本研究整合Bohrium云计算平台和国产开源软件ABACUS，构建了一种创新的混合式教学模式，并将其应用于天津大学“新能源材料与化学”课程。课程设计结合理论与实践，涵盖自洽计算、结构优化、电子态密度、能带结构和声子特征等内容。其中，云计算平台的引入显著降低了操作难度，提高了课堂互动性，同时激发了学生的自主学习与创新思维。该教学方法有效提升了教学质量，为培养具有国际视野和创新能力的化学专业人才提供了新的思路。

Bohrium科学计算云平台具有易配置计算环境、易部署安装软件、易成员协作和计算资源充沛等优势，可解决传统计算模拟课程教学中的软件安装、理论和实践割裂等问题，为材料和化学计算模拟课程教学提供极大便利，可显著提高课程教学效率。本文重点介绍Bohrium平台的特色以及教学优势，并展示基于Bohrium平台的分子建模、分子动力学模拟等实验案例设计。

采用密度泛函理论构建了不同卤族轴向配位原子修饰的碳载Fe-N₄位点(Fe原子与同一水平面的4个N原子配位成键)模型(Fe-N₄-F/C、Fe-N₄-Cl/C和Fe-N₄-Br/C)，通过计算上述模型的态密度、Mulliken电荷、氧还原中间体吸附能以及氧还原自由能，深入研究卤族轴向配位原子对Fe中心电子结构和吸附行为的调控机理，明确不同卤族轴向原子与Fe-N₄位点氧还原活性之间的构效关系。计算结果发现，引入Br作为轴向配位原子可以有效优化Fe原子的电子结构，从而适当降低Fe中心对OH*中间体的吸附强度，促进OH*解吸反应顺利进行。与Fe-N₄/C模型相比，Fe-N₄-Br/C模型具有更低的决速步骤(即OH*解吸)反应能垒。因此预测卤族轴向配位原子修饰策略能够改善Fe-N₄位点的氧还原本征催化活性。

配位作用，是化学中一个重要的概念，是一种分子、原子、离子之间的相互作用，基于这种作用力形成的化合物称为配合物，从千年前的古法染布技艺到当今化学工业与生活中，配位化学都起着重要的作用，而大众对于配位化学的认知程度有限。本科普实验借鉴我国传统媒染工艺，选用植物色素(茜素、苏木素等)对植物纤维染色，展现“媒染”背后的配位化学。通过该色素与媒染剂中的金属离子络合呈现配合物的丰富颜色；通过对比实验展示有、无配位作用的染色、固色效果，体现配位化学的重要作用；并基于我国非物质文化遗产手工艺——扎染，呈现出自创扎染作品，让人们感受化学之美的同时也切身感受匠人智慧和中国手工艺的魅力。同时，结合生活实际，设计居家实验方案(以洋葱皮煮水制作染料)，便于大众居家实验，体现出实验的可推广性。设计适合幼儿及小学生、初高中生、大学生及公众的科普活动。本科普实验将化学、艺术与文化紧密结合，呈现效果具有可观赏性，且过程绿色安全、无毒无害。

“无机化学”的授课对象为大一新生，学生的学业适应有待提高；课程的理论性强，理论与实验难以同步开展；同时，理论与实践不能有机融合。针对以上问题，为了提高拔尖学生的学习能力，教学团队进行了全面改革。依托信息化资源平台和人工智能知识图谱，创新教学模式，通过混合式教学模式，解决部分学生学习与老师上课进度脱节的问题，提高学生自主学习能力并满足个性化需求；创新教学手段，将虚拟仿真等新技术引入课堂，解决理论与实验脱节的问题，提高学生深度学习能力；创新教学环境，依托学校实验平台和当地地质博物馆沉浸式学习，解决理论与实践脱节问题，提高学生实践创新能力；创新教学主导，依托博物馆，学生参与讲解员等志愿者活动，提高学生社会服务意识。“无机化学”的创新改革让课程平台资源更丰富、成果更多、教学质量获得同行高度认可，学生收益多、创新实践能力显著增强。

一流的教学内容要求达到“知识-能力-素质有机融合”。“配位化学基础”教学内容作为无机化学理论基础之一的主章节，应在教育部提倡的“专业-能力-素质有机融合”育人精神指导下，突破长期存在的固化框架，构建新的课程设计，加强基础概念的科学性和准确性，培养学生学以致用的能力，提高学生的科学素养，体现“高阶性、创新性和挑战度”。提议将章名改为“配位化合物基础及应用”，内容扩充描绘为6个模块；尽量使教学内容的重构在保证基本面知识结构的前提下与时俱进，适当凸显配位化学发展中的最新理论、最新研究成果、最新前沿、实践成果；同时凸显“专业与思政同向同行”，充分发挥课程育人功能，从专业、能力、素质全方位促进学生学业发展。

超大体积且稳固的单齿胺基配体在发展低配位的过渡金属配合物时能够提供良好的动力学保护，阻止低聚反应发生。本研究中，利用了硅基胺和氨基钠的反应首次合成了超大体积的六异丙基二硅基胺基钠(2)，表征了它分别与四氢呋喃(THF)和甲苯(Tol)形成的2例配合物2-THF和2-Tol的晶体结构。然后通过2-THF与过渡金属卤化物FeCl₂、CrCl₂的脱盐反应，合成了二胺基铁[Fe(Ⅱ)(N(SiⁱPr₃)₂)₂] (3)和二胺基二氯合二铬[Cr(Ⅱ)(N(SiⁱPr₃)₂)Cl]₂ (4)。由于超大胺基的空间位阻效应，配合物3呈现近乎直线构型，其N—Fe—N键角为178.10°。配合物4是单胺基一氯化铬(Ⅱ)的二聚体，三配位的Cr(Ⅱ)通过2个桥联Cl^-形成{Cr₂Cl₂}的菱形二聚体核心。为了合理描述过渡金属低配位构型的电子强关联体系，使用改进的多参考态方法(iCAS)计算了3和4的分子轨道。结果表明，3的成键贡献主要来自2个Fe—N的σ键，且Fe(+1.03)和N(-1.21)所带电荷数确认了较强的离子性配键特征，Fe—N之间的π成键不明显。五重态高自旋的Fe具有1个双占据轨道和4个单电子轨道，源自3d轨道。4的6个满电子分子轨道对应2组Cr—N的σ成键、2组Cl上的p型孤对和2组N上的p型孤对。2个Cr(Ⅱ)拥有8个能量较高的d电子，分别成单占据，其中1个活性轨道显示出Cr…Cr的相互作用。

氨气是一种有毒气体，排放到空气中会对人类和环境造成不可估量的危害，制备廉价、绿色的氨气吸附材料对于氨气处理具有重要意义。本研究采用低成本的8-羟基喹啉-5-磺酸(H₂QS)作为配体，通过简单的低温水热法合成了La³⁺基金属有机框架{[La₄(QS)₆(H₂O)₆]·18H₂O}_n (MOF-LaQS)。实验结果显示，MOF-LaQS在273 K、101 kPa条件下对氨气的最大吸附量可达228 cm³·g^-1(10.2 mmol·g^-1)，且在极低压力(0.101 kPa)下仍能吸附48 cm³·g^-1(2.14 mmol·g^-1)的氨气。通过原位红外光谱和密度泛函理论计算证实了MOF-LaQS中开放的La³⁺金属位点是吸附氨气的关键位点，揭示了其高效吸附氨气的机理。

采用硫酸铝(Al₂(SO₄)₃)来强化硫酸(H₂SO₄)对混合稀土精矿中氟碳铈矿的浸取，使用三异辛胺和N₁₉₂₃对浸出液中的余酸和稀土元素进行分步萃取，并获得硫酸钙、冰晶石副产品及独居石精矿。结果表明，铝与氟的强配位作用不仅强化了浸取，还消除了HF的产生，有利于稀土与氟铝的分离及氟铝的综合回收利用，消除了对环境的影响。在液固比(矿浆中液体体积与固体的质量之比)为32 mL·g^-1的条件下，100目的稀土混合精矿与3.0 mol·L^-1 H₂SO₄和0.3 mol·L^-1 Al₂(SO₄)₃的混合溶液在135 ℃和200 r·min^-1的搅拌条件下反应2 h时，精矿和稀土浸出率分别达到68.00%和66.91%，氟离子浸出率和萤石的分解率分别为94.42%和99.30%。采用三异辛胺萃取浸出液中的大部分余酸后，直接用N₁₉₂₃萃取稀土，萃取率为97.38%；用HCl反萃负载有机相中的稀土，反萃率为98.05%，反萃液中铝与稀土的质量比仅为0.008 0。萃余水相中的氟铝配合物与外加氟源反应生成冰晶石，实现了氟铝资源的回收。