催化表面物理化学的模型体系研究

催化表面物理化学主要是研究多相催化反应体系催化剂的表面结构-催化性能关系和催化反应机理从而获得原子分子水平上的理解,为催化剂的改进和设计提供指导.真实催化剂的结构复杂性和不均一性使得无法明确关联其结构和催化性能,因此构筑结构均一的模型催化剂体系是进行催化表面物理化学研究的常用方法.本文介绍了本研究组在催化表面物理化学模型体系研究中的研究理念,综述了近5年来取得的研究进展.我们将模型催化剂的概念从传统的基于单晶/单晶薄膜的模型催化剂拓展到基于纳米晶的模型催化剂,由简单到复杂,在不同层次构筑模型催化剂,开展催化表面物理化学研究.这种研究理念有可能实现在原子分子水平理解真实催化反应条件下的催化剂结构-催化性能关系和催化反应机理.

氧负离子自由基与乙烯反应机理的计算研究

在G3MP2B3理论水平下研究了氧负离子自由基(O-)与乙烯(C2H4)的反应机理.计算结果表明,O-与C2H4经碰撞快速复合形成离子诱导偶极络合物中间体,然后经历异构化、解离生成各种产物,分别对应分子离子异构解离与复合电子剥离反应通道.通过比较各个反应途径上势垒的相对高度,发现主要产物通道为复合电子剥离通道,相应的中性产物主要为c-C2H4O;而分子离子解离通道的通道分支比较小,其中生成水反应通道相应的阴离子产物主要是CH2=C-.当前的计算证实了以往实验观察的结论.

金催化作用的结构敏感性（英文）

金催化是纳米催化的代表性体系,金催化作用表现出复杂的结构敏感性。这篇综述总结了金催化作用研究的文献结果和我们利用从单晶到纳米晶的模型催化剂研究金催化作用的进展。展示了NO分解,CO氧化,丙烯在氢气和氧气气氛中环氧化等反应中金催化作用的结构敏感性和金催化剂的活性结构,讨论了金纳米粒子几何结构和电子结构、金纳米粒子–氧化物载体相互作用对金催化作用的影响和金表面低温高催化活性的来源,并展望了金催化作用结构敏感性的未来研究方向。

高分子研究中的一个知识问题——柔性链“从线团到小球”的构象变化

一条大分子链由许多小分子通过共价键连接而成.正是这一"连接"导致了大分子一些独特的物理性质及相关问题.本文希望阐明的就是这样一个小分子物理中没有的知识问题:小分子在溶剂中仅有溶或不溶2个状态;而自60年代起,理论学家们就预言一条柔性大分子链在溶解的状态下,其构象随着溶剂性质变差可以从无规线团蜷缩成一个单链小球.为了证明这一构象变化,实验学家们从70年代末起进行了大量的研究,直至90年代初期仍未观察到稳定的单链蜷缩小球.实验上这一长期悬而未解的问题困惑着众多研究者.甚至有理论学家在1993年报道,当今的样品制备和实验手段无法观察到一个热力学稳定的单链蜷缩小球.中国钱人元先生和一些其他研究者自80年代末期也开始关注与单链有关的问题.我们实验室从1993年开始另辟蹊径,通过制备和采用窄分布的热敏性水溶性高分子超长链,终于在1995年利用激光光散射首次观察到理论上预测的"线团到小球"的构象变化.随后,又揭示了变化过程中存在着一个全新的"融化球"构象以及在单链蜷缩小球中并无理论上预计的额外链互穿和打结.从得到的稳定单链蜷缩小球出发,我们又首次在实验上研究了"小球到线团"的过程,意外地观察到其在准理想状态附近滞后于"线团到小球"的构象变化,并证明该滞后可归于链蜷缩过程中形成的额外链内氢键.最后,借用红外纳秒脉冲激光加热的方法研究了"线团到小球"的蜷缩动力学,并发现其包含了在单个高分子链上"成核"和"粗化"先后2个过程.其中,"成核"过程与链长无关.经过近20年的努力,我们终于基本解决了这一近代高分子物理研究中与知识有关的重要问题,揭示了与其相关的一些大分子特有的物理性质.

氧负离子与乙烯自由基反应的理论研究

在G3MP2B3理论水平下研究了氧负离子与乙烯自由基的反应机理.反应入口势能面的刚性扫描显示:对于不同的初始反应取向,体系存在3种不同的反应机理,分别对应直接脱水、插入反应和直接键合成中间体通道.其中,通过插入反应形成的富能中间体[CH2=C—OH]-及键合中间体[CH2=CHO]-都可以进一步经异构化和解离生成其它各种可能产物,如C2H-+H2O,OH-+CH2C和CH3-+CO产物通道.基于计算得到的反应势垒的相对高度,直接脱水反应显然是该反应体系最主要的产物通道,同时我们还结合Mulliken电荷布居分析研究了其中涉及的电子交换过程.由此,计算结果证实了以往OH-与C2H2反应的实验研究结果.此外,还对比了该反应体系、氧原子与乙烯自由基、氧负离子与乙烯分子三个反应的不同机理.