圆偏振光诱导zns表面光催化手性分子的不对称合成与氧化

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1、硕士学位论文圆偏振光诱导ZnS表面光催化手性分子的不对称合成与氧化CIRCULARLYPOLARIZEDLIGHT-INDUCEDPHOTOCATALYTICASYMMETRICSYNTHESISANDOXIDATIONOFCHIRALMOLECULESONAZnSSURFACE廖拓权哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：O469学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开理学硕士学位论文圆偏振光诱导ZnS表面光催化手性分子的不对称合成与氧化硕士研究生：廖拓权导师：王伟申请学位：理学硕士学科：凝聚态物理所在单位：理学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Cl

2、assifiedIndex:O469SchoolCode:10213U.D.C:535SecrecyGrade:OpenDissertationfortheMasterDegreeinScienceCIRCULARLYPOLARIZEDLIGHT-INDUCEDPHOTOCATALYTICASYMMETRICSYNTHESISANDOXIDATIONOFCHIRALMOLECULESONAZnSSURFACECandidate：LiaoTuoQuanSupervisor：WangWeiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpecialty：Co

3、ndensedMatterPhysicsAffiliation：SchoolofScienceDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要手性分子是指在化学结构上呈镜像对称，而又不能完全重合的分子。手性分子由于其立体结构的特异性，不同的手性成份具有特殊的物理和化学性质。研究发现圆偏振光可直接诱导手性分子的不对称合成和光解，圆偏振光在铁镍合金以及GaAs中产生的自旋极化电子也能引起手性分子的不对称分解。基于此，本论文首次提出了“圆偏振光→半导体载流子自旋极化→分子不对

4、称形成”的假设。为了验证上述假设，本论文进行了光催化半导体表面手性分子的不对称还原以及外消旋手性分子的不对称氧化反应等一系列实验，并制备了纯ZnS以及Fe、Ni、Cu掺杂的ZnS样品作为光催化剂。利用汞氙灯和通过实验室飞秒激光系统调制出的左旋和右旋圆偏振光（266nm）分别作为自然光和圆偏振光光源。在非偏振态自然光光催化实验中，发现在非偏振态自然光辐照下光催化富马酸还原合成琥珀酸反应中Fe、Ni掺杂的ZnS光催化效率不及纯ZnS；相反，Cu掺杂能显著提高ZnS的光催化效率，其最佳掺杂原子比为0.3%。随后，用纯ZnS作光催化剂，本论文研究了偏振光光催化合成与氧化两类手性分子——乳酸和氨基

5、酸。实验数据发现左旋圆偏振光有利于L-型手性分子的合成和氧化，右旋圆偏振光则倾向于D-型手性分子的合成和氧化，线偏振光对分子手性影响微弱。结合相关文献和上述实验结果，推测在光催化实验中乳酸和氨基酸的不对称合成及氧化可能与圆偏振光诱导ZnS样品内电子和空穴的自旋极化有关。本论文是自旋极化对手性选择性影响的一个有益探索。它不仅是对自旋电子学研究的延伸，更是在自旋电子学与不对称有机合成之间架起一座桥梁。同时，鉴于手性分子在有机化学、药物及一些化工产品合成等方面具有重要价值，本论文提出的理论与实验模型还可能具有重要的实际应用潜力。关键词：手性分子；不对称合成；圆偏振光；自旋极化；硫化锌；光催化-

6、I-AbstractAbstractChiralmoleculesarechemicalsowningtwoenantiomericandmirror-symmetricformswhicharenotsuperimposableoneachother.Becauseofthespecificstereocheimcalstructureofachiralmolecule,differentchiralcomponenthasuniquephysicalandchemicalproperties.Ithasbeenfoundthatcircularlypolarizedlight(CPL

7、)caninduceasymmetricsynthesisorphotolysisofchiralmolecules.SpinpolarizedelectroninthebulkofCPL-irradiatedFe-NialloyandGaAscanalsomakethedissymmetricdecompositionofchiralmolecules.Accorrdingly,thisthesisatthefirsttimepu