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物理化学学报
中国化学会
物理化学学报

中国化学会

唐有祺

月刊

1000-6818

whxb@pku.edu.cn

010-62751724

100871

北京大学化学楼W206

物理化学学报/Journal Acta Physico-Chimica SinicaCSCD北大核心CSTPCDSCI
查看更多>>本刊刊载物理化学领域基础和应用研究类文章，面向化学专业高年级大学生、研究生和从事物理化学领域研究的科研人员。以促进学术交流和发展为已任，力图为物理化学领域的工作者提供一个交流的精神园地。
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    活性位点电子密度变化对光催化CO2活化和选择转化的影响

    曹玥晗郭瑞马敏智黄泽皑...
    1-2页
    查看更多>>摘要：光催化二氧化碳(CO2)还原制液体燃料和高值化学品技术不仅能充分利用可再生能源太阳光,实现化学储能;更重要的是,此技术以温室气体CO2为原料,因此可以减缓全球温室效应,构造人工碳循环.然而,光催化CO2还原制液体燃料和高值化学品反应过程中面临诸多挑战:(1)CO2分子吸附和活化过程困难;(2)(高附加值)碳产物选择性低;(3)产物生成后易发生其他副反应导致催化剂失活或产物选择性下降.受到以上三个挑战的制约,目前的反应效率较低,难以满足工业化应用.由于光催化CO2向高值化学品的转化过程为质子耦合光生电子参与的还原反应,因此活性位点的电子密度会显著影响以上挑战的解决.然而,光催化CO2还原过程涉及众多基元步骤,每个基元步骤对于活性位点的电子密度要求并不清晰,这导致无法有针对性设计高效的催化剂来促进光催化CO2分子的有效活化及高选择性转化.本文综述了近期活性位点的电子密度变化对于CO2分子吸附和活化过程、碳产物选择性调控和产物脱附及过氧化的影响规律,并总结了调控活性位点上电子密度的方法,旨在对未来设计高效光催化剂提供参考和理论依据.

    光催化二氧化碳还原高附加值化学品电子密度调控活性位点产物选择性

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    光镊捕获和操控尺度极限的进展

    霍春安邱圣杰梁青满耿碧君...
    3-19页
    查看更多>>摘要：光镊技术能够实现对介观乃至微观颗粒的稳定捕获和灵活操控,是对微纳物体和单个分子施加力并观测其响应的理想操控手段.受限于光的衍射极限,传统光镊难以实现对100 nm以下物体的捕获和操控.研究者们通过开发特殊的材料和结构,将它们与传统光镊技术结合,不断突破其在小尺度物体的捕获和操控极限.本文主要综述了近年来光镊的不同技术路线在突破捕获操控极限的研究进展,以及其在物理化学领域中的应用,并对其发展和应用进行展望.

    光镊单分子捕获尺寸微尺度操控等离激元固液界面

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    硅纳米结构阵列:光热CO2催化的新兴平台

    张城城吴之怡沈家辉何乐...
    20-21页
    查看更多>>摘要：人口的快速增长和高能源需求产业造成了严重的环境问题.太阳能等替代性的清洁能源对于缓解能源危机和温室效应至关重要.光催化是一种很有前途的方法,但它在转化率、效率和规模化方面存在局限性.光热催化则结合了光化学和光热效应,是在温和条件下有效催化化学反应的新概念.近年来,与传统的光热催化剂相比,硅纳米结构阵列在光热CO2还原反应中表现出独特的催化性能优势.作为一种平台,它表现出优异的光收集能力、高比表面积以及多样化的材料复合选择.本文综述了光热催化CO2转化的概念和原理,硅纳米结构阵列的功能,以及利用硅纳米结构阵列在光热催化CO2转化方面的最新进展,最终将为高性能纳米结构阵列光热CO2催化剂的发展方向提供指导.

    光热催化硅纳米结构阵列CO2转化太阳能燃料

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    联用多步骤虚拟筛选方法发现具有新母核的GABAA受体正性变构调节剂

    孔维恺忻廉靖靖彭超朱杰...
    22-23页
    查看更多>>摘要：GABAA受体主要介导哺乳动物中枢神经系统的抑制性信号传递,是镇静催眠药的关键靶点.在寻找具有新母核的镇静催眠药的过程中,计算机辅助药物设计(CADD)方法显示出巨大的优势.在这项研究中,首先,我们通过机器学习模型、分子对接模型和分子力学广义玻恩比表面积(MMGBSA)方法筛选了来自于商业数据库中的41112种化合物.经过筛选,我们得到了16个化合物,然后我们通过全细胞膜片钳电生理学实验验证了4个结构新颖的化合物确实为有效的GABAA受体正性变构调节剂.其中,化合物GPR120在细胞水平和动物水平都得到了实验验证.在重组表达α1β2γ2型受体的皮层神经元中,在10和50 µmol∙L-1浓度下,GPR120可将GABA EC3-10电流分别增强71.5%和163.8%.通过全分解贡献分析和点突变实验,我们发现GPR120与GABAA受体结合的关键位点是H102,与阳性药物地西泮相似.为了进一步验证GPR120在动物水平上的功能,我们进行了运动活动测试和翻正反射消失(LORR)实验.GPR120对小鼠的运动活动有抑制作用,6 h后可恢复,说明GPR120是一种中度镇静剂.在戊巴比妥钠(PB)诱导的翻正反射消失实验中,与生理盐水组相比,GPR120(20 mg∙kg-1)可显著缩短开始LORR的时间并延长LORR的持续时间.综上所述,通过联用多种虚拟筛选方法,我们发现了GPR120是一种具有新型母核的中度强度镇静剂.

    机器学习离子通道分子对接虚拟筛选GABAA受体

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    理论研究Cu@C2N催化剂表面上水分子对电催化CO2还原反应机理的影响

    徐涵煜宋雪旦张青于畅...
    24-25页
    查看更多>>摘要：电催化CO2还原反应(CO2RR)的反应途径涉及多个质子-电子对转移,在水溶剂条件下,质子的来源是水分子,考虑水分子对质子-电子对的转移机制十分必要.本研究提出水辅助氢穿梭模型,与常用的以氢原子作为氢源的直接加氢模型对比,研究水分子在CO2RR中对质子-电子对转移的影响.采用密度泛函理论,系统地研究了铜原子嵌入C2N单层催化剂(Cu@C2N)和石墨烯作为衬底的Cu@C2N/石墨烯复合催化剂(Cu@C2N/G)表面上不同加氢模型的CO2RR反应机理.在水辅助氢穿梭模型中,氢原子与水分子结合形成水合质子,水合质子将自身的氢原子转移到催化剂表面的反应物上形成反应中间体,增强了中间体与催化剂之间的相互作用.此外,在Cu@C2N/G催化剂中,石墨烯将电子转移到表面的Cu@C2N上,提高了催化剂的CO2RR催化活性.进一步,计算了Cu@C2N和Cu@C2N/G催化剂上CO2RR和析氢反应的极限电位,讨论催化剂的活性和选择性.结果表明CO2在低电位下容易生成HCOOH,施加高电位时可以生成CO、CH3OH和CH4并伴随着H2的生成.

    CO2还原反应电催化氮掺杂石墨烯水辅助氢穿梭反应机理密度泛函理论

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    WO3-TiO2负载的Pt单原子催化剂光热协同催化丙烷和丙烯氧化

    朱锐杰康磊磊李林潘晓丽...
    26-27页
    查看更多>>摘要：单原子催化剂(single-atom catalyst,SAC)可以最大化金属原子利用率,并具有独特的电子特性,已经在各种催化反应中进行了广泛的探索.然而,与纳米催化剂相比,贵金属SAC在烃类氧化反应中通常被认为是不活泼的.在本文中,证明了WO3-TiO2负载的Pt SAC(Pt1/WO3-TiO2)在光热协同催化氧化C3H8和C3H6这两种典型的挥发性有机化合物(VOCs)中表现出比相应的纳米催化剂(PtNP/WO3-TiO2)高得多的活性.研究发现,Pt1/WO3-TiO2和PtNP/WO3-TiO2都可以通过克服氧中毒来提高光热协同催化C3H8氧化的活性.值得注意的是,Pt1/WO3-TiO2的反应速率达到了3792 µmol∙gPt-1∙s-1,这对C3H8氧化是一个新的突破.更有趣的是,由于C3H6在PtNP/WO3-TiO2上的强吸附导致催化剂C3H6中毒,因此PtNP/WO3-TiO2上的光热协同催化C3H6氧化无法进行.但是,得益于C3H6和Pt单原子之间适中的相互作用,Pt1/WO3-TiO2上的C3H6中毒在光照下可以被克服.因此,Pt1/WO3-TiO2在光热协同催化C3H6氧化中显示出更高的活性.这项工作表明,SAC的优势不仅在于节约贵金属,还在于可以根据其独特的电子特性发现新的催化反应.

    单原子催化剂光热协同催化氧化反应氧中毒丙烯中毒

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    微波辅助合成促进铬酸铋晶体的光生电荷分离

    张珹博陶晓萍蒋文超郭俊雪...
    28-29页
    查看更多>>摘要：为了将可再生太阳能转化为化学物质,探索具有宽光谱响应的光催化剂用于光催化分解水越来越受到人们的关注.作为铋基层状金属氧化物的一员,铬酸铋(Bi2CrO6)的带隙约为1.9 eV,在利用大范围太阳光谱方面具有潜力.然而,Bi2CrO6较差的电荷分离性能限制了其在光催化中的应用.本文采用微波辅助水热合成方法制备了具有规则形貌的Bi2CrO6晶体,该晶体具有结晶度高、形貌均匀的优点.与传统制备方法相比,微波辐照实现了体系的快速加热,极大地加速了成核和生长的化学反应,从而在几分钟内形成了Bi2CrO6晶体.微波辅助合成的Bi2CrO6晶体在光催化和光电化学测试中表现出更好的光生电荷分离以及水氧化活性.此外实验中观察到光生电子和空穴在Bi2CrO6晶体的不同晶面之间发生空间分离,通过进一步在不同晶面上光沉积选择性负载还原和氧化助催化剂,显著增强了光催化活性.这项工作为制备高效太阳能转换的半导体光催化剂提供了一种可行的解决方案.

    微波合成铬酸铋半导体光催化水氧化

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    有机-有机界面效应的原位及非原位研究

    冀连连王现鹏张莹莹申学礼...
    30-31页
    查看更多>>摘要：有机-有机异质结构已被广泛应用于各种有机电子器件,包括有机发光二极管(OLEDs)、有机场效应晶体管(OFETs)和有机太阳能电池等.全面理解有机-有机异质结构的界面效应,对于器件的设计和性能优化具有重要意义.然而由于有机半导体具有多样的化学特性以及分子间较弱的范德华力,界面电荷传输特性与有机-有机电子结构、环境气氛等密切相关.在此,我们报道了随着顶层半导体并五苯(pentacene)的沉积,并五苯/酞菁氧钒(VOPc)异质结构的原位实时电学性能监测.结果显示,异质结构晶体管的p型迁移率从0.4 cm2∙V-1∙s-1下降至0.2 cm2∙V-1∙s-1,而n型迁移率从0.01 cm2∙V-1∙s-1迅速增加至约0.9 cm2∙V-1∙s-1.这种n型输运行为的增强归因于pentacene向VOPc的界面电子转移效应以及由此导致的VOPc层中陷阱态的填充.此外,非原位实验对比表明,当晶体管制备过程暴露于大气时会明显抑制这种界面电荷转移效应,导致沉积pentacene后n型输运几乎没有得到改善.薄膜形态、开尔文探针力显微镜(KPFM)和X射线光电子能谱(XPS)的结果表明,界面处存在从pentacene到VOPc的电子转移.进一步的密度泛函理论(DFT)计算表明,由于pentacene/VOPc之间较强的相互作用,pentacene往VOPc的电荷转移量约为0.15 e.此外,O2/H2O的存在会抑制这种界面电荷转移效应,这与我们的实验结果一致.本研究通过原位电学表征对有机-有机界面之间的电荷转移效应给出了深入解释,有利于进一步的器件性能优化及界面效应分析.

    有机-有机异质结构原位表征电荷转移效应有机场效应晶体管O2/H2O掺杂

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    BaTiO3基超薄层BME MLCC的可靠性机理

    朱超琼蔡子明冯培忠张伟晨...
    32-41页
    查看更多>>摘要：多层陶瓷电容器(Multilayer ceramic capacitors,MLCC)作为市场占有率最高的无源电子元器件,是基础电子元件产业中需要突破关键技术的重点产品之一,在汽车电子、5G通讯、电网调频、航空航天等领域有广泛的应用.在小型化、薄层化发展趋势下,MLCC的介质层厚度不断降低,单层介质在相同电压下的电场显著增大,尤其是中高压超薄层MLCC.因此,MLCC的可靠性愈发成为一项关键的产品质量指标.本文结合加速老化测试、高温阻抗谱、漏电流测试,系统研究超薄层MLCC的劣化机理,揭示抑制氧空位的迁移与富集是保证超薄层MLCC可靠性的重中之重.为此,应减小介质层内部的氧空位浓度,增大其迁移所需的激活能,提高界面肖特基势垒,从而提升超薄层MLCC的可靠性.本文的研究成果为超薄层MLCC介质材料的设计提供了有力指导.

    钛酸钡多层陶瓷电容器可靠性加速老化氧空位

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    金属-有机骨架衍生的Ni-CNT/ZnIn2S4异质结用于光催化产氢及其电荷转移途径的确定

    赖可溱李丰彦李宁高旸钦...
    42-43页
    查看更多>>摘要：氢气是缓解环境污染和能源短缺的零污染绿色能源,利用太阳能诱导半导体裂解水制氢是最环保的方法之一.本文以MOFs衍生的Ni-CNT(Ni修饰的碳纳米管)作为非贵金属助催化剂,通过简单的油浴法原位生长ZnIn2S4纳米片合成了Ni-CNT/ZnIn2S4.在Ni-CNT/ZnIn2S4中,Ni纳米颗粒包裹在CNT的顶部和横截面上,有效地阻止了Ni纳米颗粒的团聚.Ni-CNT/ZnIn2S4异质结构具有紧密的接触界面,有利于电荷转移,可作为高效的析氢光催化剂.38Ni-CNT/ZnIn2S4样品具有最佳的产氢性能(12267 µmol·h-1·g-1),约为纯ZnIn2S4的6.4倍,且在420 nm单色光下其表观量子效率达到11.3%.X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)结果证实了Ni-CNT/ZnIn2S4异质结构的存在.电化学测试表明,Ni-CNT与ZnIn2S4的结合促进了光生电荷的转移,有效地阻止了光生载流子的快速复合,从而增强了ZnIn2S4的析氢性能.电子自旋共振(ESR)结果进一步证明了Ni-CNT助催化剂的存在延长了ZnIn2S4光生电荷的寿命,促进了光生电荷和空穴的分离效率.通过密度泛函理论计算探索并确定了异质结界面中的电荷转移途径.Ni、CNT和ZnIn2S4费米能级的差异导致界面处电荷发生迁移从而形成内嵌电场,ZnIn2S4的能带向下弯曲,促进光生电子从ZnIn2S4流向Ni-CNT电子受体.平面平均电子密度差结果证实了热电子从Ni转移至CNT再转移至ZnIn2S4,表明光生电子转移途径为ZnIn2S4 → CNT → Ni.此外,吸附H*吉布斯自由能(ΔGH*)和晶体轨道哈密顿布居(COHP)结果表明Ni纳米颗粒可作为析氢反应的活性位点,促进了产氢效率.本工作将为开发低成本、高效的非贵金属光催化制氢催化剂提供新的策略.

    Ni-CNT光催化析氢ZnIn2S4助催化剂

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