋白质之间的非共价键作用形成,且可以实现多次、连续的能量转移过程并最终将能量传递至反应中心,进而完成高效的光合作用。早前大多数人工光捕获体系研究是以荧光共振能量转移过程为基础,在有机相中基于共价键构筑;目前对于人工光捕获体系的研究主要集中在水相中基于非共价键作用构筑。本文对基于超分子自组装构筑的人工光捕获体系的近期发展进行综述,并简要介绍人工光捕获体系在光催化、光电材料等方面的应用,同时对人工光捕获体系的发展前景进行了展望。