当前, 高昂的生产和使用成本限制了离子液体规模化应用, 如何回收再利用离子液体受到极大关注。 离子液体结晶过程对研发新型回收技术至关重要, 而降温速率对结晶过程有重要影响。 基于此, 以1-十二烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(［C12mim］［BF4］)为研究对象, 在60~0 ℃范围内对其进行快速(30 ℃·min-1)和慢速(1 ℃·min-1)降温, 采用偏光(POM)、 小角X射线散射(SAXS)和拉曼(Raman)等技术研究了该离子液体在降温过程中的相态转变和结构变化, 揭示了降温速率对其熔体结晶过程及产物影响规律。 POM研究表明: 在快速降温过程中, ［C12mim］［BF4］经历了“液态-液晶态-晶态Ⅰ”转变, 得到了晶粒数量少但尺寸较大的“球状”晶体; 在慢速降温过程中, ［C12mim］［BF4］经历了“液态-液晶态-晶态Ⅱ”转变, 得到了晶粒数量多但尺寸较小的“针状”晶体。 SAXS研究表明: ［C12mim］［BF4］存在两种晶体结构, 分别为“正交双层相”和“三斜双层相”, 且同时出现在“晶态Ⅰ”中, 而在“晶态Ⅱ”中只有“三斜双层相”一种晶体结构。 由此可知, “晶态Ⅰ”是混合相晶体, 而“晶态Ⅱ”是单一相晶体。 此外, 由Raman结果可知: “正交双层相”和“三斜双层相”中［C12mim］+构象存在较大差异, 分别为“G构象”和“A构象”。 综上所述, 快速降温时, ［C12mim］［BF4］经历了“液态-液晶态-晶态Ⅰ”转变过程, 得到了由“正交双层相”和“三斜双层相”组成的混合相晶体, 该晶体同时含有［C12mim］+的“G构象”和“A构象”。 慢速降温时, ［C12mim］［BF4］经历了“液态-液晶态-晶态Ⅱ”转变过程, 得到了由“三斜双层相”组成的单一相晶体, 该晶体只含有［C12mim］+的“A构象”。 因此, 降温速率对［C12mim］［BF4］熔体结晶过程及产物具有重要影响。 该研究结果为［C12mim］［BF4］回收技术开发提供了重要实验数据, 同时对研究其他同类型离子液体的相态转变和结构变化具有指导意义。

纳米金刚石兼具纳米材料和金刚石的双重特性，呈现出与微米金刚石、块体金刚石截然不同的特点。本文以不同尺寸金刚石样品为研究对象，采用扫描电镜、X射线衍射、光谱学、热重分析技术对其结构、光学性能和热稳定性进行研究。结果显示样品尺寸分别为300 μm、30 μm和100 nm，大尺寸样品结晶质量较好，富含孤氮杂质，为Ⅰb型金刚石。纳米金刚石样品结晶较差，含有少量石墨残留，并含有H2O、N—H和C—H键，说明其表面存在诸多有机活性基团。大尺寸金刚石样品存在中性和带负电荷的氮空位缺陷，产生较强荧光，而纳米金刚石由于存在诸多的有机基团和表面缺陷，形成非辐射中心，导致荧光猝灭。大尺寸样品在300~525 nm具有较强吸收，而纳米金刚石样品在紫外-可见-近红外整个区域均呈现出较强吸收，透过率显著较低。随着颗粒尺寸的减小，金刚石的起始氧化温度逐渐下降，氧化速率降低，因此大颗粒尺寸金刚石样品具有更好的热稳定性。

氟氧化物兼有氧化物优异的稳定性和氟化物的低声子能量, 是上转换发光材料的一种热点基质材料, 因而研究六方相LaOF∶Er,Yb的上转换发光性能及其温度特性具有重要意义。本文采用水热法制备了六方相LaOF∶Er,Yb荧光材料, 通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和荧光光谱对其结构和上转换荧光性能进行表征。实验结果表明, 水热法120 ℃得到六方相LaF3, 经800 ℃和1 000 ℃退火后分别形成四方相LaOF和六方相LaOF。980 nm激发下, 六方相LaOF∶Er,Yb中Yb3+与Er3+存在能量传递, 通过双光子吸收产生绿光和红光的上转换荧光, 并且Yb3+与Er3+的最佳浓度分别为3%和1%。最后研究了六方相LaOF∶Er,Yb在温度传感方面的应用, 其在150~400 K温度范围的相对灵敏度和绝对灵敏度分别为0.037 K-1和0.004 3 K-1。该材料具有优异的温度传感特性, 对荧光温度传感器件的设计和应用具有指导意义。

压力是一个重要的物理参量, 通过调节物质内部分子、 原子间距离和相互作用力, 可以引起物质结构和构象变化。 正醇是一种最简单的羟基代替烷基链末端氢原子的有机物, 通过氢键和烷基链之间的作用力结合在一起, 被称为氢键液体。 氢键的键能较小, 在外部压力作用下, 氢键容易被压缩而断裂或网络重排, 从而导致晶体结构和对称性的改变, 对材料的性能产生重要影响。 正戊醇是一种短链正醇, 结构虽然简单, 却可以作为烷基链结构有机物的典型代表。 然而, 高压下正戊醇的性质研究较少, 尤其压力作用下其构象变化和氢键研究尚未见报道, 因此正戊醇高压研究有待进一步深入。 拉曼光谱和红外光谱是高压研究中常用的谱学测量技术, 能够原位探测压力作用下分子内部基团变化, 是研究结构、 构象和氢键作用的有效手段。 基于此, 利用金刚石对顶砧装置(DAC), 结合拉曼光谱和红外光谱, 在0～12.0 GPa压力范围对正戊醇进行了高压研究。 实验结果分三部分讨论: （1）研究了压力作用下正戊醇的结构相变行为。 压力在3.2 GPa时, 拉曼特征峰变锐变窄, 同时有特征峰劈裂和新特征峰出现的现象, 说明在该压力点发生一次液固相转变。 （2）揭示了正戊醇在高压下的构象变化。 正戊醇存在两种构象: 反式构象和扭曲构象。 通过分析两种构象特征峰随压力的变化, 发现正戊醇发生液固相转变的过程伴随有构象变化, 液态时以扭曲构象为主, 固态时以反式构象为主。 （3）探究了高压对正戊醇氢键的影响。 羟基的特征峰随压力的增加发生红移, 说明在加压过程中氢键作用增强。 伴随液固相变, 羟基特征峰劈裂成多个峰, 形成新的氢键网络或团簇, 且随压力的增加氢键网络或团簇逐渐增大, 说明氢键对压力非常敏感, 且对正戊醇晶体结构的稳定起着促进作用。 该研究不仅为正戊醇生产应用提供重要的指导作用, 同时为其他同类或复杂分子体系的物理和化学特性研究提供参考。

采用拉曼光谱和红外光谱解析了常温条件下环丁醇的各个振动模式及其与分子构象间的关联, 结果表明液态环丁醇以赤道–反式构象为主, 并含有少量的赤道间扭式构象。 在此基础上结合差示扫描量热技术和变温拉曼光谱, 原位研究了环丁醇的温致相变过程和分子构象随温度的变化。 结果表明, 冷却至140 K的过程中, 环丁醇并未结晶固化, 而是保持亚稳定的无序液体状态, 即出现过冷现象, 继续降温至138 K出现玻璃化转变。 升温过程中, 在170 K时出现放热峰, 同时有新的拉曼峰出现, 并且拉曼峰的半高宽和强度发生明显的突变, 表明环丁醇由无序结构转变为有序的结晶相。 因此, 我们获得了环丁醇的温致相变序列: 液态→过冷液体→玻璃态→结晶态→液态。 通过对环丁醇不同分子构象的拉曼特征峰的定量分析, 证实环丁醇在降温过程中, 反式构象和间扭式构象的比例未发生明显改变, 即没有发生构象变化。 然而升温时, 伴随170 K时结晶态的转变, 反式构象特征峰的相对强度减小, 表明部分分子由赤道–反式构象转变为赤道–间扭式构象。 该研究结果对进一步理解和研究其他有机小分子的温致相变和构象变化具有指导意义。

利用共沉淀方法制备了Eu3+/Yb3+单掺和共掺的ZrO2粉体材料, 研究了煅烧温度和掺杂浓度对结构和发光性质的影响。 XRD结果表明: 所制备单掺样品含有单斜相和四方相2种不同结构, 随着热处理温度的升高, 四方相向单斜相转变, 经1 150 ℃处理后, 四方相消失, 呈现单一的单斜相； Yb3+离子的掺入有稳定ZrO2四方相的作用, 随着掺杂浓度的增加, 单斜相转变为四方相。 由于晶相的不同, Eu3+处在四方相和单斜相2种发光中心, 二者发光性质不同。 Eu3+/Yb3+共掺后, 在270 nm激发Eu3+时, 观测到了Yb3+在近红外波段(980 nm)的发光, 同时证实Eu3+的激发光谱和Yb3+的激发光谱相一致, 表明存在Eu3+到Yb3+的能量传递, 交叉弛豫和共合作能量传递过程是其可能的能量传递机理。