一維納米孔道中碘分子的相變研究

《一維納米孔道中碘分子的相變研究》是依託吉林大學，由王丁迪擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：一維納米孔道中碘分子的相變研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王丁迪
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

物理學傳統觀點認為一維體系不能發生相變，但僅是理論預測，尚未有嚴格實驗證明。將碘分子引入一維納米孔道中，研究碘從氣態單分子到固態分子鏈的轉變過程，驗證一維體系是否產生相變，從而突破傳統觀點，具有重要的科學意義，也是本項目的科學問題和創新點。研究在不同限制下碘分子轉動能級是否逐漸消失。研究碘分子從MCM-41晶體中自由轉動的單分子，轉變到AFI晶體中轉動完全受限的單分子，最後變成AEL晶體中一維分子鏈這一過程的微觀機理。研究將碘分子摻進這3種晶體的孔道的方法。研究摻雜濃度、壓力和溫度對碘分子狀態及在孔道中分布的影響。研究受限碘分子的拉曼光譜、吸收光譜，研究孔道中碘分子/碘分子鏈的分子取向、振動和轉動狀態、電子結構和能級分布、摻雜濃度，分子之間、分子與孔道之間相互作用。研究合成MCM-41介孔晶體、AFI和AEL沸石晶體。我們已研究了碘分子在AFI和AEL晶體中的構型，發表了4篇論文。

結題摘要

成功將碘分子摻入較大的介孔分子篩MCM-41中，再到較小的AFI和AEL晶體中，從而得到一幅從自由氣體到嚴格受限的單分子，最後過渡到一維分子鏈狀態的完整物理圖像。從微觀領域詮釋這一過程中碘分子結構的改變，能量的變化和能帶的形成過程，從而更好地理解物理學中各種氣相、液相與固相之間的關係。物理學傳統觀點認為一維狀態下不能產生相變，但僅是理論預測，尚未有嚴格實驗證明。通過研究AEL單晶體孔道中受限一維碘分子鏈的熱裂解現象，本項目證實了理論的正確性，即隨著溫度的升高，碘分子鏈從短程有序連續變化到完全無序的狀態，並不存在相變溫度。利用密度泛函計算最佳化了碘分子鏈的構型，計算得到的碘分子鏈熱裂解頻率改變與實驗結果一致。對於受限碘氣體轉動能級消失這一物理現象，本項目的結果進一步揭示出納米孔道和碘分子之間相互作用對於碘分子轉動運動的影響，即碘分子在一個轉動周期內，不停地跟孔道壁碰撞，描述碘分子的運動需要求解含時薛丁格方程，即勢能項是隨時間變化的，這導致受限碘分子的轉動能級不存在定態，但碘分子仍會持續轉動。利用分子動力學模擬了碘分子在MCM-41、AFI、AEL晶體中的運動狀態，證實了碘分子在持續轉動，但不存在轉動的定態能級。