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Efficient solar cells based on cosensitizing porphyrin dyes containing a wrapped donor, a wrapped π-framework and a substituted benzothiadiazole unit

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Science China Chemistry 2019年第8期62卷 994-1000页

作者： Yunyue Lu Yingchun Cheng Chengjie Li Jiaxin Luo Weiqiang Tang shuangliang zhao Qingyun Liu Yongshu Xie Key Laboratory for Advanced Materials and Institute of Fine Chemicals School of Chemistry and Molecular Engineering East China University of Science and TechnologyShanghai 200237China School of Chemical Engineering and State Key Laboratory of Chemical Engineering East China University of Science and Technology Shanghai 200237China College of Chemical and Environmental Engineering Shandong University of Science and TechnologyQingdao 266510China

Three new porphyrin dyes XW45-XW47 have been synthesized employing a dialkoxy-wrapped phenothiazine donor, a tetraalkoxy-wrapped porphyrin π-framework, a benzothiadiazole(BTD)-based auxiliary acceptor, and an anchoring benzoic acid group. On the basis of our previously reported dye XW36, XW45 was synthesized by introducing a BTD unit to broaden the absorption spectrum, further introducing a hexyl-substituent into the BTD unit afforded XW46, and an additional fluorine atom was introduced to the carboxyphenyl acceptor to afford XW47. As expected, the BTD unit obviously broadens and red-shifts the absorption threshold of XW45-XW47 to ca.750 nm. Dye-sensitized solar cells(DSSCs) were fabricated based on a cobalt electrolyte using chenodeoxycholic acid(CDCA) as the coadsorbent. Under full sun illumination, XW45 exhibits an efficiency of 9.73%, which is slightly lower than that of 10.19% obtained for the reference dye SM315. By contrast, XW46 and XW47 show higher efficiencies than SM315 owing to the improved anti-aggregation ability associated with the hexyl group on the BTD unit and better ICT effect induced by the fluorine atom on the carboxyphenyl unit. Thus, XW47 exhibits the highest efficiency of 10.41% among the porphyrin dyes. Furthermore, PT-C6 was used as the cosensitizer to improve the light harvesting ability and efficiencies of the cells due to its broad absorption within 350–560 nm. Thus, high efficiencies of 10.32%, 11.38% and 10.90% were achieved for the cosensitized solar cells based on XW45–XW47, respectively, owing to the obviously enhanced photocurrent density(JSC). In addition, under 30% full sun illumination, XW46+PT-C6 exhibits a high efficiency of 13.08%. These results give an effective method for building high performance DSSCs through the cosensitization of porphyrin dyes containing a wrapped donor, a wrapped porphyrin framework and a properly substituted auxiliary benzothiadiazole unit.

关键词： dye-sensitized solar cells porphyrin dyes benzothiadiazole cosensitization

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Molecular dynamics simulation study onπ-πstacking of Gemini surfactants in oil/water systems

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Chinese Journal of Chemical Engineering 2022年第10期50卷 335-346页

作者： Jule Ma Peiwen Xiao Pingmei Wang Xue Han Jianhui Luo Ruifang Shi Xuan Wang Xianyu Song shuangliang zhao State Key Laboratory of Chemical Engineering and School of Chemical Engineering East China University of Science and TechnologyShanghai 200237China Research Institute of Petroleum Exploration&Development(RIPED) PetroChinaBeijing 100083China Key Laboratory of Nano Chemistry(KLNC) CNPCBeijing 100083China Key Laboratory of Water Environment Evolution and Pollution Control in Three Gorges Reservoir School of Environmental and Chemical EngineeringChongqing Three Gorges UniversityChongqing 404100China Guangxi Key Laboratory of Petrochemical Resource Processing and Process Intensification Technology and School of Chemistry and Chemical Engineering Guangxi UniversityNanning 530004China

Whereas theπ-πstacking interactions at oil/water interfaces can affect interfacial structures hence the interfacial properties,the underlying microscopic mechanism remains largely *** reported an all-atom molecular dynamics(MD)simulation study to demonstrate how the Gemini surfactants with pyrenyl groups affect the interracial properties,structural conformations,and the motion of molecules in the water/n-octane/surfactant ternary *** is found that the pyrenyl groups tend to be vertical to the interface owing to theπ-πstacking ***,a synergistic effect between theπ-πinteraction and steric hindrance is found,which jointly affects the coalescence of liquid ***,the existence of aromatic groups and a moderate number of surfactants helps to form *** work provides a molecular understanding of Gemini surfactants with aromatic groups in microemulsion preparation and applications.

关键词： Surfactants Interface Interfacial tension p-p stacking Microemulsion Molecular simulation

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Single-atom catalysts modified by molecular groups for electrochemical nitrogen reduction

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Nano Research 2022年第10期15卷 9663-9669页

作者： Zengxi Wei Yuchang Liu Hongjie Liu Shaopeng Wang Minchen Hou Liwei Wang Dong Zhai shuangliang zhao Kefu Yu Shaolong Zhang Guangxi Key Laboratory of Petrochemical Resource Processing and Process Intensification Technology and School of Chemistry and Chemical Engineering Guangxi UniversityNanning 530004China School of Marine Sciences Coral Reef Research Center of ChinaGuangxi Laboratory on the Study of Coral Reefs in the South China SeaGuangxi UniversityNanning 530004China MOE Key Laboratory of New Processing Technology for Non-ferrous Metals and Materials Guangxi Key Laboratory of Processing for Non-ferrous Metals and Featured MaterialsNanning 530004China Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory(Zhuhai) Zhuhai 519080China College of Chemistry and Environmental Engineering Shenzhen UniversityShenzhen 518060China Institute of Molecular Sciences and Engineering Institute of Frontier and Interdisciplinary ScienceShandong UniversityQingdao 266237China

Electrochemical nitrogen reduction reaction(eNRR)is one of the most important chemical reactions for the production of ammonia under ambient ***,the lack of in-depth understanding of the structure-activity relationship impedes the development of high-performance catalysts for ammonia ***,the density functional theory(DFT)calculations are performed to reveal the structure–activity relationship for the single-atom catalysts(SACs)supported on g-C_(3)N_(4),which is modified by molecular groups(i.e.,H,O,and OH).The computational results demonstrate that the W-based SACs are beneficial to produce ammonia with a low limiting potential(UL).Particularly,the W-OH@g-C_(3)N_(4) catalyst exhibits an ultralow UL of−0.22 V for *** the competitive eNRR selectivity can be identified by the dominant*N2 adsorption free energy than that of**** findings provide a theoretical basis for the synthesis of efficient catalysts to produce ammonia.

关键词： ammonia nitrogen reduction reaction single-atom catalysts(SACs) molecular groups density functional theory(DFT)calculations

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Designer uniform Li plating/stripping through lithium–cobalt alloying hierarchical scaffolds for scalable high-performance lithium-metal anodes

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Journal of Energy Chemistry 2021年第1期30卷 385-392,I0013页

作者： Xinhua Liu Xiaojuan Qian Weiqiang Tang Hui Luo Yan zhao Rui Tan Mo Qiao Xinlei Gao Yang Hua Huizhi Wang shuangliang zhao Chao Lai Magda Titirici Nigel PBrandon Shichun Yang Billy Wub School of Transportation Science and Engineering Beihang UniversityBeijing 100191China Imperial College London Sough Kensington CampusSW72AZLondonUnited Kingdom School of Chemistry and Materials Science Jiangsu Normal UniversityXuzhou 221116JiangsuChina State Key Laboratory of Chemical Engineering and School of Chemical Engineering East China University of Science and TechnologyShanghai 200237China

Lithium metal anodes are of great interest for advanced high-energy density batteries such as lithiumair, lithium-sulfur and solid-state batteries, due to their low electrode potential and ultra-high theoretical capacity. There are, however, several challenges limiting their practical applications, which include low coulombic efficiency, the uncontrollable growth of dendrites and poor rate capability. Here, a rational design of 3D structured lithium metal anodes comprising of in-situ growth of cobalt-decorated nitrogen-doped carbon nanotubes on continuous carbon nanofibers is demonstrated via *** porous and free-standing scaffold can enhance the tolerance to stresses resulting from the intrinsic volume change during Li plating/stripping, delivering a significant boost in both charge/discharge rates and stable cycling performance. A binary Co-Li alloying phase was generated at the initial discharge process, creating more active sites for the Li nucleation and uniform deposition. Characterization and density functional theory calculations show that the conductive and uniformly distributed cobalt-decorated carbon nanotubes with hierarchical structure can effectively reduce the local current density and more easily absorb Li atoms, leading to more uniform Li nucleation during plating. The current work presents an advance on scalable and cost-effective strategies for novel electrode materials with 3D hierarchical microstructures and mechanical flexibility for lithium metal anodes.

关键词： Li metal anode Mixed conductor interface 3D porous host Dendrite free Metal-carbon nanofibers

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气体在金属-有机骨架材料中的吸附分离：经典密度泛函理论的应用

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化工学报 2016年第1期67卷 89-96页

作者：刘宇赵双良胡军刘洪来华东理工大学化工学院国家化学工程重点实验室上海200237 华东理工大学化学院国家化学工程重点实验室上海200237

回顾了近年来经典密度泛函理论在预测金属-有机骨架材料吸附特性方面的研究进展,重点介绍了经过快速傅里叶变换加速后的经典密度泛函理论在MOF吸附材料的大规模筛选方面的应用。相较传统的计算机分子模拟,加速后的经典密度泛函理论的优... 详细信息

回顾了近年来经典密度泛函理论在预测金属-有机骨架材料吸附特性方面的研究进展,重点介绍了经过快速傅里叶变换加速后的经典密度泛函理论在MOF吸附材料的大规模筛选方面的应用。相较传统的计算机分子模拟,加速后的经典密度泛函理论的优势在于计算效率,对于简单的小分子气体系统尤其具有优势,对MOF吸附材料进行大规模筛选是可行的;但对于对复杂分子的处理尚没有特别有效的方法,如何合理构建复杂流体自由能泛函是它面临的主要挑战。

关键词：金属-有机骨架经典密度泛函理论吸附(作用) 统计热力学气体

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反应密度泛函理论的构建与初步应用

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化工学报 2021年第2期72卷 633-652页

作者：唐伟强谢鹏徐小飞赵双良华东理工大学化学工程联合国家重点实验室上海200237 广西大学化学化工学院广西石化资源加工及过程强化技术重点实验室广西南宁530004

提高化学反应的选择性和转化率是发展绿色化学的重要内容。大部分化学反应都在溶液中发生,溶剂对于反应速率、平衡过程甚至反应机理都有重要的影响。溶剂效应对化学反应影响的理论研究比较缺乏。综述了近年来发展的理论模型及最近本课... 详细信息

提高化学反应的选择性和转化率是发展绿色化学的重要内容。大部分化学反应都在溶液中发生,溶剂对于反应速率、平衡过程甚至反应机理都有重要的影响。溶剂效应对化学反应影响的理论研究比较缺乏。综述了近年来发展的理论模型及最近本课题组提出的反应密度泛函理论,分别介绍了反应密度泛函理论在水相、有机相、界面体系和限域体系中的应用,分析了不同反应溶剂结构对化学反应自由能分布的影响,总结了溶剂效应的影响机制,最后展望了自洽反应密度泛函理论的构建、反应-扩散耦合研究、聚合物反应密度泛函理论及反应密度泛函理论在反应溶剂筛选、界面反应和电解液设计中的应用。

关键词：绿色化学化学反应密度泛函理论溶剂热力学

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运动颗粒对传质过程影响的格子Boltzmann模拟

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过程工程学报 2021年第2期21卷 125-133页

作者：贺睿乔崇智王利民赵双良华东理工大学化工学院化学工程联合国家重点实验室上海200237 中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190

颗粒的主动运动对传质过程有重要影响。以表面恒浓度的二维球形颗粒为研究对象,采用耦合传质的格子Boltzmann方法(LBM)模拟了颗粒在自旋和振动两种情况下的相间传质过程。选择浸入运动边界法和非平衡态外推法处理运动颗粒边界,研究了颗... 详细信息

颗粒的主动运动对传质过程有重要影响。以表面恒浓度的二维球形颗粒为研究对象,采用耦合传质的格子Boltzmann方法(LBM)模拟了颗粒在自旋和振动两种情况下的相间传质过程。选择浸入运动边界法和非平衡态外推法处理运动颗粒边界,研究了颗粒自旋速度、颗粒振幅及振动频率对传质过程的影响。结果表明,中等雷诺数的自旋颗粒绕流中,随着颗粒自旋转速增大,颗粒的传质舍尔伍德数反而降低,表明在强制对流的情况下,颗粒自旋减弱颗粒的传质效果。当颗粒振动时,颗粒振幅越大,传质舍尔伍德数增大;当颗粒振动频率造成锁定现象时,颗粒流体相间传质效果显著增强。本工作的数值结果不仅表明格子Boltzmann方法可以有效模拟强制对流传质的过程,也为强化传质提供了一种思路。

关键词：格子Boltzmann方法强制对流传质主动运动运动颗粒

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水盐体系相平衡研究进展

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化工学报 2016年第2期67卷 379-389页

作者：张杰史学伟赵双良宋兴福于建国华东理工大学化学工程国家重点实验室上海200237 华东理工大学国家盐湖资源综合利用工程技术研究中心上海200237

水盐体系相平衡与相图是无机盐化工的理论基础,对水盐体系相平衡的研究可为盐湖盐类资源的综合开发利用提供理论支持。从水盐体系相平衡实验和理论研究两个方面,综述了近期国内外相关研究进展及研究方法。重点介绍了稳定相平衡和介稳相... 详细信息

水盐体系相平衡与相图是无机盐化工的理论基础,对水盐体系相平衡的研究可为盐湖盐类资源的综合开发利用提供理论支持。从水盐体系相平衡实验和理论研究两个方面,综述了近期国内外相关研究进展及研究方法。重点介绍了稳定相平衡和介稳相平衡体系相图测定方法及特点,概述了相区间和结晶类型变化的影响因素;从热力学模型法、统计力学理论和分子模拟3个方面介绍了水盐体系相平衡的理论研究思路及基于液-固化学势平衡的研究现状,并讨论了3类方法在相平衡研究上的可能发展方向。最后总结了该领域的一些研究热点,并对水盐体系相平衡的研究趋势作了展望。

关键词：水盐体系相平衡相图盐湖资源

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氨基树脂微球的表面改性及对水中Co2+的吸附性能研究

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离子交换与吸附 2016年第2期32卷 97-107页

作者：赵会玲付林伟赵会艳史学伟赵双良刘洪来华东理工大学化学工程国家重点实验室中国石油化工股份有限公司洛阳分公司机械动力处

高效、低耗去除溶液中微量重金属离子一直是工业废水处理中的挑战之一。高性能金属离子螯合剂的开发并结合旋流强化分离技术为微量Co2+废水的处理提供了一个可行方案。根据旋流分离技术应用对螯合剂性能的要求,本文针对Co2+发展了一种... 详细信息

高效、低耗去除溶液中微量重金属离子一直是工业废水处理中的挑战之一。高性能金属离子螯合剂的开发并结合旋流强化分离技术为微量Co2+废水的处理提供了一个可行方案。根据旋流分离技术应用对螯合剂性能的要求,本文针对Co2+发展了一种螯合剂制备方法。通过对氨基树脂D380进行表面改性,将二硫化碳引入树脂球表面生成二硫代氨基甲酸盐官能团（DTC）,并把改性前后的氨基树脂应用于模拟废水中Co2+的吸附性能研究。元素分析和红外图谱结果表明,DTC官能团成功引入氨基树脂D380上。与未改性的氨基树脂相比,改性后的氨基树脂（DTC-D380）对Co2+的去除效果更好,其饱和吸附容量在p H值为5.3的模拟废水中达到32mg/g。当吸附温度为30℃,投料比为5g/L时,吸附30min后,模拟废水中Co2+浓度可从80mg/L降为0.43mg/L,此时螯合剂尚未饱和,但是Co2+的去除率已几乎达到100%。改性氨基树脂DTC-D380的制备为微量Co2+的去除提供了一种优良的螯合剂,为结合旋流分离技术连续处理Co2+废水提供了一种选择。

关键词：含Co2+废水螯合树脂吸附表面改性二硫代氨基甲酸盐

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低浓度纳米颗粒在剪切流中扩散、吸附的简单模型

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化工学报 2015年第1期66卷 132-141页

作者：乔崇智刘文君付林伟白志山赵双良刘洪来华东理工大学化学工程国家重点实验室上海200237 华东理工大学国家环境保护化工过程环境风险评价与控制重点实验室上海200237

剪切流场中粒子扩散、吸附的微观机理探索为提高分离、传递等典型化工过程的效率提供理论依据。针对旋流分离过程中低浓度污染物纳米颗粒在剪切流场中被螯合剂大颗粒(又称吸附大颗粒)吸附及扩散过程构建近似理论模型,研究了污染物颗粒... 详细信息

剪切流场中粒子扩散、吸附的微观机理探索为提高分离、传递等典型化工过程的效率提供理论依据。针对旋流分离过程中低浓度污染物纳米颗粒在剪切流场中被螯合剂大颗粒(又称吸附大颗粒)吸附及扩散过程构建近似理论模型,研究了污染物颗粒扩散及螯合剂捕集吸附与剪切流速度的关系。结果表明,剪切流的存在对于颗粒的吸附过程起到强化的效果,剪切流速度越大效果越强,而吸附的方向(朝向或远离吸附大颗粒)只取决于吸附大颗粒及溶液的特性,此外低浓度污染物纳米颗粒被捕集吸附的过程主要与颗粒的扩散有关。推导了扩散时间的简洁解析表达式,扩散时间与吸附大颗粒浓度的4/3次方呈反比,与粒子的体积大小呈正比。剪切流对吸附的影响及捕集吸附时间的估算,为物理化学吸附结合旋流分离处理污染物等技术开发提供理论指导。

关键词：自转吸附污染物扩散时间模型

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