人類社會面臨的能源問題日益嚴峻,對清潔高效可再生能源的開發(fā)利用愈來愈受關注,其中光解水產(chǎn)氫技術以其全面充分的優(yōu)越性尤其具有發(fā)展?jié)摿ΑＨ欢实某钢鈬乐刂萍s了相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,這使得工藝優(yōu)化和產(chǎn)能提高具有重要的現(xiàn)實意義。既有的光解水研究成果表明,提高電子空穴分離效率和優(yōu)化氧化反應路徑是提高產(chǎn)出效率的兩個重要方面。本論文以手性構象作為關鍵工具緊密圍繞二者展開設計,首先合成和表征了花瓣狀鈷基助催化劑,以促進光解水反應中電子空穴更加高效的分離,將催化活性提高了約24倍;隨后對此助催化劑表面進行內(nèi)緣性的手性修飾以期控制等效陽極氧化反應發(fā)生的路徑,通過催化效率的對比驗證了被引入電子轉(zhuǎn)移路徑的手性結(jié)構可發(fā)揮自旋篩的作用并影響反應產(chǎn)率;最后基于對反應產(chǎn)率具有決定作用的助催化劑的基本特征,探索了手性誘導的電子自旋選擇（CISS）理論對二維MOF材料的普適性,初步明確了相關介質(zhì)的導電性質(zhì)對外磁場具有響應。旨在通過開發(fā)導電性能良好的助催化劑以及控制等效電解池陽極反應路徑,將光解水技術的產(chǎn)業(yè)化與電子自旋極化理論的發(fā)展結(jié)合起來,提出一種兼具實踐參考價值的研究設計思路。 

【文章來源】：上海交通大學上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

RonNaaman等發(fā)現(xiàn)手性結(jié)構對電子自旋選擇的實驗設計[31]

上海交通大學碩士學位論文4內(nèi)稟性質(zhì)，手性介質(zhì)在無強自旋軌道耦合甚至低電導率的情況下依然具備對電子自旋的選擇[18]。然而學界對于Gutierrez理論推演的適應性——以及手性構象對自旋選擇的獨立作用——在2013年才達成肯定的共識，促成這一進展的是Mishra等人以非金基底吸附非雙鏈DNA手性結(jié)構作為電流通路得到的實驗觀察[32]。Mishra等人將除具有確定手性外各種性質(zhì)均與雙鏈DNA迥異的細菌視紫紅質(zhì)（Bacteriorhodopsin,bR）以物理吸附的方式附著于幾不存在自旋軌道耦合的鋁或鎳基底表面，利用外磁場歸攏經(jīng)過此結(jié)構參與導電的電子自旋，以受到紫外光源照射時光電子形成電流的強度表征結(jié)構對電子自旋的選擇；實驗設計及結(jié)果數(shù)據(jù)見圖1-2所示。實驗中由莫特偏振計確定的自旋極化率約為15%，外磁場方向翻轉(zhuǎn)時結(jié)構由CV曲線反映的電阻亦存在顯著差異。圖1-2由附著于鋁/鎳基底的細菌視紫紅質(zhì)確定的手性對電子自旋的選擇作用[31]a)實驗設計原理圖；b)紫外光偏振方向?qū)怆娮幼孕龢O化的影響；c)實驗涉及的氧化還原反應路徑；d)以純鎳/附著了細菌視紫紅質(zhì)的鎳基底作為工作電極取得的電流-電壓曲線Fig.1-2IdentificationoftheRoleChiralityPlaysinSpinSelectivitya)SchematicoftheBacteriorhodopsin-basedDesignforExclusionofSuspiciousFactors;b)SpinPolarizationobtainedwithdifferent-orientatedPolarizedUVLaserApplied;c)MechanismoftheRedoxOccurringintheExperiments;d)CVCurveswitheitherBareNickelorbacteriorhodopsin-adsorbedNickelFilmastheWE

上海交通大學碩士學位論文51.3研究CISS效應的常用方法除以上介紹的發(fā)現(xiàn)CISS效應與確定手性在自旋選擇中的作用的實驗設計外，時至今日亦有許多結(jié)合了各種技術手段的對電子自旋極化的表征方法見諸報導，其中微電子機械系統(tǒng)、導電原子力顯微鏡、電化學指針、熒光反應等的應用最為常見及典型。1.3.1微電子機械系統(tǒng)2013年，K.SenthilKumar等人設計并制作了一套監(jiān)測通過手性寡肽的電子自旋極化情況的高靈敏微電子機械裝置，以施加不同方向磁場時電路中一特定段落的電壓（差別）為指針[39]。其裝置設計如圖1-3所示，結(jié)構由染料分子附著在自組裝于銀薄膜的手性DNA分子的自由端形成。此銀薄膜是經(jīng)蒸鍍沉積在連接了鎳基底的氧化鋁薄層上的，基底電位確定的情況下銀薄膜與基底間的電壓反映了銀薄膜及與其相接的DNA端電位。圖1-3應用微電子機械系統(tǒng)表征DNA鏈對電子自旋的選擇作用[31]a)原理圖；b)連接部分的SEM圖像；c)磁場翻轉(zhuǎn)時的電壓變化與電流密度的關系；d)DNA鏈長對自旋極化率的影響Fig.1-3ApplicationofMEMSfortheCharacterizationofSpinSelectivityofDNAOligomera)Schematic;b)SEMImageoftheJointPart;c)DifferenceofVoltagewithOpposite-orientedMagneticFieldAppliedvsDensityofCurrent;d)SpinPolarizationbyDNAOligomersofVaryingLengths


本文編號：3556502