《大连化物所木质纤维素高密度航空生物燃料研究取得新进展》

  • 来源专题:中国科学院亮点监测
  • 编译者: yanyf@mail.las.ac.cn
  • 发布时间:2019-04-06
  • 近日,中国科学院大连化学物理研究所航天催化与新材料研究室研究员李宁、中国科学院院士张涛团队,与大连化物所生物能源研究部研究员路芳团队、天津大学化工学院教授邹吉军团队合作,在长期从事生物质转化研究基础上,首次报道了将纤维素两步法转化为高密度液体燃料。相关工作发表在《焦耳》(Joule)上。

      木质纤维素作为一种可再生碳资源,将其转化为运输用液体燃料对保证我国能源安全和我国的二氧化碳减排均非常重要。在该工作中,科研人员首次报道了一种将不可食用的纤维素转化为高密度航空煤油的方法:首先,采用氢解反应高选择性地将纤维素转化为2,5-己二酮,并通过反应分离的方法,最终获得71.4%的2,5-己二酮分离碳收率;随后,采用一个双床层催化系统通过羟醛缩合-加氢-加氢脱氧反应,将2,5-己二酮转化为具有支链结构的C12和C18的多环烷烃燃料,碳收率为74.6%。该过程获得的多环烷烃具有高密度(0.88g/mL)和低冰点(225K)的特性。在实际应用中,该产物可作为高密度先进航空燃料单独使用;亦可以作为燃料添加剂,提高航空煤油的体积热值。

      上述研究工作得到国家自然科学基金委、中国科学院洁净能源创新研究院合作基金、中国科学院战略性先导科技专项、国家重大研发计划和教育部能源材料化学协同创新中心的资助。

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    • 来源专题:中国科学院亮点监测
    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2019-03-30
    • 近日,中国科学院大连化学物理研究所研究员金玉奇、李刚等与新加坡南洋理工大学教授于霆和复旦大学教授丛春晓合作,在二硫化钨谷极化特性研究方面取得新进展,相关研究成果以内封面文章形式在英国皇家化学学会出版社的Nanoscale Horizons杂志上发表。   利用能谷自由度作为信息载体的谷电子学近年来吸引了科研人员的广泛关注,其在谷电子学器件领域具有潜在应用前景。控制电子在不同能谷中的数量,进而产生谷极化是制成谷电子学器件的先决条件,因此探索具有鲁棒性谷极化特性的材料成为该领域的研究热点。原子层薄的二硫化钨中,导带和价带边缘均具有两个能量简并的谷,是一种实现谷电子学的潜在材料。对于单层二硫化钨,科研人员已掌握其反演非对称性所导致的与能谷相关的光学选择定则;对于具有可调的层间耦合作用的双层二硫化钨,其不但具有稳定的谷极化特性,而且反演对称的双层二硫化钨还具有比单层二硫化钨高的谷极化值。然而,科研人员对于双层二硫化钨中鲁棒性谷极化特性的准确机理的认识仍十分有限,这极大地限制了二硫化钨在谷电子学器件中的应用。   该团队对不同衬底上具有不同层间堆垛结构的双层二硫化钨样品进行了系统的变温圆偏振光致发光光谱研究,并首次报道了间接带隙发光峰强度与谷极化特性的关系。研究表明,声学模对于能谷极化过程起重要作用,这类振动模式在间接带隙跃迁过程中的消耗促成了双层二硫化钨中的显著谷极化特性。该工作中观察到的通过层间距可调的能谷极化特性,阐明了电声耦合在谷间散射过程中的重要作用,进而为未来开发基于二维材料的谷电子学器件具有科学指导意义。   该工作得到中国博士后科学基金面上项目、中国科学院重点实验室创新基金项目和大连化物所优秀博士后基金项目的资助。
  • 《大连化物所纳米晶三线态能量转移动力学研究取得新进展》

    • 来源专题:中国科学院亮点监测
    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2019-03-30
    • 近日,中国科学院大连化学物理研究所光电材料动力学特区研究组研究员吴凯丰团队基于量子限域的CsPbBr3纳米晶与多环芳烃分子构建模型异质结,并结合稳态和飞秒瞬态光谱,揭示了该体系内纳米晶量子限域效应主导的三线态能量转移动力学过程,清晰地展示了转移速率对纳米晶载流子表面概率密度的线性依赖关系。相关成果发表于《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)上。   多环芳烃的三线态敏化在光子上转换和光催化有机合成等领域具有重要应用。光子上转换可减小太阳能转换中的低能光子透过损失,有望使转换效率突破传统的Shockley-Queisser极限。三线态敏化的一般途径为:含重金属的敏化剂分子受光子激发后通过系间窜越产生敏化剂分子的三线态,此三线态再通过能量转移产生多环芳烃的三线态。然而,敏化剂分子的系间窜越会带来较大的能量损失(≥0.5eV),降低上转换过程的有效增益(上转换光子与激发光子的能量差)。近年来,半导体纳米晶作为三线态敏化材料开始受到广泛的关注。与传统的敏化剂分子不同的是,纳米晶具有较弱的电子-空穴交换作用,明态-暗态能量分裂极小(几个meV),所以几乎不存在系间窜越能量损失。因此,纳米晶作为三线态敏化材料可最大化光子上转换过程的有效增益。然而,由于其较大的尺寸和复杂的内部和表面态电子结构,从纳米晶到多环芳烃的三线态能量转移机理可能不同于传统的敏化剂分子,到目前为止文献中都缺乏深入系统的研究。比如,最近的研究大多采用荧光量子产率很低的半导体纳米晶(如CdSe和PbS等)作为敏化材料,且将能量转移速率的影响因素笼统地归因于纳米晶尺寸相关的能量转移驱动力和光谱重叠。   吴凯丰研究团队提出,近期在光伏和发光应用领域广受关注的钙钛矿纳米晶也是一类理想的三线态敏化材料,因其具有较高的荧光量子效率(≥60%)和对称的载流子波函数分布,可用于构建模型体系,探索纳米晶三线态能量转移的主要影响因素。光谱动力学研究发现,纳米晶尺寸相关的能量转移驱动力和光谱重叠对转移速率的影响极小;相反,纳米晶的波函数表面分布在三线态能量转移过程中起主导作用,其速率随尺寸相关的载流子表面概率密度(波函数平方)呈线性关系。纳米晶尺寸越小,量子限域效应越强,载流子在纳米晶表面的波函数分布越大,越能有效地与吸附于纳米晶表面的多环芳烃进行波函数交换从而实现三线态能量转移。这与三线态能量转移的Dexter机理是符合的。   该研究首次揭示了纳米晶到多环芳烃分子三线态能量转移的核心影响因素,对采用纳米晶吸光材料驱动的光子上转换和光催化反应具有重要指导意义。此外,该研究也表明,虽然在光伏和发光应用领域钙钛矿材料的量子限域效应未受关注,但在三线态敏化等应用领域量子限域对钙钛矿材料是不可或缺的。   该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等的资助。