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《单层氮化硼纳米断裂性的分子动力学研究》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2015-06-29

  • 该项研究利用分子动力学模型研究了单层六方氮化硼在混合模式I和II情况下的断裂性能。研究调查了裂纹边缘手性的影响，裂纹尖端配置和装在相位角在裂纹扩展路径和临界应力强度因子。分子动力学结果显示，所有加载阶段角度裂缝倾向于沿着曲折的方向传播，锯齿形裂纹的临界应力强度因子高于扶手椅的裂缝。在混合加载模式下，h-BN sheets由于压力导致的屈曲诱导可以进行平面外变形。当模式II主导加载时平面外变形就会十分显著。过量的平面外变形就会导致弯曲裂缝。依靠加载相角和裂纹配置，弯曲裂缝可以在原始裂纹传播前后成核。

    关键词：二维材料；单层六方氮化硼；断裂力学；分子动力学

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    • 编译者：董璐
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    • 氢被认为是最有发展前景的清洁能源载体，因为它的丰度，环境友好性和高转换效率。然而，开发安全，质量小，具有高成本效益的储氢材料是一个最具有挑战性的障碍，即氢作为燃料的广泛使用的障碍。目前的工作报告针对储氢性能的多壁碳纳米管（MWCNT）/六角氮化硼（h-BN）纳米复合材料（碳纳米管/ h-BN），另外对超声波处理的方法是采用多壁碳纳米管/ h-BN纳米复合材料的合成。加氢工艺是被用来分析样品在不同阶段的实验，内容包括表征技术，如X-射线衍射（XRD），显微拉曼光谱，傅立叶变换红外光谱（FTIR），扫描电子显微镜（SEM），能量色散X射线光谱（EDX），CHN元素分析和热重分析（TGA）。研究也证实了所制备的氢存储介质将有效地在氢燃料经济的领域。
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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。
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