摘要：利用太阳能驱动的半导体光催化技术将H_(2)O和O_(2)转化为H_(2)O_(2),是传统蒽醌工艺的可持续替代方案之一.在光催化O_(2)还原生产H_(2)O_(2)的过程中,主要涉及到O_(2)的还原和H_(2)O的氧化两个半反应.然而,单一的窄带隙半导体往往难以满足整体反应的热力学电位要求.为了克服这一挑战,研究人员借鉴自然光合作用的原理,提出了构建Z型异质结体系的策略.这种体系不仅能有效促进电荷的分离,从而增强光催化效率,而且能保留光生电荷较强的氧化还原能力,这对于H_(2)O_(2)的光合成至关重要.此外,O_(2)的活化对于H_(2)O_(2)光合成同样重要.然而,目前在构建Z型异质结时,对于Z型异质结的两组分自身电荷传输方向的匹配性鲜有关注.因此,构建具有电荷定向传输的Z型异质结,并精准负载O_(2)活化位点,对于提高H_(2)O_(2)的光合成效率和稳定性具有重要意义.本文以苝-3,4,9,10-四羧酸二酐(PTCDA)为前驱体,在水解的过程中,引入预制备的钒酸铋量子点(BQD),原位构建BQD/PTA Z型异质结.然后,通过低温辅助光还原策略将纳米Au精确修饰在苝四甲酸(PTA)上,制得具有定向电荷传输的BQD/PTA-Au Z型异质结.形貌表征结果表明,PTA的形态为平均厚度为3.5 nm的不规则纳米片,其表面均匀负载了直径约为7 nm的BQD纳米颗粒,而超小的Au纳米粒子(直径约为5 nm)则负载在PTA纳米片的边缘.优化后的BQD/PTA-Au异质结光催化H_(2)O_(2)产率为218.6μmol g^(-1)h^(-1),约为PTA纳米片的6.4倍;此外,在405 nm波长下,该异质结的表观量子产率为PTA的4.8倍.在模拟太阳光条件下,BQD/PTA-Au异质结的太阳能到化学能转换效率(SCC)为0.47%;且在连续5次的循环实验中表现出良好的稳定性.光物理和光化学测试结果表明,BQD/PTA Z型异质结的构建显著促进了PTA的电荷分离,Au修饰后复合体的电荷分离进一步增强.扫描开尔文探针(SKP)测试结果表明,BQD和PTA的能带结构满足Z型电荷传输路径,电子顺磁共振和原位X射线光电子能谱分析结果表明,所构建的Z型异质结由于电荷传输方向匹配,显著促进·O_(2)-自由基的形成;而后续的Au修饰则能够定向接受来自PTA的光生电子.旋转圆盘电极测试结果表明,BQD/PTA-Au的平均电子转移数最接近2,说明其遵循两电子氧还原反应(ORR)路径.结合物种捕获实验推测,·O_(2)-自由基是BQD/PTA-Au异质结光合成H_(2)O_(2)的主要活性物种.原位漫反射红外光谱测试证实,纳米Au修饰可进一步提高O_(2)在催化剂表面吸附,并加速两电子的O_(2)还原反应.综上,本文围绕着具有各向异性电荷迁移的PTA,设计构建了电荷定向迁移的Z型异质结体系,实现了高效的H_(2)O_(2)光合成,为高效Z型异质结体系设计构建提供了新思路.

摘要：发光寿命是光化学的重要概念,也是体现发光材料性质的一项重要参数。尽管发光材料在人类生产生活、军事及航空航天领域有广泛的应用,但是普通大众对于“发光寿命有长有短”这一科学概念并没有清晰的认识。本项目以生活中的光为切入点,以发光寿命在人眼可识别范围内(>100 ms)的长余辉材料作为展示媒介。通过探究三聚氰胺与苯二甲酸在水介质中的自组装,设计并合成了一类寿命长、亮度高的有机长余辉材料,因其合成方法简单、原料便宜易得、实验现象明显且重现性高,非常适合作为科普主题;同时在日常生活中探寻发光现象,创新设计趣味动画、“光绘涂鸦”等新型科普模式,寓教于乐、寓教于做,点燃人们探究化学世界的热情;借助Bilibili、抖音等网络平台广泛宣传,拓宽化学知识的普及范围。针对具有不同年龄和知识结构对象群体的特点和需求,科普内容设立了多个独立互动模块,“量体裁衣”,力求获得“覆盖面广、接受度高”的效果,让发光寿命真正贴近生活、走向大众。

摘要：功函可调硼烯基电极材料可有效提升载流子的迁移效率,因此对于最大化器件的能量转换效率及性能至关重要.基于第一性原理密度泛函理论,研究了碱(土)金属吸附双层α-硼烯(M/DBBP;M=Li~Cs;Be~Ba)纳米复合材料的几何、稳定性、电子结构和功函随M电离能(IP)的变化规律.结果表明,所研究的10个M/DBBP体系均是热、动力学稳定的.M/DBBP体系的M—B键长、结合能、吸附原子与DBBP之间的电子转移和功函均与吸附原子IP呈(近)线性关系.由于Li和Be的尺寸非常小,其大幅增加的M—B成键区域导致Li/DBBP和Be/DBBP的结合能偏离了与其吸附原子IP之间的线性关系.由于Ca/DBBP中层间区域形成了独特的多中心键,使得Ca/DBBP的层间相互作用强度显著高于其余9个体系.M/DBBP保持了金属性,碱(土)金属原子与DBBP之间的成键方式均为离子键.此外,吸附原子向基体转移的电荷数和诱导偶极矩均随吸附原子IP的减小而增加,是碱(土)金属/DBBP功函降低的主要原因.本研究揭示了M/DBBP复合体的几何、稳定性、电子结构和功函的变化规律,为深入认识上述科学问题,以及实验上设计功函可调的硼烯基电极材料提供理论依据.

摘要：目前,有机电致磷光材料亟待解决的一个核心科学问题是如何获得高能隙与双极载流子注入/传输能力兼备的主体材料。现已报道的主体材料可分为小分子主体材料、树枝状主体材料和聚合物主体材料。树枝状化合物可实现主客体一体化修饰,具有热稳定性高、载流子传输能力优异和可通过旋涂等溶液加工方式制备器件等优点,但其合成难度相对较大。同时,受限于现有的溶液加工技术,其器件效率仍有进一步提升的空间。聚合物主体材料结构易于修饰,因而易于进行功能性扩展。但其化合物成分的单分散性较弱,因受聚合物分子量分布的影响,器件性能的重现性和稳定性有待进一步提升。就小分子主体材料而言,虽然其化学结构明确、易提纯。但是,小的共轭体系往往功能相对单一,难以体现"多功能合一"的分子设计思想。相对而言,大共轭型小分子主体材料一方面可以通过合理地组合多功能基团对分子的光电性质进行有目的的细致调节,另一方面可通过恰当的连接方式来抑制共轭扩展和分子内电子相互作用所导致的激发态能量损失,从而获得光电性质明确可调的高性能主体材料体系。本文对近年来大共轭型电致磷光主体材料的研究进展进行了简单的梳理,对分子的设计思想和材料的构效关系进行了讨论,为今后本领域的研究提供借鉴和参考。

摘要：近年来,手性稀土螺旋体由于在手性探针和传感器方面的潜在应用而受到极大关注。然而,在螺旋稀土配合物自组装过程中,由于稀土离子缺少固定的配位几何和多变的配位数,因此控制其立体选择性是一项具有挑战性的任务。本文利用手性辅配体成功诱导了一个非手性三足配体(TTEA),获得了一对具有单一手性的三足螺旋稀土配合物[Yb (TTEA)((R/S)-BINAPO);R/S-1]{(R/S)-BINAPO=(R/S)-2,2'-双(二苯基膦)-1,1'-联萘; TTEA=三[(4-4,4,4-三氟-1,3-二氧代丁基)-苯甲酰]乙基胺}。外消旋螺旋体rac-1的X-射线单晶衍射测试分析表明,BINAPO的手性在自组装过程中被转移到非手性的TTEA中,并因此诱导产生了具有P或M螺旋结构的多足体。圆二色性测量确定了配合物在溶液中的非对映体纯度,并证明了R/S-1为一对对映体。此外,光物理测试表明,螺旋体显示高的发光量子产率(Φ=0. 29%)。该研究结果为设计纯手性螺旋镧系元素超分子结构和合成近红外发光材料提供了可行的策略。

摘要：固体碱催化剂具有易分离、可循环使用、对设备无腐蚀、可使反应工艺过程连续化等优点。它被认为是催化酯交换反应制备可再生能源生物柴油的一种优异催化剂。本实验是在科研成果的基础上创新设计了一个综合实验。通过浸渍法制备了KF/La2O2CO3固体碱催化剂;利用X射线衍射测定了其物相,使用CO2程序升温脱附技术测定了催化剂的表面碱性;并以三丁酸甘油酯与甲醇进行酯交换反应作为模型反应,考查其催化活性。

摘要：根据一流本科专业建设“双万计划”的要求,通过物理化学实验教学模式的改革,以学生为主导,调动学生的学习积极性,更新实验教学手段,强化操作技能,注重网络应用水平的培养。充分地发挥学生在实验中的主动性和独立性,强化了实践环节,提高了学生的创新思维,有效地培养学生化学实验能力。

摘要：近年来,苯甲酸基稀土有机配合物受到越来越多的关注。苯甲酸基配体具有良好的光吸收性能和与稀土离子的强配位能力,作为共轭有机配体与具有独特发射性的稀土离子结合可构成光致发光性能优异的配合物材料。诸多因素都会影响苯甲酸基稀土有机配合物的光致发光性能,其中有机配体的选择、中心金属离子和有机配体在配合物分子结构中的构型有着至关重要的影响。综述了近年来苯甲酸基稀土有机配合物在光致发光领域的研究进展,从该类配合物中有机配体的选择、结构设计以及光致发光性能等方面进行归纳总结,为今后该领域的研究提供借鉴和参考。

摘要：根据材料化学实验及学科发展的新特点和新规律,切实开展对材料结构表征的系列虚拟仿真实验教学的探索和改革,通过对课程内容及学生综合能力评估体系的合理设计,充分开拓学生思路,深化学生对材料化学研究的认识,培养学生的分析问题能力、逻辑思维能力,加强对材料化学所学知识的巩固,激发学习材料化学前沿科研课题的积极性,提高院校办学水平和人才培养质量,促进材料化学专业国家级一流本科“双万”专业建设和发展。