经典内容、常教常新——以温-熵图为例
吴强, 侯文华
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202407102
在热力学可逆循环过程中,用温–熵图(T–S图)表示系统的温度与熵的变化关系,能同时显示出系统所吸的热与所做的功,从而可以方便地计算得到该循环的热功转换效率。本文总结了T–S图在多个经典热功转换循环过程中的应用,还介绍了近期报道的、利用电势的温度效应或浓差效应构建热力学循环,从低品位热能中获取能量的几个新型能量转换过程以及T–S图在其中的指导作用,可加深师生对T–S图的理解和认识,并拓展其应用范围。
关键词: 温-熵图, 热功转换效率, 热力学循环, 新能源利用
以Tröger碱大环为例分析多手性中心大环的立体异构体
石聪浩, 王冉冉, 强琚莉, 王乐勇
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202311034
立体异构现象是有机化学中重要的异构现象之一,具有重要的研究和教学意义。本文将以Tröger碱单元构筑的超分子大环为例,结合实验结果,探讨具有多手性中心大环的立体异构体。
关键词: 立体异构体, 手性大环, Tröger碱
磷掺杂碳负载ZnxPyOz常温常压下高效电催化合成氨
王佳, 秦清, 王哲, 赵旭浩, 陈云菲, 候利强, 刘尚果, 刘希恩
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202304044
合成氨(NH3)的发展是现代工业进程和人类生存的基石。受氮气(N2)化学惰性的限制,当前的合成氨工业能源消耗高并且排放大量的二氧化碳。电化学氮气还原反应(NRR),是有望取代高能耗的Haber-Bosch (HB)合成法的一种绿色可持续的合成氨工艺。然而,因氮气以及析氢竞争副反应(HER)导致电催化氮气还原极低的NH3产率和能量转换效率一直是目前人工固氮领域面临的挑战。在本文中,我们报道了一种具有丰富孔结构的磷掺杂碳(PC)负载Zn3(PO4)2/Zn2P2O7纳米复合材料(h-PC/Zn3(PO4)2/Zn2P2O7),在酸性和中性介质中将N2高效催化转化为NH3。其独特的分级多孔结构提高了表面粗糙度并加快了氮气在催化剂体相中的扩散,这有利于延长氮气在催化剂表面的停留时间以及提高活性位点的利用效率;而多组分的均匀分布可以调节电子结构并优化反应中间体的吸附行为,进而提高活性位点的本征活性。在0.1 mol∙L−1 HCl电解液中,h-PC/Zn3(PO4)2/Zn2P2O7在−0.2 V vs.可逆氢电极(RHE)电位下NH3的产率可以达到38.7 ± 1.2 μg∙h−1∙mgcat−1,法拉第效率为19.8% ± 0.9%。此外,h-PC/Zn3(PO4)2/Zn2P2O7在0.1 mol∙L−1 Na2SO4溶液中同样展现出优异的电催化氮气还原合成氨性能,NH3产率及法拉第效率分别为17.1 ± 0.8 μg∙h−1∙mgcat−1和15.9% ± 0.6%,明显优于PC/Zn3P2、C/ZnO和大多数报道的非贵金属电催化剂。这种优异的性能主要归因于多孔结构有利于传质及多组分活性位点协同效应。此外,我们采用非原位X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等表征手段对NRR测试前后h-PC/Zn3(PO4)2/Zn2P2O7的组成和结构变化进行了剖析。在反应后检测到了新增的N物种信号,证明催化剂表面确实发生了氮气还原反应。本研究提供了一种通过同步构建传质通道并耦合不同的活性位点以协同增强NRR活性和选择性的新思路,这对加快绿色制氨工业化具有重大意义。
关键词: 氮气还原反应, 电催化剂, 孔结构, 多活性中心, 协同效应
揭秘晶体场理论——镍大环配合物的制备、表征与性能测定
张可微扬, 范梓涵, 肖力源, 龙海涛, 敬静
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202310084
晶体场理论是配位化学中的基本理论之一,也是本科无机化学教学中的重点和难点内容。本文基于前沿文献报道的镍大环配位化合物,引入多种配体,设计了一个扩展性强的多层次综合性实验。学生通过制备系列镍配合物,观察颜色,测定红外吸收光谱、紫外-可见吸收光谱和有效磁矩,结合课堂讲解与文献阅读,分析配合物的配体组成与中心离子的晶体场构型。实验共计8学时,综合无机、分析、物理化学的理论知识与实验操作,实验现象明显、重复性好、成本低廉、安全性高,充分锻炼学生利用多种分析手段解决实际问题的能力,在“问题导向”的情境中提升学生的化学核心素养。
关键词: 综合实验教学, 晶体场理论, 配位化学, 大环配体, 镍配合物
DeepSeek大模型:对无机化学教与学的启示
马亚鲁, 田昀, 马骁飞
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202502109
借助DeepSeek大模型进行模拟学习,挖掘DeepSeek大模型对无机化学教与学的有效元素,思考数智赋能时代下化学课程教与学的创新方向,以应对社会发展对无机化学教学提出的要求和挑战。
关键词: DeepSeek大模型, 无机化学, 教与学, 创新, 挑战
近常压X射线光电子能谱研究固-气和固-液界面
刘崇静, 夏雨健, 张鹏军, 魏世强, 曹登丰, 圣蓓蓓, 褚勇衡, 陈双明, 宋礼, 刘啸嵩
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202309036
材料表面是能量储存和转化反应发生的直接场所,因此,真实反应条件下材料的表面化学和结构在理解反应机理方面起着关键作用。X射线光电子能谱是一种表面敏感技术,已经成为研究材料表面复杂成分和电子结构的主要工具之一。传统的X射线光电子能谱受限于真空条件,这限制了对原位条件下固-气和固-液界面的研究。但随着真空差分技术和静电透镜系统的引入,X射线光电子能谱不再局限于超高真空条件。结合同步辐射光源的优势,近常压X射线光电子能谱(NAP-XPS)展现出更先进的特点。在近年来,NAP-XPS迅速成为研究各种固-气和固-液界面的重要工具。通过NAP-XPS和一些先进的光谱学和显微镜技术,研究人员可以获得原子尺度的界面信息,这使得他们能够更深入地了解这些界面的性质。本文对近年来代表性的NAP-XPS研究进展进行了简要回顾,以阐明其在固-气和固-液界面研究领域中引发的新认识。最后,文章还讨论了关于NAP-XPS技术的挑战和前景,希望可以激发新的研究思路。
关键词: 近常压, X射线光电子能谱, 同步辐射, 能源材料, 固-气界面, 固-液界面
固液分离及其操作规范建议(二)——常压过滤、减压过滤及真空泵的使用
王翊如, 董志强, 宋娟娟, 范永仙, 刘冬成, 任艳平, 曾秀琼, 赵发琼, 章文伟, 石梅, 胡敏, 李婉, 王秀云, 李维红, 邱晓航, 范勇, 张剑荣, 张树永
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202507042
固液分离是化学合成与分离、纯化等实验中的基本操作之一。常用的固液分离方法有倾析法、离心分离法和过滤法,一般需根据固体颗粒的大小、固体量的多少以及液体的黏稠度等选择适宜的固液分离方法。本文主要介绍基于过滤分离的常压过滤和减压过滤的原理和适用对象、分离操作的基本要点和注意事项,并提出了常压过滤和减压过滤的基本操作规范建议,希望能为同行开展实验教学提供参考。
关键词: 化学实验, 固液分离, 过滤法, 常压过滤, 减压过滤, 真空泵, 操作规范
常压条件下废弃塑料资源化可持续合成航煤基环烷烃
彭嘉禾, 温东晓, 江吉周
【物理化学学报】doi: 10.1016/j.actphy.2026.100341
一种大斯托克斯位移的红光发射荧光探针选择性检测次氯酸
白佳坤, 徐婷, 张璐, 彭江, 李宇强, 贾俊辉
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240002
设计、合成了一种基于巴比妥酸衍生物的具有D-π-A结构的光学探针3。该探针能够作为一种高度灵敏和选择性的次氯酸指示剂,快速实现对次氯酸的比色和荧光信号(开-关)的双响应(约15 s)。推测的响应机制是ClO-与C=C之间发生了亲电加成和氧化裂解反应,导致探针的D-π-A结构遭到破坏,从而阻断了其分子内电荷转移(intramolecular charge transfer,ICT)进程。探针只需一步即可合成,同时具有红光发射(628 nm)和较大的斯托克斯位移(158 nm),检测限(limit of detection,LOD)低至14 nmol·L-1。此外,探针还表现出低细胞毒性,并成功应用于活细胞成像。
关键词: 大斯托克斯位移, 次氯酸检测, 比色荧光双响应, 红光发射, 细胞成像
Self-assembly of [Pd6(L)4]8+-type macrocyclic complexes for fluorescent sensing of HSO3-
Xiaofei NIU, Ke WANG, Fengyan SONG, Shuyan YU
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240057
In this study, parallelogram-like macrocyclic supramolecular metallacycles [Pd6(bpy)6(L1)4](PF6)8 (1a) and [Pd6(bpy)6(L2)4](PF6)8 (2a), where HL1=1-(1H-pyrazole-4-yl)-4-(4-pyridyl)benzene, HL2=9-(1H-pyrazole-4-yl)-10-(4-pyridyl)anthracene, and bpy=2, 2'-bipyridine, are synthesized by reacting aryl pyrazole pyridine ligands with dipalla-dium corners in aqueous solutions via metal-directed hierarchical self-assembly. The structures of the supramolecular Pd parallelograms are confirmed through single-crystal X-ray diffraction. Notably, the two parallelogram metallacycles can be used as"turn-on"fluorescence sensors to detect HSO3- through a disassembly mechanism. In addition, the 1a-based sensor shows selective detection of HSO3- without interference from other anions. The detection limit was as low as 0.131 μmol·L-1. Furthermore, complex 1a presented the semiquantitative visual detection ability for HSO3- in the test trip mode via fluorescence changes.
关键词: self-assembly, supramolecular Pd parallelogram, fluorescence detection, supramolecular crystal, bisulfite probe

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