摘要：设计并理论预测了一系列A′-π-A-π-A′型苯并噻二唑衍生物电子受体分子的几何构型、前线轨道特征、吸光性质及电子重组能等信息,同时考察了丙酮、氯苯溶剂对其性质的影响.在此基础上将性能优异的受体分子与特定给体分子组合构建给-受体(D-A)界面,通过计算给体HOMO与受体LUMO之间的电子耦合Vif,评估了D-A界面载流子的复合程度.结果表明,合理选择取代基对核心受体苯并噻二唑进行修饰是调节LUMO能级和能隙的有效方法.将平面性好的受体材料与非平面型给体材料搭配作为有机太阳能电池光活性层材料,有可能达到降低界面复合、减小光电压损失和提高开路电压的目的.综合考虑ΔEL,Vif,光吸收效率及溶剂化效应等因素,D1-1aγ及D1-2aγ组合有望成为电子迁移率高、在可见光和近红外区吸收宽、界面激子可以有效分离且不易复合的理想给-受体分子组合.

摘要：依据B=N键与C=C键的电子结构相似性,以Feringa型二苯乙烯型光驱动分子马达(CC-stilbene)为母体,设计了含极性旋转轴的模型马达***2//CASSCF计算结果表明,优化所得的BN-stilbene分子的基态存在四个与CC-stilbene马达结构相似、相对能量一致的螺旋异构体;B=N极性共价双键对BN-stilbene的基态和激发态电子结构有显著影响.对BN-stilbene模型马达的工作机理研究表明,极性旋转轴的引入使得BN-stilbene中S_1/S_0-CI与激发态中间体构型更加相似且能量更低,同时可增加旋转的驱动力,起到改进分子马达光异构化过程的单向性的目的.

摘要：将荧光小分子化学固定于基质表面是实现表面功能化的有效途径,是研究固体基质表界面性质的有效方法,也为设计制备荧光传感薄膜材料提供了新的思路。本文按高分子膜固定法、LB膜固定法和自组装膜固定法分类综述了荧光小分子在固体基质表面的固定化。讨论了膜表面固定化荧光小分子在表界面性质研究、阳离子和中性分子的化学传感以及表界面电子转移和能量转移研究等方面的应用,并对新的固定化方法进行了展望。

摘要：采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP/6-31G(d)方法对以低聚噻吩为端基、苯并二噻吩(TPT)和并三噻吩(TTT)为共轭桥、炔键为连接臂的20个模型化合物进行了计算研究.在优化中性与离子态几何构型基础上,获得了前线轨道能级、电离能(IPs)、电子亲和势(EAs)、空穴/电子重组能(λh/λe)、载流子迁移率(μh/μe)及吸收光谱等信息.结果表明,炔键的引入及端基低聚噻吩的增加对LUMO能级的调控作用较为显著,而共轭桥的类型对HOMO能级影响较大;合理选择端基、共轭桥和连接臂等结构单元可对该类材料吸光波段及强度进行有效调节.一维电荷传输模型结果表明,所设计的化合物均是潜在的双极性有机半导体材料,其中2,7-二([2,2':5',2''-三噻吩]-5-基)苯并[1,2-b:6,5-b']二噻吩(A3)和2,7-二(二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]噻吩-2-基乙炔基)苯并[1,2-b:6,5-b']二噻吩(a-3)具有较高的电子迁移率,值得进一步的实验探索研究.

摘要：用Benson基团贡献法计算了碳酸二甲酯(DMC)的标准摩尔生成焓ΔfH0m、标准摩尔生成吉布斯自由能ΔfGθm和压摩尔热容Cp,m。计算了不同温度和压力条件下二甲醚(DME)氧化羰化合成DMC及DME与CO2反应合成DMC的焓ΔrHm、吉布斯自由能变ΔrGm和平衡常数lnKθ。计算结果表明:在300～1000K的温度及0.1～30MPa的压力条件下,DME氧化羰化合成DMC是热力学上可自发进行的反应,而由DME和CO2合成DMC是非自发进行的,需要通过耦合等方来改变反应途径(或重构反应体系),该反应才有可能进行。为由DME合成DMC的反应途径设计和催化剂的探索研究提了热力学依据。

摘要：用Benson基团贡献法计算了碳酸二甲酯（DMC）的热力学数据标准摩尔生成焓△fHm^θ、标准摩尔生成青布斯自由能△fGm^θ生和等压摩尔热容Cp,m;在标准态下。300-1000K温度范围内对比了甲醇或二甲醚（DME）氧化羰化合成DMC，甲醇或DME与CO2直接合成DMC，由合成气合成DMC,DME。甲醛或甲醇这些反应的焓变△rHm^θ、吉布斯自由能变△fGm^θ量和平衡常数InK^θ．计算结果表明：在讨论的条件范围内，由DME氧化羰化合成DMC是热力学上可自发进行的反应，但DME和CO2反应合成DMC与甲醇和CO2反应合成DMC,均不能自发进行（需要通过耦合等方式来改变反应途径或重构反应体系，该反应才有可能进行）．此计算将为合成DMC的反府路线设计以及新催化剂体系的探索提供热力学依据。

摘要：采用密度泛函理论(DFT,TDDFT)B3LYP/6-31G(d)和PBE0/6-31G(d)方法对苯乙烯/乙炔为端基,二噻吩(2T)、苯并二噻吩(TPT)和二苯并噻吩(PTP)为共轭桥的12个化合物进行了系统地计算研究.在分别优化中性态与离子态几何构型的基础上,获得了前线轨道能级、电离能(IPs)、电子亲合能(EAs)、重组能(λh/λe)和电子吸收光谱等信息.结果表明,苯乙炔基取代苯乙烯基对LUMO能级影响很小,但HOMO能级明显降低,能级差?E和激发能Ev增大,吸收光谱蓝移10～30 nm,多数苯乙炔基化合物的重组能均有所降低;端基相同共轭桥分别为2T,TPT和PTP时,HOMO能级逐渐降低,LUMO能级逐渐升高,?E和Ev依次增大,吸收光谱依次蓝移30～45 nm.研究结果还表明,TPT共轭桥化合物的重组能较小,且λh与λe相近,有利于载流子传输平衡,提高传输速率.本文设计的苯乙炔基苯并二噻吩(DPATPT)有望成为潜在的传输效率高、抗氧化能力强的载流子传输材料.

摘要：采用密度泛函理论研究氮功能化对蒄类化合物几何构型、电子结构及载流子传输性质的影响.结果表明,引入杂N原子可以线性降低前线轨道能级,增强电子注入能力与空气稳定性,且邻位掺杂较迫位和均匀掺杂调节效果更为显著.其中,十二氮杂蒄(12ac)具有新颖的"碗状"构型和高的电子亲和势(3.45 eV),是潜在的空气稳定电子传输材料构筑单元.理论预测室温下2,6,10-三对甲氧基苯基-3,4,7,8,11,12-六甲氧基三氮杂蒄(3b)晶体的电子迁移率为0.242 cm2/V s,预计是良好的电子传输材料,值得进一步器件化研究.

摘要：采用密度泛函理论预测了6个萘二酰亚胺(NDI)衍生物电子受体分子An(n=1~6)的几何构型、前线轨道特征及吸收光谱,并分别与选定的3个给体分子Dm(m=1~3)组合,构建给-受体(D-A)界面,从单分子尺度评估了不同D-A界面载流子的复合程度.结果表明,引入N、O、S等杂原子可以改变分子间氢键位点及强度,调节D-A界面分子间的距离与位移,以降低界面载流子复合,通过减小光电压损失获得高的开路电压V_(oc);此外,通过计算给体HOMO^D与受体LUMO^A之间的电子耦合V_(if)发现,平面性均较好的D-A分子组合V_(if)较大,界面载流子易于复合,会引起较大的光电压损失,不利于获得高的V_(oc).将平面性好的受体与非平面型给体材料搭配作为有机太阳能电池光活性层有可能获得高的V_(oc).综合考虑ΔE_L、V_(if)、D-A分子的平面性和光吸收效率等因素,认为D3-A5组合有望成为电子迁移率高、可见光和近红外区吸收宽、界面激子能有效分离且不易复合的理想给-受体分子组合对.

摘要：氢能是替代传统燃料的理想清洁能源。电解水析氢由于其环保和低成本的特性而受到广泛关注,然而,阳极析氧反应(OER)的缓慢动力学降低了制氢效率。因此,肼氧化反应(HzOR)以其低的理论电压电位(−0.33 V ***)成为了OER的合理替代方案。本工作中,以三维多孔的石墨烯气凝胶(GA)为导电基底,将Ru^(Ⅲ)-聚乙烯亚胺(Ru^(Ⅲ)-PEI)配合物吸附在GA表面。通过植酸(PA)和PEI之间的氢键相互作用GA进一步吸附PA,形成Ru^(Ⅲ)-PEI-GA-PA复合物。对Ru^(Ⅲ)-PEI-GAPA复合物前驱体进行磷化后,合成了锚定在N掺杂GA上的RuP纳米粒子(RuP/N-GA)。在热解过程中,在GA表面形成了超小的RuP纳米粒子。此外,PEI和PA的分解可以将丰富的N和P杂原子引入GA的结构中。因此,RuP/N-GA复合物具有高效的HzOR性能,在10 mA∙cm^(−2)时的工作电位低至−54 mV。此外,这种低Ru负载的新型RuP/N-GA复合物具有良好的析氢反应(HER)活性,电流密度为10 mA∙cm^(−2)时的HER过电势为−19.6 mV。在各种RuP/N-GA复合物中,RuP/N-GA-900具有最小的HER塔菲尔斜率(37.03 mV∙dec−1),表现出了最快的HER动力学。同时也表明RuP/N-GA-900的HER过程具有与Pt类似的Heyrovsky机制。理论计算结果表明,锚定结构和N杂原子的存在可以促进肼在RuP纳米粒子上的氧化。肼分子吸附在RuP/N-GA上的自由能为−0.68 eV,表明掺杂的N可以调节Ru活性位点的电子结构,有助于增强Ru的HzOR活性。此外,RuP/N-GA复合物对HER和HzOR均表现出优于商业Pt/C的循环稳定性和长期稳定性。基于RuP/N-GA复合物的双功能活性,所构建的双电极肼分解系统在10 mA∙cm^(−2)下表现出41 mV的极低分解电压就可以产氢,实现了低电压下节能制氢的目标。RuP/N-GA复合物优异的电催化活性归因于超小的RuP纳米粒子提供了丰富的Ru活性位点。此外,GA骨架中N的掺杂与RuP纳米颗粒之间的协同效应有助于提高RuP/N-GA复合物的活性。三维多孔的N-GA加速了电荷转移和传质过程,并且N-GA和RuP纳米粒子之间的相互作用增强了RuP纳米粒子对HER和HzOR的电催化活性。这项工作提出了一种HzOR辅助制氢的双功能电催化剂,并为通过吸附-磷化法设计和合成先进电催化剂提供了新思路。