化学组分

近日，大连化学物理研究所复杂分子体系反应动力学研究组(1101组)杨斌副研究员与山东大学刘锋研究员等合作，开发出了具有高效白光发射的新型双钙钛矿材料，并制备了基于该材料的单组分暖白光发光二极管(LED)。电气照明占全球电力消耗的15%，释放了全球5%的温室气体。采用更加高效、低成本的照明技术可缓解能源、环境危机，助力实现“双碳”目标。目前，绝大多数白光LED技术主要依靠蓝光LED激发多组分荧光叠加的方式产生白光，因此很容易出现显色性差、发光效率低、有害蓝光成分高、白光光谱不连续等问题。开发高效单组分白光材料被认为是解决以上问题的关键。研究人员发现，非铅金属卤化物双钙钛矿材料可在低温溶液法制备，生产成本低。此外，由于自身结构的限域以及强烈的电—声子耦合效应，双钙钛矿材料具有独特的自陷激子特性(STE)，其复合发光表现出较大的斯托克斯位移及宽带光发射，从而表现出白光发射的特点。在本工作中，科研人员通过利用有机分子4, 4-二氟哌啶(DFPD)和碱金属之间的强化学键，制备了具有一维结构的(DFPD)2MIInX6 (MI= K, Rb X= Cl, Br)双钙钛矿化合物。其中，DFPD+不仅作为有效的层间间隔物来平衡电荷，而且可作为构成金属卤化物八面体的关键组分。特别地，(DFPD)2MIInX6中的电子态在空间上被限制在单个八面体中，产生了天然的电子限域效应。为了促进辐射复合，研究人员进一步采用微量Sb3+掺杂策略，将白光量子效率从5%提高到90%以上。由于所制备的低维双钙钛矿材料具有高光电性能和优异的溶液可加工性，可以通过简单的溶液法制备基于该材料的单组分暖白光LED，因此，该工作为下一代照明器件的设计提供新的思路。杨斌等近年来在基于自陷激子的单组分白光材料及其发光动力学领域开展了系统的研究：揭示了激子超快自陷过程(Angew. Chem. Int. Ed.，2019；Acc. Chem. Res.，2019)，以及电—声子耦合对该超快过程的影响机制(Sci. Bull.，2020)；揭示了基于自陷激子热活化延迟荧光的发光机制(Angew. Chem. Int. Ed.，2020)；通过三线态自陷激子与受体离子Mn2+之间的高效能量转移，实现了胶体纳米晶中的高效白光发射(Nano Lett.，2021)；并基于自陷激子独特的性质拓展了其在长余辉发光材料(Angew. Chem. Int. Ed.，2022)、高灵敏紫外光电探测器(Adv. Mater.，2021；Laser Photonics Rev.，2022)、X-射线闪烁体(J. Phys. Chem. Lett.，2022；J. Phys. Chem. Lett.，2022；Laser Photonics Rev.，2022)、超灵敏的光学测温器(J. Phys. Chem. Lett.，2022)等领域的应用。相关研究成果以“Highly Luminescent One-Dimensional Organic–Inorganic Hybrid Double-Perovskite-Inspired Materials for Single-Component Warm White-Light-Emitting Diodes”为题，发表在《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上。该工作的第一作者是我所1101组联合培养博士研究生柏天新。上述工作得到国家自然科学基金、中科院青促会、我所创新基金等项目的支持。

在国家自然科学基金项目(批准号：T2122006、22188102)等资助下，复旦大学李庆教授和清华大学王书肖教授等课题组合作，提出以削减人群健康风险为导向的工业烟气治理策略。相关研究成果以“基于工业源气溶胶毒性效应实现以健康为导向的大气污染控制(Achieving health-oriented air pollution control requires integrating unequal toxicities of industrial particles)”为题，于2023年10月14日发表在《自然•通讯》(Nature Communications)。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-42089-6　　空气污染已成为全球最大的环境健康风险因素。工业化的迅速发展带来了大气污染，为了改善空气质量，各国政府优先对火力发电行业实施了日趋严格的污染物浓度控制政策。然而，近年来学术界在质疑基于污染物质量浓度的控制标准是否能有效降低健康风险。如何有效控制大气污染排放源，以保护人民生命健康，一直是国际上面临的巨大挑战。　　针对这一难题，该研究团队对我国重点工业源(包括钢铁、电力和水泥行业)产生的气溶胶开展系统研究，发现了工业源气溶胶的生物毒性差异，阐明了气溶胶中金属等关键毒性化学组分的内在关联机制(图1)。基于气溶胶毒性效应的量化参数，结合我国大气污染物排放清单、空气质量模式、人群暴露模型与费效分析，阐释以削减“健康风险”为导向的大气污染调制机制(钢铁行业实施超低排放改造)，相比于以削减气溶胶“质量浓度”为导向的机制(电力行业实施超低排放改造)，可以更为有效的降低人群健康暴露风险(约5.4~8.2倍)。此外，若优先对气溶胶毒性效应更高的工业源开展超低排放(钢铁)，能节约大量的经济成本(图2)。图1 钢铁厂(Iron and steel plants)、电厂(Power plants)和水泥厂(Cement plants)燃烧排放气溶胶(a)氧化应激效应(ROS)、(b)毒性金属组分以及(c)关键化学组分对ROS效应贡献比例解析(金属是工业源气溶胶的主导毒性成分)　　图2 (a)我国工业大气污染基于“质量浓度”和“健康风险”减排策略的花费以及收益(2019年，超低排放削减的PM2.5排放量及基于ROS效应调控的排放量)的概念图 我国大陆区域电力行业(b)和钢铁行业(c)超低改造后的气溶胶基于ROS效应调控的人群暴露健康风险改善效果的分布情形　　该研究基于对18个省/直辖市的82个实际工业排放源现场测量、关键毒性组分的化学甄别、生物毒性解析、空气质量模拟、暴露风险评估以及成本效益计算，突破了当前“基于PM2.5质量浓度”的大气污染控制政策，提出“基于PM2.5健康风险”的工业烟气污染治理思路，为建立面向人民生命健康的大气污染调控机制提供了理论依据和数据支撑。

项目编号：清设招第20221470号（2241STC74185）项目名称：清华大学飞行时间质谱-气溶胶化学组分监测仪预算金额：290.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：290.0000000 万元（人民币）采购需求：包号标的名称数量（台/套）简要技术需求或服务要求01飞行时间质谱-气溶胶化学组分监测仪1离子源：采用高稳定性、高精度的266nm Nd:YAG脉冲式固体激光器，能量≥5mJ，重复频率≥20Hz，无需载气设备用途介绍 ：可实时监测气溶胶颗粒中重金属、矿尘、黑碳、硫酸盐等物质，同时给出大气气溶胶颗粒的粒径信息、化学成分信息、数浓度信息等；实现PM2.5在线源解析，无需任何人工操作；可适用于车载，满足快速、准确的应急监测分析要求。注：投标人必须针对本项目所有内容进行投标，不允许拆分投标。合同履行期限：合同签订后90日内完成设备交货、安装及调试工作。本项目( 不接受 )联合体投标。