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关键词： 溶解机理   分子动力学   Material Studio   优化设计  

摘要： 在超临界CO2染色生产过程中,溶解度与色谱深度作为染料的两个重要指标,通常染料色谱越深,染料的溶解度越低,针对溶解度与色谱深度间的矛盾,为了设计出一种能同时满足色谱深度与溶解度的染料分子,本课题做了以下方面的研究工作:1、为了明确分散染料在超临界CO2中的溶解机理,本文首先借助分子动力学对染料溶解过程中分子的运动轨迹进行研究,分析了体系中各分子间的相互作用,并利用Material Studio模拟了分散染料在超临界CO2中的溶解过程,最终得到了溶解度的微观内聚能表示,并通过动力学模拟实验发现了染料在超临界CO2中溶解的微观影响因素,改变溶解过程中染料分子平面间的夹角可实现染料溶解度控制。2、为了明确染料分子结构与颜色之间的关系,本文探讨分析了母体分子结构上不同取代基个数、取代位置对染料颜色的影响,建立了染料分子结构与颜色的微观模型,并验证了该模型的准确性。3、为了满足色谱深度、溶解度的要求,本文在蒽醌型母体分子结构的基础上探讨分析了不同的羟基个数与取代位置对其溶解度的影响,建立染料溶解度最大为目标函数,色谱深度大于设计值为约束条件的超临界CO2染料分子结构最优化模型,并利用组合最优化算法得到了最优目标下的羟基最佳取代个数与取代位置,设计了一种蒽醌型染料分子结构,最后验证了最优化方法的可行性,为今后染料分子结构优化设计提供了另一种有效的参考方法及思路。本文的研究成果,对深入了解分析分散染料在超临界CO2中的溶解机理提供了相应的帮助,为染料分子结构的优化设计提供有效参考,对提高染料设计效率、染料在超临界CO2中的溶解度及产品的染色质量均具有重要意义。

关键词： 有机染料分子   太阳能电池   第一性原理   光电性能   敏化  

摘要： 在全球倡导可持续发展和绿色发展的大背景下,设计制造出能充分利用太阳能资源的组件就显得更为重要了。染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSSCs)作为第3代光伏技术之一,其在解决环境问题、民生问题等方面都展现出了自己独特的优势,有望成为既环保且普通民众都能用得起的低成本的高效率太阳能电池。DSSCs装置主要包括半导体氧化纳米多孔膜、染料敏化剂、电解质、对电极和透明导电玻璃等5个组件。其中,染料敏化剂分子在光吸收、电荷分离以及电子注入等过程中起着关键作用,而这些过程对DSSCs的性能有着决定性的影响。因此,设计优化出具有更优异光电性能的染料敏化剂分子是提高DSSCs转换效率的一个重要途径。本文基于密度泛函理论(Density functional theory,DFT)和含时密度泛函理论(Time-dependent density functional theory,TD-DFT)系统研究了一系列纯有机染料敏化剂分子以及其和二氧化钛复合物在真空和溶液状态下的光电性能。通过研究其分子结构、激发态性质(吸收谱)、电子转移和注入,非线性光学性质以及相关的光电参数等来预测染料分子的性能表现。解释了不同染料分子性能差异背后的物理原因。并根据上述研究结果,设计出一系列新的纯有机染料分子并且综合分析了其作为DSSCs的染料光敏化剂的应用潜力。本研究对进一步提高染料光敏化剂的光电性能以及探索染料分子的结构-性能关系有一定指导意义。相关研究内容如下:(1)二氢吲哚咔唑基有机染料分子光伏性能研究研究了 5种具有不同π桥的二氢吲哚咔唑类有机染料,sk201、sk202和DMZ1～3。其中,sk201和sk202是实验上最近合成的染料分子,它们的电子给体和受体分别是通过C-C单键和噻吩基团连接,而DMZ1～3是对π桥上的噻吩基团进行了微修饰后得到的3个新染料分子。通过对以上5个分子的平面结构、吸收光谱、前线分子轨道以及它们的能级差的研究,进一步揭示了不同π桥对染料性能的影响。结果表明相比于sk201分子,噻吩单元作为π桥时,sk202分子拥有相对更好的整体平面性,光吸收更强,更小的带隙以及更好的分子内电荷转移(ICT)能力,有利于提高DSSCs的光电效率。此外,桥连噻吩使得DMZ1具有更好的整体平面性、最小能隙以及最强的吸收光谱。最后,DSSCs的光电参数计算结果也表明sk202分子拥有比sk201分子更大的光电转效率且DMZ1的光捕获效率(LHE)得到了进一步提高,有利于提高DSSCs的短路电流(Jsc)。(2)二硫吡咯基有机染料分子光伏性能研究研究了 9种以二硫吡咯为π桥的有机染料分子,H1、H2以及YX1～7。其中,H1和H2分子是实验上最近合成的分子,它们的电子受体分别为苯甲酸和苯并噻二唑-苯甲酸,而YX1～7分子分别是对上述电子受体重新改性后而得到的7个新分子。首先,通过对H1和H2分子的吸收光谱、态密度、染料分子激发的Chole&Cele图、空穴和电子转移的各个参数、各个片段对染料分子的电子和空穴贡献的热图、前线分子轨道以及它们的能级差的分析,进一步从微观揭示了两个染料分子性能的差异。研究结果表明,H2分子因为苯并噻二唑的引入使得其LUMO轨道组成发生了较大变化,LUMO能级降低,能系减小,光吸收增强,且H2分子受光激发后的激发态类型为分子内电荷转移激发(H1分子的激发态类型为局域激发),电荷离域能力增强,电子大部分都转移到了受体部位,这些都有利于提高DSSCs的性能。同时,DSSCs的光电参数分析结果也表明H2分子拥有比H1分子更好的光电转换效率。此外,综合研究了 YX1～7分子的性能,研究结果表明YX4和YX7分子拥有更强的光吸收性能以及更好的电子转移能力,且光电参数分析结果表明YX4和YX7分子因为较高的LHE和较大的基态染料分子垂直偶极矩(μnormal)使得其理论上会拥有更高的光电转换效率。

关键词： 降解塑料   塑料成型   成型加工   北京工商大学   材料加工工程   重点实验室   科技进步奖   实验室能力  

摘要： “环境友好高分子材料创新团队”,是以塑料可持续、绿色发展为主要研究方向,主要研究塑料对人体卫生、健康、安全及环境的可能存在安全性的问题,研究塑料低碳绿色成型加工共性技术,解决有关人体健康、环境安全性质量控制所需的检测共性技术问题,建立标准及其关键评价技术。团队完善了我国降解塑料标准体系,实验室能力获得中美德多国机构授权,是塑料产业绿色发展、降解塑料规模化应用主要驱动者之一。团队2015年获批北京工商大学特色科研团队,所在的高分材料与工程专业2008年获评北京市特色专业、2019年获批教育部国家一流专业建设点,材料加工工程二级学科2008年获批北京市重点建设学科,“产学研相结合人才培养模式”曾获北京市教育教学成果2等奖,有较好的专业教育基础。2016年,所在实验室分别获批塑料卫生与安全质量评价技术北京市重点实验室和中国轻工业绿色塑料成型与质量评价重点实验室。团队负责人翁云宣教授兼任中国塑协降解塑料专委会秘书长,获农业农村部农牧渔业丰收奖1项,国家质检总局标准创新贡献奖2项,中国轻工业联合会科技进步奖3项,制定国家标准25项,SCI收录论文58篇(一作或通讯40篇),著作2部。

关键词： 晶体结构   配合物   藏红T   催化降解   速率常数  

摘要： 采用水热法,用4,4′-二(1-咪唑基)苯硫醚(BIDPT)和均苯三甲酸(H3btc)与Co(NO3)2·6H2O反应,合成了一个基于三核钴单元的一维链配合物{[Co3(BIDPT)4(btc)2(H2O)2]·H2O}n(1)。X单晶射线分析表明,配合物是为单斜晶系,Pc空间群,分子质量Mr=4264.21(8),a=1.0193(3)nm,b=1.7830(5)nm,c=2.3646(6)nm,β=102.45°,V=4.1962(2)nm3,Z=2,Dc=2.300 g/cm3,F(000)=2814,S=1.042,R1=0.0560,wR2=0.1842(I>2σ(I))。配合物1中,质子化的均苯三甲酸链接Co(1)和Co(3)形成了两条一维链。而这两条一维链与Co(2)和BIDPT构成的“8”字构型相连,形成了另外一条一维链。配合物中存在C-H…π堆积作用使一维链连接形成二维超分子结构。另外对配合物红外、元素分析、热稳定性以进行了测试。研究了配合物1对藏红T的催化降解性能,在氙灯照射和H2O2存在的条件下,配合物1对藏红T具有较好的光催化降解作用。

关键词： 漆酶   染料脱色   介体   毕赤酵母  

摘要： 为研究漆酶在染料废水处理方面的潜力,选用毕赤酵母表达的担子菌Moniliophthora roreri来源的漆酶Mrl2,与小分子介体(1-羟基苯并三唑、藜芦醇、对香豆酸、N-羟基邻苯二甲酰亚胺)协同,用于对5类不同结构和类型的染料(偶氮类、三苯甲烷类、蒽醌类、靛蓝类、吩噻嗪类)的脱色效果研究。结果表明:在小分子介体1-羟基苯并三唑(HOBT)的帮助下,漆酶对属于偶氮类、三苯甲烷类、蒽醌类、靛蓝类的9种染料脱色率均能达到95%以上;对结构更复杂的杂环吩噻嗪类染料天青I的脱色效率均较低,在最佳介体对香豆酸辅助下可达40%的脱色率。进一步对天青I染料脱色体系优化发现,在pH为6.0、对香豆酸浓度为2 mmol·L^−1、漆酶浓度为125 U·L^−1时,Mrl2对天青I的脱色率可达到81%。以上结果表明该重组漆酶在染料废水处理和环境保护等方面具有较好的应用价值和前景。

关键词： DNA G-四链体   菁染料   巯基蛋白   半胱氨酸   紫外光谱  

摘要： 半胱氨酸是生物体中起着重要作用的还原性氨基酸,其在体内的含量变化可能会诱发机体发生多种病变,因此高选择性、高灵敏度和低成本的半胱氨酸检测技术具有重要意义。本文利用富含鸟嘌呤的DNA链序列在钾、钠等金属离子诱导下形成对汞离子产生特殊响应的二级结构以及菁染料能够对DNA结构进行识别,并由此引起其超分子聚集形式的改变,致使其紫外和可见光谱性质随之变化,通过以Hg^2+调控G-四链体与菁染料(ETC)组建传感器,实现对溶液体系中半胱氨酸高选择性检测。

关键词： 降解塑料   成型加工   实验室能力   环境安全性   创新团队   人体健康   共性技术   规模化应用  

摘要： “环境友好高分子材料创新团队”,是以塑料可持续、绿色发展为主要研究方向,主要研究塑料对人体卫生、健康、安全及环境的可能存在安全性的问题,研究塑料低碳绿色成型加工共性技术,解决有关人体健康、环境安全性质量控制所需的检测共性技术问题,建立标准及其关键评价技术。团队完善了我国降解塑料标准体系,实验室能力获得中美德多国机构授权,是塑料产业绿色发展、降解塑料规模化应用主要驱动者之一。

关键词： 降解塑料   成型加工   北京工商大学   材料加工工程   实验室能力   环境安全性   创新团队   北京市重点  

摘要： “环境友好高分子材料创新团队”,是以塑料可持续、绿色发展为主要研究方向,主要研究塑料对人体卫生、健康、安全及环境的可能存在安全性的问题,研究塑料低碳绿色成型加工共性技术,解决有关人体健康、环境安全性质量控制所需的检测共性技术问题,建立标准及其关键评价技术。团队完善了我国降解塑料标准体系,实验室能力获得中美德多国机构授权,是塑料产业绿色发展、降解塑料规模化应用主要驱动者之一。团队2015年获批北京工商大学特色科研团队,所在的高分材料与工程专业2008年获评北京市特色专业、2019年获批教育部国家一流专业建设点,材料加工工程二级学科2008年获批北京市重点建设学科,“产学研相结合人才培养模式”曾获北京市教育教学成果2等奖,有较好的专业教育基础。

关键词： 反应性染料   电荷   亲和力   上染率   棉  

摘要： 分别以3-氨基-N,N-二乙基苯胺和H酸为染料偶合组分,自制5只具有不同电荷数量和反应基团的反应性染料,并将其应用于棉纤维染色,探究在不同无机盐用量、碱剂用量、染色温度以及保温时间条件下,染料结构中反应基团、染料母体等对染料在棉纤维上染色性能的影响。结果表明,含有双活性基的反应性染料在棉纤维上具有更高的反应性,随着染料结构中阴离子水溶性基团数目的增多,染料对盐用量的依赖性增大且染料对纤维的亲和力降低。染料在棉纤维上的耐日晒牢度有待提高,对比染料D-1,以H酸为母体的染料染色织物表现出较好的耐摩擦色牢度和耐水洗色牢度。

关键词： 降解塑料   成型加工   实验室能力   环境安全性   创新团队   人体健康   共性技术   规模化应用  

摘要： “环境友好高分子材料创新团队”,是以塑料可持续、绿色发展为主要研究方向,主要研究塑料对人体卫生、健康、安全及环境的可能存在安全性的问题,研究塑料低碳绿色成型加工共性技术,解决有关人体健康、环境安全性质量控制所需的检测共性技术问题,建立标准及其关键评价技术。团队完善了我国降解塑料标准体系,实验室能力获得中美德多国机构授权,是塑料产业绿色发展、降解塑料规模化应用主要驱动者之一。