锂离子电池在储能领域中扮演着非常重要的角色,至今仍是便携电子器件的主要电源,但是由于其储能较低,从长远来看,仍无法满足一些特殊市场的需求,所以近些年来,基于锂材料的可充电新电池——锂硫电池受到了越来越多的关注。尽管锂硫电池具有高能量密度等很多优点,但其在商业化过程中仍遇到很大的挑战,而主要问题来源于阴极,所以最近提高锂硫电池性能的大部分工作都集中在设计新型复合阴极材料,其中性能提升尤为突出的是硫/二氧化钛蛋黄壳状纳米结构,基于此:
(一)本论文第一方面的主要工作是:通过构建锐钛矿型TiO2的(001)面、Fe原子掺杂后的(001)面、有氧空位的(001)面模型来模拟TiO2作为锂硫电池阴极复合材料对锂原子的吸附、迁移以及对多硫化物阴离子的吸附的影响。结果表明掺杂Fe原子理论上可以提高体系的导电性能,表面有氧空位的条件下有利于对多硫化物的吸附,降低“穿梭效应”,从而提高电池的性能。
Cu(I)催化的叠氮化物与端炔生成1,4-二取代-1,2,3-三唑的Huisgen偶极环化反应(CuAAC)是Click反应中非常重要的一种,并在高分子化学、功能材料、表面技术、生物医药等许多领域都有举足轻重的作用。无论是从构型角度还是机理角度,这个反应都得到了很广泛的关注。基于此:
(二)本论文的第二方面内容是系统比较了四核机理与双核机理,探究了不同机理下叠氮甲基与乙炔铜、丙炔铜、苯乙炔铜化合物形成1,4-二取代的三唑和1,5-二取代的三唑的反应情况,证明了四核机理的可能性很小,且在双核机理中形成的是μ型中间体。并且通过构建模型,从理论上证明了实验中使用的双核Cu(I)复合物CuI2(pip)2可以有效降低炔与叠氮化物的环加成反应的能垒,从而促使环加成反应的进行。此外,计算结果还表明Cu(I)催化下叠氮甲基无论是与乙炔、丙炔,或是与苯乙炔反应,生成1,4-二取代三唑的能垒都比生成1,5-二取代三唑的能垒低,证实了Cu(I)催化的叠氮化物与炔的1,3-偶极环加成反应的位置选择性很高。该部分工作为以后CuAAC反应催化剂的设计提供了理论指导。