基于萤火虫烯醇式氧化荧光素的一系列衍生物的结构和光学性质

通过密度泛函理论(DFT)MPW3PBE泛函,对甲基、甲氧基、氰基、氟原子、氨基、硝基取代的萤火虫生物发光底物烯醇式氧化荧光素进行了全优化。计算了他们的电离能(IP)、电子亲和势(EA)、空穴抽取能(HEP)、电子抽取能(EEP)、空穴和电子重组能(λ),评估了它们的空穴和电子传输能力。用含时密度泛函理论(TDDFT)MPW3PBE/6-31+G(d)方法计算了吸收光谱,优化了最低单重态S1,最终研究了它们的荧光光谱。理论计算结果表明,E-CN是具有双重功能的OLEDs材料的优良候选者,即可同时作为电子传输层和发光层材料。E-NO2、E-F和E-OCH3可以作为电子传输材料。而E-NH2可作为空穴传输材料。     

钴盐阴离子基团对Co-N-C催化剂电催化活性的影响

采用化学氧化法在苯胺聚合过程中分别加入钴(Co)为Co2+而阴离子基团为(C2H3O2)22-、Cl22-、(NO3)22-、SO42-及C2O42-的乙酸钴、氯化钴、硝酸钴、硫酸钴、草酸钴等钴盐,合成出不同聚苯胺-钴(PANI-Co)配位聚合物。然后将PANI-Co聚合物作为前驱体在N2气氛中900℃热处理,制备出氮掺杂的Co-N-C碳基催化剂。采用SEM、XRD、XPS、Raman等手段分析Co-N-C催化剂的形貌、结构、化学组成及化学价态,并采用电化学方法测试了Co-N-C催化剂的电催化活性。结果表明,Co盐的阴离子基团对Co-N-C催化剂的形貌影响不大,但对Co-N-C催化剂中表面化学组成及含量、碳结构、石墨化程度以及Co的价态影响较大,并且Co盐的阴离子基团会影响Co-N-C催化剂的电催化活性,其氧还原(ORR)活性按照(C2H3O2)22-Cl22-(NO3)22-SO42-C2O42-顺序降低。含(C2H3O2)22-和Cl22-阴离子的钴盐制备的Co-N-C催化剂具有较高的ORR活性,这可能源于其较高含量的石墨氮和吡啶氮。     

含1,3,4-噻二唑环聚合物的合成及应用研究进展

含1,3,4-噻二唑环聚合物作为一类新型功能性的芳香杂环聚合物,由于其独特的储能性能、电催化活性、富电子特性而备受关注。近20年来对于含1,3,4-噻二唑环聚合物的研究从未间断,主要集中在材料的电化学合成和结构表征及其在可充电锂电池正极材料、生物化学传感器、临床诊断和药理学等领域的应用。电化学合成的方法有利于制备厚度可控的自支撑膜和对电极进行修饰,缺陷是造成电解液污染、成本高以及不适合规模化生产。研究者们尝试使用化学氧化聚合的方法来合成含1,3,4-噻二唑环聚合物,但除了2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑聚合物可通过此方法成功合成外,主要得到的是一些配合物或配位聚合物。采用绿色的规模化的制备工艺来合成含1,3,4-噻二唑环聚合物是大势所趋。含1,3,4-噻二唑环聚合物的结构表征由于受到溶解性的限制,表征手段主要为X射线光电子能谱和红外(拉曼)光谱。2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑聚合物由于具有高能量密度和高比容量而在二次锂电池正极材料的应用方面受到研究者们的青睐,但存在着充放电缓慢和电容量衰减快等缺陷。基于含1,3,4-噻二唑环聚合物修饰电极构建的传感器可高灵敏且高选择性地探测许多生物相关分子,但电极的稳定性有待改善。在所有的1,3,4-噻二唑环聚合物中,聚2-氨基-1,3,4-噻二唑(PAT)、聚5-氨基-1,3,4-噻二唑-2-硫醇或5-氨基-2-巯基-1,3,4-噻二唑(PAMT)以及聚2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑(PBT)已通过电化学方法合成;PBT也在绿色的合成条件下采用化学氧化合成法合成得到,为其他1,3,4-噻二唑环聚合物的合成提供了借鉴,本课题组也通过化学氧化聚合法制备了PAT、PAMT和聚2-巯基-1,3,4-噻二唑(PTT)三类聚合物。目前,PBT作为二次锂电池正极材料研究得最多,其理论比容量高达362mAh/g,研究者们将PBT与聚吡咯、聚苯胺或水溶性磺化石墨烯等导电聚合物制成复合电极,进一步提高比容量和电极的稳定性并且加速充放电过程。基于含1,3,4-噻二唑环聚合物修饰电极构建的传感器在探测天然产物有效成分的含量、人和哺乳动物血液和体液或药品注射液中药物或代谢产物的含量、中药材或食品中的农药残留量以及水溶液中的重金属离子含量等方面取得了丰硕的成果;而将1,3,4-噻二唑环聚合物与全氟磺酸粘合剂、多壁碳纳米管复合可减少聚合物流失,从而起到增强电极稳定性和延长使用寿命的作用。本文归纳了1,3,4-噻二唑环聚合物研究进展,分别对1,3,4-噻二唑环聚合物的合成、结构表征途径及其应用等进行了介绍,分析了1,3,4-噻二唑环聚合物的研究中面临的问题并展望了其应用前景,以期为1,3,4-噻二唑环聚合物的制备工艺和功能拓展提供参考。     

光照条件下亚甲基蓝改性的MWCNTs负载纳米Au对甲醇的电催化

将紫外光照射条件下亚甲基蓝功能化的多壁碳纳米管(f1-MWCNTs)作为Au纳米粒子的载体,Au纳米粒子通过光化学还原法制备获得后,负载于f1-MWCNTs表面。傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR)表明,f1-MWCNTs表面存在C—N基团和N—H基团,为Au纳米粒子的负载提供了活性位点。透射电镜(TEM)和X射线衍射谱(XRD)表明,Au纳米粒子粒径约4.5nm左右,具有面心立方晶体结构,Au纳米粒子在f1-MWCNTs表面分散性良好。电化学实验结果表明,光照条件下改性碳纳米管所制备的催化剂(Au/f1-MWCNTs)对甲醇具有优异的催化性能,其质量电流密度是未经光照改性的碳纳米管负载Au纳米粒子催化剂(Au/f0-MWCNTs)的1.56倍。     

在硫基功能化碳纳米管上组装壳层厚度可控的Au@Pt核壳纳米粒子以获得高的甲醇电催化氧化活性

本工作致力于研究核壳结构Au@Pt 纳米粒子(Au@Pt NPs)在多壁碳纳米管(MWCNTs)上的组装,试图获得高的甲醇电催化氧化活性。利用光化学晶种生长法合成了Au@Pt NPs,并通过改变Au与Pt的原子比来控制壳层(Pt层)的厚度,然后将不同壳层厚度的Au@Pt NPs组装到巯基(-SH)功能化的MWCNTs上,获得了一系列Au@Pt/MWCNTs复合物。应用透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)研究了Au@Pt NPs和Au@Pt/MWCNTs复合物的形貌结构、表面化学组成和化学价态,并结合电化学方法研究了Au@Pt NPs的Pt壳层厚度对其组装效果的影响,以及测试了Au@Pt/MWCNTs催化剂对甲醇的电催化氧化的活性。结果表明,Au@Pt NPs通过其表面的Au或Pt与MWCNTs上的-SH形成共价键,从而实现Au@Pt NPs在MWCNTs上的组装。Pt壳层厚度对Au@Pt NPs在MWCNTs上组装的影响较大:当Pt壳层没有完全包裹Au核时,Au@Pt NPs表面暴露的Au促进了Au@Pt NPs在MWCNTs上的组装;而当Pt壳层完全包裹Au核时,Au@Pt NPs表面呈氧化态的Pt(Ⅱ)则对核壳纳米粒子的组装不利。Au、Pt原子比例为1∶1时,Au@Pt NPs能均匀地组装在MWCNTs上,且Au@Pt/MWCNTs(1∶1)催化剂对甲醇的电催化氧化具有较高的活性和稳定性。