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关键词： 活性染料   纤维素   同色性   拼色   染色性能  

摘要： 纤维素纤维由于来源丰富、性能优良、绿色环保,依然是最广泛、最实用的织物原材料,在日常生活中,人们对服饰的风格功能要求多种多样,对单一纤维的织物而言,风格和性能都有某些缺陷,因此选用多种纤维素为原料的织物越来越多,用多种纤维素纤维进行交织混纺的织物可以优势互补,但混纺织物中各纤维的聚集态结构不同,造成了混纺织物纤维间在染色性能上的差异。目前纤维素纤维的染色主要是活性染料,同时为了满足市场颜色多样化的需求,常常需要用几种染料相互拼色才能实现,在实际染色过程中发现活性染料对工艺有很强的依赖性,工艺条件稍微变化一点,就容易造成前后染色样之间的色差,即使使用同一配方所染织物色泽亦难一致,所以对混纺织物同色性及活性染料拼色性能的研究就显得尤为重要。本文主要工作如下:(1)首先研究染料及纤维的结构,对染料进行母体结构种类的剖析,对棉、麻、粘胶及天丝纤维进行结构测试。结果表明:活性红3BE、活性蓝BF、活性黄3RE均为偶氮类染料,活性艳蓝RV为蒽醌类染料,活性翠蓝G为酞菁类染料;棉、麻、粘胶及天丝纤维的结晶度大小顺序为:麻>天丝>棉>粘胶,比表面积大小顺序为:天丝>粘胶>棉>麻,孔径大小顺序为:粘胶>麻>棉>天丝,溶胀度大小顺序为:粘胶>天丝>棉>麻。(2)在相同条件下分别对棉、麻、粘胶、天丝纤维进行染色,研究纤维素纤维结构对活性染料染色性能的影响。结果表明:在同一条件下使用活性红3BE分别对棉、麻、粘胶、天丝纤维染色,其他条件不变,单独改变盐用量或者碱用量时,初染速率、上染百分率和固色率均为粘胶>天丝>棉>麻;其他条件不变,染料用量减小时,加碱后可能造成粘胶和天丝纤维上染率及固色率的下降。在相同条件分别使用活性红3BE、活性艳蓝RV和活性翠蓝G三种不同母体结构类型的染料对棉、麻、粘胶、天丝四种纤维染色时,活性红3BE、活性艳蓝RV染色的S值大小顺序均为粘胶>天丝>棉>麻,活性翠蓝染色的S值大小顺序为天丝>棉>粘胶>麻,活性红、活性艳蓝染粘胶纤维时的E值、F值均最大,染麻纤维时的E值、F值均最小。(3)通过对棉、麻、粘胶及天丝纤维分别双组份同浴染色,探讨纤维素混纺交织物一浴法染色同色性问题。结果表明:使用活性红3BE在相同条件下分别对双组份纤维同浴染色,仅增大盐用量或者染料用量时,棉与麻纤维的色差变小,同色性变好,天丝与棉、天丝与粘胶、天丝与麻、棉与粘胶、麻与粘胶同浴染色的同色性变差;在相同条件下分别使用活性红3BE、活性艳蓝RV和活性翠蓝G对双组份纤维同浴染色,在活性红及活性翠蓝染色时,天丝与棉、棉与麻纤维表现出较好的同色性,棉与麻纤维、麻与粘胶纤维同浴染色时仅在活性翠蓝染色时有较好的同色性,说明纤维素纤维同浴染色时要想达到较好的同色性需要对染料进行拣选。(4)通过单一活性染料及拼色染料对棉织物染色的对比,讨论染料结构对拼色性能的影响。结果表明:偶氮类的活性蓝BF与活性红3BE或者活性黄3RE拼色时,由于母体结构相似,配伍性能较好;蒽醌类的活性艳蓝RV分别与偶氮类的活性红3BE、活性黄3RE拼色时,由于偶氮染料结构不同对拼色的影响不同;酞菁类的活性翠蓝G分别与偶氮类的活性红3BE、活性黄3RE拼色会因染料不同产生较大的影响。

关键词： 聚乙烯基咪唑   凝胶复合膜   染料   吸附   快速分离  

摘要： 染料废水的排放对动植物的生存带来很大威胁,因此,染料废水的脱色问题刻不容缓。本文通过原位交联和季铵化交联的方式,快速简单地制备了聚乙烯基咪唑(PVI)凝胶复合多孔膜用作水中染料的快速过滤吸附分离。全文具体研究内容和主要结论如下:本文提出了 PVI和过硫酸铵(APS)形成凝胶的机理,即PVI和APS形成氧化还原体系产生自由基引发PVI交联。这一现象的发现将增加PVI的用途。以APS为交联剂,通过原位交联的方式将PVI凝胶引入到微滤膜上。经过一系列性能优化后,PVI凝胶在底膜上的负载量为9.7%,等电点为8.3。利用其在酸性条件下荷正电的特性,改性膜不仅可以用来处理阴离子染料废水,还能分离阴阳离子染料。当渗透通量提升至500L/m2·h,其对日落黄染料分子的吸附量保持79mg/g不发生改变(脱除效率高于99%)。这比同等吸附量下纳滤膜和超滤膜的通量大得多。此外,改性膜具有优良的酸碱稳定性,解吸附率高达100%。为进一步增强PVI凝胶的荷电强度,增加其在底膜上的负载量,从而提高其通量和吸附量。我们使用季铵化交联PVI的方式,将PVI固定在膜上。性能优化后,PVI凝胶的负载量提高到28.9%,等电点提高到10.8。当渗透通量提升至1000 L/rrm2?h,其对SY染料分子的吸附量为197mg/g。同样地,PVI凝胶在强酸强碱条件下都能与底膜稳定结合。吸附剂与膜过程结合所制备的凝胶复合膜在高通量下依旧能保持对染料优异的吸附性能。这为染料废水中染料的脱除和回收利用提供了新的功能材料。

关键词： 非晶纳米晶合金   脱合金化   纳米多孔结构   偶氮染料   降解  

摘要： 印染工业中偶氮染料的大量排放,导致水资源污染严重。在现有的方法中,零价铁材料降解偶氮染料因为成本低廉、资源丰富、无毒而被广泛利用。但是目前使用的一些零价铁材料易腐蚀会导致其降解速率快速衰退,而限制了零价铁的应用。因此本课题的目的是对零价铁材料进行改性,通过脱合金化制备纳米多孔结构材料,提高比表面积,进而提高其降解速率。据此,本文具体开展了以下工作:(1)采用单铜辊甩带法得到Fe76Si9B10P5非晶合金条带,并通过不同温度(773 K,793 K,813 K和833 K)热处理得到铁基非晶纳米晶条带。在室温298 K下,将不同温度热处理后得到的铁基非晶纳米晶条带在0.05 M H2SO4溶液中进行脱合金化,时间为1 h。研究发现经过脱合金化,样品表面形成了均匀一致的多孔结构,孔径随着热处理温度的上升而增大。(2)研究了脱合金化过程中溶液浓度及脱合金化时间对多孔结构微观形貌的影响,将773 K热处理过后的条带,浸泡在不同浓度的H2SO4溶液中,脱合金的时间为10-60 min,发现随着浓度的上升,得到多孔结构所需的时间越短;随着时间的增加,孔的数最越多。通过SEM观察其微观形貌,并对脱合金化机理进行了探索。(3)研究了多孔粉对偶氮染料的降解行为,并与铁粉和铁基非晶粉进行了对比,紫外可见吸收光谱分析的结果表明,在相同的降解条件下,多孔粉对直接蓝和甲基橙溶液的降解效率优于铁粉和铁基非晶粉。(4)进一步探索了多孔粉降解偶氮染料过程中的降解动力学,探讨多孔粉在降解过程中的褪色机理。

关键词： 葫芦[n]脲   阴、阳离子染料   主客体包合   吸附与絮凝  

摘要： 印染工业高速发展为我国带来巨大经济效益、满足人们对纺织品各方面的需求的同时也对环境造成了严重破坏,产生了大量高盐、高碱、高色度、难处理的印染废水,不仅大大降低水体的利用价值,也会严重影响水生生物的生存,导致生态系统稳定性遭受破坏,开发新的工艺或产品处理印染废水是当下的研究热点。前期本课题组选择葫芦脲作为吸附剂,研究了葫芦脲对印染废水中阴离子染料的吸附性能并证明了其高效吸附性,本研究根据前期研究基础,以阴、阳离子染料为研究对象,对比研究葫芦[n]脲固体的吸附性能及葫芦[n]脲饱和溶液的絮凝过程,具体研究选择葫芦[8]脲、葫芦[6]脲固体分别对阴离子染料酸性蓝25和阳离子染料碱性蓝3进行吸附,对其吸附条件、吸附行为及机理进行研究;研究葫芦[8]脲、葫芦[6]脲饱和溶液对阴离子染料酸性蓝25和阳离子染料碱性蓝3的絮凝工艺。通过研究染料浓度、染液pH值、反应温度、金属离子及反应平衡时间等影响因素,探究葫芦[n]脲固体吸附酸性蓝25和碱性蓝3的工艺条件,研究表明,葫芦[8]脲、葫芦[6]脲固体对阴离子染料酸性蓝25和阳离子染料碱性蓝3均有良好的吸附效果;吸附行为理论模型分析结果表明,葫芦[8]脲、葫芦[6]脲分别吸附酸性蓝25、碱性蓝3染料均符合Sips吸附等温模型,动力学均符合准二级动力学模型,表明化学吸附过程的存在,葫芦[8]脲、葫芦[6]脲对酸性蓝3染料的吸附均为自发的放热反应,温度升高不利于吸附反应,而葫芦[8]脲、葫芦[6]脲对碱性蓝3染料的吸附则均表现为自发的吸热反应,过程伴随熵增过程,温度升高有利于吸附反应;对絮凝过程的研究,以钠盐浓度、染料浓度及反应温度为变量分别研究葫芦[8]脲、葫芦[6]脲饱和溶液对酸性蓝25、碱性蓝3染料的絮凝工艺,研究发现葫芦[8]脲、葫芦[6]脲对酸性蓝25和碱性蓝3染料的絮凝均效果良好;通过热重和红外表征证实吸附过程中主客体包合作用和化学吸附过程的发生。

关键词： 升华转移印花   分散染料   聚乙烯醇   瓜尔胶   颜料  

摘要： 本文针对国产热升华转移印花纸存在油墨干燥速率慢、打印精度差、容易卷边以及保存性差等问题,研究热转印纸表面涂层中胶粘剂、颜料的种类及其用量对升华转印纸的质量的影响,并将其用于涤纶分散染料升华转移印花,结合轮廓清晰度、K/S、转移率、色牢度等指标,优化转印纸的制备及其转印工艺,获得表面平整,不卷边,打印精度高,油墨干燥速率快的热转印纸以及转移率高、高得色量、轮廓清晰度好、色牢度好的印花织物。首先,以聚乙烯醇(PVA)以及改性瓜尔胶作为胶粘剂,改变颜料的种类,通过观察热转印纸的表面形态,以轮廓清晰度、油墨干燥速率以及印花织物K/S和转移率为评价指标,探讨不同颜料对涤纶分散染料升华转移印花用转印纸质量及性能的影响。结果如下:使用滑石粉作为颜料制备的热升华转印纸表面最光滑且轮廓清晰度最好,但印花织物表观色深及转移率最低;使用纳米二氧化硅制备的热升华转印纸的油墨吸收速率以及转印后织物的表观得色量和转移率均最好。整体来看,使用372nm的纳米二氧化硅制备的热转印纸的质量以及在转印过程中各项性能均较为优异。其次,分别以聚乙烯醇1788型(PVA1788)、聚乙烯醇1799型(PVA1799)、聚乙烯醇224型(PVA224)、聚乙烯醇2499型(PVA2499)为表面涂层胶粘剂制备热转印纸,研究PVA用量、转印纸表面涂层厚度以及颜料纳米二氧化硅的用量对涤纶分散染料转移印花织物的K/S、轮廓清晰度和转移率的影响。并对印花工艺中的转印温度、时间进行探讨。结果表明:醇解度较低的PVA1788和PVA224适合用于热转印纸表面涂层,较佳涂层配方及转印工艺如下:PVA含量为6%的PVA224,纳米Si O2用量为0.8%,转印温度为220℃,转印时间为70s;含量为8%的PVA1788,纳米Si O2用量为0.8%,转印温度为220℃,转印时间定为50s,转印压力均为0.5MPa。当选用此两种配方制备的转印纸进行转印时,涤纶印花织物均可获得较高的表观色深和转移率,各项色牢度均可达到5级,且强力损失小。最后,以改性瓜尔胶为胶粘剂,研究瓜尔胶、尿素和纳米二氧化硅用量对涤纶分散染料升华转移印花用转印纸质量及性能的影响,考察转印时间和温度对印花效果的影响。结果表明:当瓜尔胶用量为6%,纳米二氧化硅用量为0.3%,转印温度为220℃,时间为40s,压力一定为0.5MPa时,制备的热升华转印纸打印效果最好,打印精度高,油墨干燥速率快,转印后织物能获得较高的表观色深和转移率,色牢度达到4级以上、且强力损失率低,手感较佳。瓜尔胶制备的升华转印纸喷墨后的油墨基本在60s左右完全干燥,而PVA制备的升华转印纸喷墨后油墨在120s左右完全干燥,同时使用瓜尔胶制备的热升华转印纸进行印花,得到的印花织物的表观得色量以及转移率比使用PVA制备的热转印纸印花织物的要高,但色牢度略差。与CMC为胶黏剂制备的转印纸相比,随着存放时间变长,使用瓜尔胶和PVA制备的热升华转印纸的打印精度和转印后织物的K/S下降程度更低。同时以CMC为胶粘剂制备的热转印纸易于卷边,而以PVA和瓜尔胶制备的热转印纸都没有卷边现象。

关键词： 液晶   染料   发射特性   分布反馈模式   回音壁模式  

摘要： 可调谐染料激光器的调谐范围包括紫外、可见到红外区域,而液晶作为自适应柔性材料,具有光学各向异性及对外场高灵敏度响应等特性,二者结合构造的染料掺杂液晶可调谐激光器,具有尺寸小、结构设计灵活、调谐范围宽、光学效率高等特点,因而在光通信、传感器、医学诊断等领域具有广泛的应用前景。随着一系列基于染料掺杂液晶填充的液晶微滴、液晶宽谱光源、物理传感器等相继被研制出来,与其相关的激光发射特性研究方兴未艾。本文研究染料掺杂液晶填充不同微结构光学器件,包括染料掺杂液晶激光器、液晶透镜及液晶宽谱荧光光源等。具体开展了染料掺杂液晶填充液晶盒、毛细管、微滴和空心光纤等微结构的光学器件激光发射特性研究,通过改变特定结构参数和外场条件,采用理论仿真和实验方法,探讨激光发射模式及特性。本课题研究的主要内容包括:在分析现有的染料掺杂液晶激光器的国内外发展现状基础上,设计染料掺杂液晶填充液晶盒激光发射器件,实验研究温度、电压、入射角度等不同条件下的透射谱和发射谱,分析改变外场条件所产生的分布反馈(Distributed feedback,DFB)模式激光的光子带隙调谐特性;并对银纳米颗粒掺杂液晶的激光发射阈值特性进行理论和实验探讨。提出同轴圆盘-圆环电极结构,利用COMSOL软件对电场模拟仿真,优化电极结构,实现该结构所产生的圆对称锥形电场,获得液晶指向矢随电压的变化规律,激光发射波长调谐特性。同时,研究向列相液晶填充新电极结构液晶透镜随电压变化的光学聚焦特性,实现电控液晶透镜焦距大范围调谐。结合毛细管的圆柱形微腔结构和液晶的各向异性,提出利用抽真空方式使毛细管内壁均匀涂覆光控聚酰亚胺(Polyimide,PI)取向膜,制备染料掺杂液晶填充毛细管激光发射器件,研究染料掺杂液晶填充光控PI膜毛细管的激光发射特性。通过改变毛细管内径、填充光控PI膜等条件,研究所形成的回音壁模式(Whispering gallery modes,WGMs)以及相干反馈随机激光(Random lasers,RL)模式,从理论和实验两方面获得温度及电压对激光发射波长调谐特性的影响规律,同时获得低激光发射阈值,大自由光谱范围(Free spectrum range,FSR)的WGMs激光模式。利用偶氮苯光敏剂手性可以改变胆甾相液晶螺距变化的特点,提出利用苯胺-苯酚合成方式,自制偶氮光敏剂,以此制备光敏胆甾相液晶微滴。该微滴球的织构为从中心向外的同心圆,通过改变光敏手性剂的螺旋扭曲力可以使得胆甾相液晶的螺距发生变化,进一步实验及理论研究激光发射波长随微滴密度、紫外光照时间、温度以及电压等外场条件的变化规律,从而获得激光发射波长调谐的方法。提出染料掺杂液晶填充空心光纤和空心光子晶体光纤荧光光源,研究其激光发射特性,获得宽带可调谐荧光光源。实验及理论研究光源的半高宽、光强放大倍数及中心波长的变化特性,研究分析染料掺杂液晶填充两种光纤光源的功率输出及温度调谐特性,获得空心光纤和空心光子晶体光纤中心波长的温度和电压调谐特性规律,提供了一种染料掺杂液晶填充宽带荧光光源的制备及调谐方法。

关键词： 铁基金属玻璃   晶态零价铁   偶氮染料   降解   原电池  

摘要： 本文利用铜辊甩带法—行星球磨法制得非晶态零价铁基（G-ZVI）粉末,利用行星球磨法制备晶态零价铁基（C-ZVI）粉末,并研究其降解甲基橙的效率和降解机理。采用X射线衍射仪（XRD）表征降解前后零价铁样品的结构,场发射扫描电子显微镜（SEM）表征降解前后零价铁样品粉末表面的微观形貌,采用能谱仪（EDS）表征降解前后零价铁样品的元素种类,使用激光粒度仪检测所制得零价铁样品粉末的粒径大小及分布情况,采用XPS表征降解前后零价铁样品的表层元素的化学价态,利用ICP-MS分析了降解后溶液中铁元素析出的量。本文系统探究了样品非晶态Fe0含量,Fe0的结构、类金属种类及含量和溶液环境（pH值和温度）等因素对降解效果的影响,以及零价铁的循环降解效率。研究结果表明,通过铜辊甩带、行星球磨法,可以制得分散性良好且粒径大小可控的非晶态零价铁粉末,其粉末平均粒径可以保持在10-30μm。其粉末表面微观形貌呈褶皱状。其对甲基橙都有很好的降解效果,且降解效率与成分息息相关。其中铁含量最少的Fe70Si10B20 G-ZVI（球磨时间30 h）具有最高的降解效率,一级降解速率常数k=0.062 min-1,半衰期时间t1/2=11.2 min。而铁含量最高的Fe84Si6B10具有最差的降解效率,k=0.025 min-1,t1/2=27.7 min,其降解效率只有Fe70Si10B20的40%。Fe75Si10B15 G-ZVI和Fe78Si9B13 G-ZVI的降解效率则位于中间。降解时在粉末表面会形成花瓣状氧化产物,阻碍降解反应的继续进行。采用球磨法可制备晶态的晶态FeSiB、FeSi和FeB粉末,粒径10-20μm。研究发现,具有相同成分的晶态和非晶态ZVI,具有相近的降解效率。ZVI的降解效率随B含量的提高而提高,Fe43.64B56.36 C-ZVI具有最高的降解效率,50 min可以将甲基橙降解至99%以上,其一级降解速率常数k=0.213 min-1,半衰期时间t1/2=3.3 min。Fe90B10 C-ZVI的k=0.068 min-1,t1/2=10.2 min;Fe70B30 C-ZVI的k=0.134 min-1,t1/2=5.2 min。Si含量对降解的正面影响低于B。Fe70Si30 C-ZVI的降解效率比Fe70B30 C-ZVI低,其k=0.046 min-1,t1/2=15.1 min。Fe43.64B56.36 C-ZVI可以在酸、中性环境里降解甲基橙。随pH值减小,其降解效率升高。当pH值为4和6时,降解的半衰期分别为1分钟和2分钟。Fe43.64B56.36 C-ZVI降解甲基橙的反应活化能为ΔE=19.33 kJ/mol,比很多零价铁要低很多,表明Fe43.64B56.36 C-ZVI拥有更高的降解效果。Fe70Si10B20金属玻璃粉末循环降解甲基橙20次,晶态Fe43.64B56.36零价铁循环16次后,它们的降解率均可以保持在90%左右。表明这两种零价铁均有好的循环降解性能。非晶态零价铁内部原子存在纳米尺度的非均质结构,从而形成富铁原子团簇和贫铁原子团簇,彼此构成原电池结构,促使Fe0快速丢失电子。而含硼晶态零价铁,球磨使得硬度大的硼颗粒嵌入软铁颗粒表面,也可形成构成原电池结构的富铁区与贫铁区。一旦晶态Fe0开始失去电子,由于晶态本身存在的缺陷,致使其失电子速率跟结构疏松的非晶态ZVI相当。所以,实验过程中同成分的晶态零价铁可以与非晶态零价铁的降解效率媲美。本研究为降解含偶氮染料废水提供了一种高效、低成本、可循环利用的商业化方法。

关键词： 多元羧酸   棉织物   Fe3+离子   配合物   光催化   染料降解  

摘要： 本文首先选择了酒石酸、柠檬酸和丁烷四羧酸分别对棉织物进行表面改性反应引入羧基,然后将其与Fe3+离子进行配位反应并得到多元羧酸改性棉织物铁配合物,考察了多元羧酸结构、改性反应条件和配位反应对纤维表面羧基含量和铁配合量的影响,并采用扫描电镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射法(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和热重分析(TG-DSC)等技术对其铁配合物的表面形貌、化学结构和热性能等方面进行了表征。最后将三种多元羧酸改性棉织物铁配合物分别作为非均相光Fenton反应催化剂应用于偶氮染料活性红195的氧化降解反应中,重点研究了催化剂表面铁配合量、H2O2浓度、pH值和辐射光强度等对染料降解反应的影响,并比较了三种多元羧酸改性棉织物铁配合物对染料降解反应的催化作用。此外,还评估了不同多元羧酸改性棉织物及其铁配合物的机械性能及其影响因素。结果表明,在棉织物表面改性反应中多元羧酸浓度和反应温度的提高以及适量磷酸二氢钠作为催化剂都会使改性棉织物表面的羧基含量增加。在相同条件下丁烷四羧酸比其他两种多元羧酸在棉纤维表面引入的羧酸基含量要高。Fe3+离子浓度的增加或反应温度的升高均有利于提高多元羧酸改性棉织物铁配合物表面Fe3+离子的含量。在相同反应条件下,酒石酸改性棉织物更易于与Fe3+离子发生配位反应。三种多元羧酸改性棉织物铁配合物能够均对染料的氧化降解反应具有明显的催化作用,其Fe3+离子配合量的提高和可见光的引入均可显著促进其对染料的光催化降解活性。相同反应条件下,酒石酸改性棉织物铁配合物对活性红195表现出比柠檬酸和丁烷四羧酸改性棉织物铁配合物更好的催化降解性能。多元羧酸改性后的棉织物随着多元羧酸浓度的提高机械性能逐渐降低,当其与Fe3+离子的配位反应后机械强力随着Fe3+离子配合量的增加呈先下降后上升的趋势。在相同的条件下,酒石酸改性棉织物及其铁配合物的机械强力下降最为明显。

关键词： 密度泛函理论   从头算分子动力学模拟   染料敏化太阳能电池   锂离子电池   纳米材料   光电转化效率   结构稳定性  

摘要： 能源是人类生存和社会发展的重要物质基础,未来二十年煤、石油、天然气等化石能源仍将是拉动世界经济的主要能源来源。随着中国经济体量和人口数目的迅猛增长,能源需求逐渐攀升,能源消耗逐年增加,有限的传统能源资源,已经难以满足国民经济的持续发展需求。此外,化石能源消耗所带来的生态环境恶化日益突显,减排二氧化碳等温室气体受到国际社会越来越广泛的关注。发展可再生、无污染的新型替代能源,通常的解决方案有:开发新的能源利用技术,提高化石能源的利用效率;设计并制备新型功能材料,以实现清洁能源和可再生能源的高效利用。本文通过广泛的密度泛函理论计算和动力学模拟,计算设计并表征了几类光功能分子和低维纳米材料体系,讨论了它们的结构、稳定性、光电性质及其在太阳能优化利用与高性能锂离子电池研究领域中的潜在应用。主要研究内容和结果如下:(1)通过理论计算,预测了实验新合成锇杂戊搭烯类化合物分子的电子和光学性质。考虑到锇杂环化合物的电子输运方向、三苯基磷基团的位阻以及其前线轨道的特征,确定了π-spacer桥连的位置,并选取羧基为锚基,构建了一系列D-π-A类的新型锇杂环染料分子。通过对新设计染料分子吸收光谱以及前线轨道能级等计算结果的比较,我们发现,在π-spacer桥连部分引入噻吩或并噻吩结构单元,染料分子在整个可见光区都有强的宽吸收,而且分子的HOMO-LUMO跃迁表现出显著的电荷分离特征。这类新型染料分子具有强的光吸收效率,较大的电子注入驱动力,有可能成为高性能染料敏化太阳能电池的敏化剂。(2)基于硅的四面体成键特征,以Si(C≡C)4为结构单元,我们设计了一种新型的类金刚石单晶半导体。通过从头算动力学模拟和第一性原理计算,系统地研究了该材料的能带结构、吸收光谱、能态密度、电子输运、力学等方面的性质。计算结果表明,由于硅的d轨道与乙炔基的π*轨道间跨空间的共轭相互作用,极大地增加了其光电导性。该材料具有高热稳定性、宽直接带隙、光盲区的紫外光吸收、快电子空穴迁移、低暗电流、超低质量密度、高柔软度等优良特性,可用于一些极端环境条件高性能紫外光探测器和光电器件的设计。(3)通过广泛的密度泛函理论计算,系统地研究了平面四配位硅的成键特征及其稳定化,设计并表征了含平面四配位硅SiC8类石墨烯的二维纳米片。计算结果表明,硅四面体结构的平面化可以显著地降低LUMO和LUMO+1的轨道能量,从而极大地增强了分子储存电子的能力。而且通过捕获四个电子,C12H8Si分子能从四面体构型转变为平面构型。类似地,C12H8Si分子能够很容易结合四个锂原子,得到稳定的含平面四配位硅的C12H8Si-Li4化合物,该分子表现出强的Li原子吸附和相对容易的Li+脱附特性。基于含平面四配位硅的SiC12结构单元,设计了一类新颖的SiC8硅基类石墨烯二维材料。计算表明,该材料具有高热稳定性、高电导性、高理论比容量(1297mAh/g)以及强电子储存能力。预测的Li和Li+在该材料表面迁移的相对能垒显示:Li嵌入和Li+脱出都较为容易。因此,SiC8硅基类石墨烯材料独特的几何结构和电子性质极大地满足了电池负极材料的要求,这也为开发高性能锂离子电池的电极材料提供了一种新的可能。

摘要： 同济大学是中国较早从事高分子材料教学与科研的高等院校之一,其高分子学科的历史可追溯至1959年创建的建筑塑料专业,创始人为阮金望教授,经过多年发展,尤其是近年来引进了不少高端人才