学科前沿与创新总结

学科前沿与创新总结这个学期内，我们先后接触了OLED，单分子科学与氢能源的制备三方面的内容，在各位老师对这些科研方向的讲解中，我受益匪浅。以下即是我对这学期所学习的内容的一些体会与领悟。1.OLED相比硅单质，有机材料具有造价低廉，灵活可变等特性，然而其导电性与材料寿命等因素又限制了其发展。故而从这方面我们了解到了有机电子材料的相关研究。OLED是一种发光原理与无机材料类似的电子元件，其发光过程属电注发光。如图所示，当元件受到直流电所衍生的顺向偏压时，外加之电压能量将驱动电子与空穴分别由阴极（常为具低功函数的材料如Mg）与阳极（常为具高功函数与高透光性的材料如ITO透明导电膜）注入元件，当两者在传导中相遇、结合，即形成所谓的电子-空穴复合。当电子的状态位置由激态高能阶回到稳态低能阶时，即发出荧光（电子自旋和基态电子成对，为单重态）或者磷光（激发态电子和基态电子自旋不成对且平行，为三重态）。双层OLED的示意图1.阴极(−),2.发光层,3.辐射层,4.导电层,5.阳极(+)由于适合传递电子的有机材料不一定和适合传递空穴的材料相同，所以有机发光二极体的电子传输层和空穴传输层必须选用不同的有机材料。作为电子传输层的往往是Alq、Znq、Gaq、Bebq等荧光染料化合物。相比无机材料，有机材料制成的电子元件具有更轻便灵活的特点，同时相对更低的造价与简便的工艺使其更有益于生产。当然未来对其导电性等相关性质的研究依然需要进行。2.单分子科学单分子研究是一种可以直接从分子水平给出机理而非统计的平均结果的研究，分为单分子成像技术与单分子操纵技术。原子力显微镜扫，描探针显微镜等即是根据AFM原理而成像的。通过这些成像途径，对某些生化反应过程的研究可以达到分子水平。同时也能对单分子表征、操控和原型器件设计等方面展开深入研究。老师通过大量的实验及图片资料以实例展示了单分子研究，其中一个是DNA的复制过程，在AMF成像下，我们能直观的看见蛋白质与DNA分子的相互作用如RecA蛋白在dsDNA上面的组装，同时也能原位跟踪分子马达对DNA的解链及搬运过程。AMF成像可以直观的给出分子之间的作用模式，但是却无法给出作用强度方面的信息。单分子力学谱则可以给出单分子水平的分子间作用的强度。在引入单分子力谱后，老师介绍蛋白质的折叠及解折叠研究。从动力学上研究了蛋白质链的折叠过程并探究结构域的稳定性。通过单分子研究，，在对物质的了解深入后我们可以根据所需的宏观力学性能进行单分子设计比如合成某些功能高分子。扫描探针显微镜（SPM）技术的出现使人们可以实现对单个原子或分子的成像或者操纵，而SPM与其他新技术的结合是我们的展望方向。同时，单分子荧光检测在分子马达、离子通道、信号分子、蛋白折叠、蛋白构象变化动力学、酶活性反应、细胞过程实时观察等生命科学领域中的也有较为广泛的应用。这些研究结果表明，单分子荧光检测在研究生物大分子的活动规律与机制方面不但有着无法替代的优越性，而且有着广阔的发展空间。3.氢能源的制备随着化石能源危机的加重，太阳能等新能源得到了发展，而相对这些有间断性的新能源，高热值、清洁、稳定的氢能源显示了其优点。然而，若是从化石能源中取得氢能源，其生产本身也需要较多的能源，故而采用风能等可再生能源生成氢气并储存起来成为了高效利用可再生能源的一种手段。目前可行的方法之一是将可再生能源转化为电能再电解水制氢气，这个过程相比直接转化更为有效但仍然存在一些问题。合适的催化剂既是其中的一个。目前，效率最高的电催化水裂解产氢催化剂是铂、钯一类贵金属及其相应复合物，这些金属能在催化过程中有效降低反应过电势，但其相应的高成本、低储量极大地限制了该类材料的广泛应用。故而，虽然这些金属催化活性优良，但其在地壳中稀少的含量使大规模的工业化过程受到了限制。老师主要讲述了使用非贵金属代替贵金属催化水制备氢气的研究。迄今为止，非贵金属电解水催化剂，如硫化钼、磷化镍、碳化钨等，已有相当的研究。再合适的条件下，一些非贵金属的催化剂能表现出与贵金属相当甚至超过贵金属的催化性质。而查阅资料后我发现了一些如对碱性介质、中性介质析氧催化剂以及非晶态碳氮和金属掺杂碳氮氧还原催化剂的制备、催化性能考察及机理的研究。实验中,采用直流反应磁控溅射法制备了具有不同Cu/Co原子比的Cu-Co复合氧化物。通过改变Co靶、Cu靶的溅射功率,实验沉积获得了单斜结构(Cu_(1-x)Co_xO)、Cu_2CoO_3结构及尖晶石结构(CuCo_2O_4)等三种晶型的复合氧化物。实验结果表明外来元素的掺杂能明显提高氧化物的比表面积,且随着掺杂量的增减,即Cu/Co原子比的改变,Cu-Co复合氧化物的表面形貌和晶体结构会产生明显的改变。电化学测试结果显示表面积的增大是促进氧化物催化活性提升的重要原因,但进一步的分析则表明因掺杂而产生的不同催化活性位才是决定氧化物催化性能的关键因素。此外,与单一氧化物相比,掺杂能引起氧化物电阻的大幅降低,但性能测试表明氧化物电阻的改变对其催化活性没有明显的影响。通过这门的学习，我了解了当今科研的方向，并了解了一些学科前沿的科研思想，对于我以后选择的科研方向有更好的引导作用。