设计串联S型光催化体系:机理见、表征技术与应用
KumarRohit, SudhaikAnita, Pawaz KhanAftab Asalam, NeguyenVan Huy, SinghArchana, SinghPardeep, ThakurSourbh, RaizadaPankaj
【物理化学学报】doi: 10.1016/j.actphy.2025.100150
串联S型异质结已成为光催化领域一项极具前景的创新技术,为环境修复提供了有效解决方案。与传统Z型或Ⅱ型光催化剂不同,S型结构选择性保留了高效参与氧化还原反应的高能光生载流子。这种独特机理能增强电荷分离、强化内建电场并提升光吸收能力。然而,单结S型体系存在量子效率低的问题。因此,构建多组分S型体系可有效提升光催化性能。串联S型体系由多个具有交错能带位置的半导体/材料组成,形成阶梯式或定向电荷转移机制。这种阶梯式电位梯度可显著提升电荷分离、光吸收、氧化还原能力、稳定性及整体光催化活性。本文深入阐述了串联S型异质结的作用原理,探讨了通过半导体配对、助催化剂添加和介质嵌入等设计策略实现电荷迁移最大化与复合最小化的方法;系统分析了多种合成路径及其动力学与热力学原理;讨论了包括密度泛函理论(DFT)模拟、原位X射线光电子能谱(XPS)、瞬态吸收光谱(TAS)、光致发光(PL)和电化学阻抗谱(EIS)在内的一系列先进表征手段,这些技术为揭示电子行为与界面动力学提供了重要见解。文章还探讨了该类异质结在二氧化碳还原、产氢和有机污染物降解等主要领域的应用。尽管潜力显著,但仍需解决合成工艺复杂、材料稳定性和规模化生产等挑战。针对现有局限,本文提出了未来研究方向。总体而言,串联S型异质结是构建高效可持续光催化技术的卓越方案。
关键词: 串联S型异质结, 二氧化碳还原, 能源生产, 水分解, DFT
夯基础、实践的化工原理教学创新初探
李昱, 宋兰兰, 张红秀
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202312087
针对在“化工原理”教学活动中所面临的学生“难理解、难应用、难坚持”三难痛点,教学团队基于OBE教学理念,“多维度、全方位”丰富理论教学体系,“夯基础、强实践”培养化学工程思维,“多项目、众主体”合理化教学评价,在摸索中推进了“化工原理”课程教学改革创新,有效强化了学生的创新能力、实践能力与工程思维,团队教师在推进教学创新改革的同时,积极参与教学研究、参加各项教学赛事,教学能力得到有效提升。
关键词: 化工原理, 教学创新, OBE教学理念
超短c轴盘簇L沸石介晶的晶种诱导合成:形貌控制、耦机理和增强吸附
严珂欣, 叶兆祺, 孔令涛, 李贺, 杨雪, 张亚红, 张宏斌, 唐颐
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202308019
缩短沸石材料的微孔孔道能有效提升客体分子的扩散传质性能。但目前一维L沸石(LTL)的合成中,缩短其沿一维微孔孔道方向(c轴方向)的长度至20到50 nm仍是一个挑战。本文首次在简单无机体系中通过加入纳米棒簇状L沸石作为晶种,快速(仅需4 h)合成了一种新型的L沸石介观结构晶体,且无需外加任何晶化修饰剂与模板剂。该介晶呈现出一种由超薄(约29 nm)的圆盘纳米晶沿c轴定向堆叠而成的盘簇形貌。这一独特的晶种诱导策略能够有效解耦L沸石的成核和生长阶段,为精确调控每个阶段的晶化行为以获得所需形貌结构提供了更大的操作空间。通过分析合成体系中介观尺度的晶核和微观尺度的基本构建单元衍化规律,实现了对晶种具体作用及衍化规律的解构:晶种溶解出的环笼结构加速了凝胶有序化,缩短了诱导期;而晶种溶解后的残余部分为生长期提供了密集的初始晶核,导向了新型盘簇结构的形成。通过对沸石生长条件进行调节,证实了其生长期存在蠕虫状前驱颗粒组装的行为,并实现了对盘簇中圆盘沿c轴方向厚度在18到55 nm范围内的精细调控。此外,通过选择直径为0.43到4.5 nm的系列模型分子作为吸附质,证明了该超短c轴样品在气相和液相体系大幅增强的吸附应用潜力。样品在小分子的扩散速率和大分子在气相的吸附量方面确实具有优势。在实际应用中,该样品在芳烃的吸附和分离以及染料和蛋白质的吸附方面具有一定的优势。
关键词: L沸石, 晶化机理, 非经典晶化机理, 形貌调控, 吸附性能, 晶种法
“认知体验-固本基-前沿创新”——复旦大学化学实验课程体系的建设与实践
刘莎莎, 刘永梅, 李有琴, 王娟, 孙立森, 张晋芬, 高翔, 孙兴文
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202405095
化学国家级实验教学示范中心(复旦大学),把培养一流本科生作为坚定目标和不懈追求,广泛吸收国内外先进的教育教学理念,聚焦国家社会对人才的需求,增强课程体系化建设,深化内涵,拓展外延,经过多年教学探索、建设和实践了“认知体验-固本强基-前沿创新”的进阶化学实验课程体系。在国家“教育数字化”战略发展方向,持续推进数字化教育资源,践行创新培养,优化和强化示范平台建设,实现中心的可持续发展。
关键词: 认知体验, 固本强基, 前沿创新, 数字化教育, 可持续发展
“厚基础、能力、深潜质”高分子材料与工程专业一流本科人才培养方案的构建与实践
赖学军, 张安强, 王涛, 吴水珠, 张广照
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202407012
当前高分子材料与工程专业本科生存在基础不扎实、创新能力不足、发展潜力未得到充分挖掘的问题。华南理工大学在高分子材料与工程专业2017版本科培养方案修订中,大幅提高“物理化学”“有机化学”等基础课程课时,优化实践环节和增加特色课程,构建了具有“厚基础、强能力、深潜质”特色的一流本科人才培养方案。结合工程教育认证要求及七年来的实践经验,我们还对培养方案进行了持续改进,在人才培养和专业建设方面取得显著成效。本文简要介绍该方案的修订和实践成效。
关键词: 高分子材料与工程, 培养方案, 基础化学, 工程教育认证
钴―氧键合作用提升缺陷型Co2MnO4酸性析氧反应稳定性
谢静宜, 吕千喜, 乔韦珍, 卜辰宇, 张昱声, 翟雪君, 吕仁庆, 柴永明, 董斌
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202305021
通过实验和理论已经验证钴基氧化物是一种很有前景的析氧反应(OER)催化剂。然而,普通的钴基催化剂在酸性环境中非常不稳定,在酸性电解质中容易被腐蚀。因此,在目前的研究中,设计出能在强酸性条件下同时保持活性和稳定性的析氧催化剂是实现大规模工业制氢应用的一项重要挑战。因此,我们报道了通过在四氧化三钴的尖晶石晶格中引入锰(Mn)从而产生富含缺陷的催化剂(CoMn1O),它在酸性电解质中具有较长的使用寿命。我们利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)和能量色散光谱(EDS)元素图研究了晶相结构和化学价态。在引入锰后,由于局部晶体结构的改变,产生了大量的缺陷。此外,随着锰含量的增加,可以观察到Co 2p光谱的红移,这表明Co的总价逐渐增加,形成了更稳定的Co―O键。此外,当Mn与Co的比例达到1(CoMn1O)时,目标催化剂表现出良好的OER活性,在10和50 mA∙cm−2时,过电位分别为415和552 mV。详细的物理表征和电化学测试表明,CoMn1O比不含锰的Co3O4(CoMn0O)能稳定4倍以上的时间。这可以归因于锰的引入调节了Co的电子密度偏向O,从而形成更稳定的Co―O键。Mn可以通过延缓Co活性位点的氧化速率来促进酸性氧的进化,并进一步提升稳定性。密度泛函理论(DFT)计算进一步分析了CoMn1O和CoMn0O的电子结构。与CoMn0O相比,CoMn1O中Co 3dd带中心(εd)向费米能级(EF)移动。这表明CoMn1O通过加强与OER中间物的键合作用从而降低了反应能垒。本研究为设计非贵金属电催化剂实现高效稳定的酸性析氧提供有前景的策略。
关键词: 中空结构, 钴锰尖晶石氧化物, 钴锰普鲁士蓝类似物, 酸性析氧反应
基础重交叉融合的药学创新人才培养探索与实践——以中山大学药学院为例
吴一诺, 尹胜, 胡文浩, 欧田苗
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202412016
中山大学药学院坚持以“立德树人”为根本任务,以培养复合型药学创新人才为目标,结合药学学科发展现状,以学生发展为中心,积极融入新医科建设。强化以化学、医学和生物学为基础的本科人才培养体系,深入推进课程体系建设和一流课程建设,构建“三全育人”和“五育并举”的新发展格局,全面推进以交叉融合为特征的创新型药学拔尖人才培养,努力培养具有深厚理论基础、优秀科学素养、卓越创新能力和宽广国际视野的药学精英人才。
关键词: 创新型药学人才, 学科交叉, 线上线下混合式课程
用于糠醇加氢的稳定型Rh/羟基磷灰石催化剂:氧化型金属-载体相互作用在还原条件下的应用
唐海莲, 陈思远, 刘巧云, 白国义, 乔波涛, 刘菲
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202408004
金属-载体强相互作用(SMSI)是多相催化中的一个重要概念,其发生可以显著提高催化剂稳定性并可能调变催化剂性能。然而,由于SMSI效应一般是可逆的,在与其构建的氧化还原条件相反的情况下会发生消退,因此其应用一般需要反应条件与构建条件相同或接近,因而受到限制。本研究报道了在羟基磷灰石负载的Rh催化剂(Rh/HAP)体系上构建的氧化型SMSI(O-SMSI)在还原性环境—糠醇加氢中的应用。通过CO吸附原位漫反射红外傅立叶变换光谱和电镜表征,发现经过500 ℃的高温氧化处理后在Rh/HAP催化剂上形成了O-SMSI效应,该效应伴随着载体对Rh颗粒的包裹行为。在O-SMSI作用下,Rh物种稳定存在于载体表面,其烧结和液相反应下的流失被显著抑制,因此催化剂在循环测试中表现出了稳定的糠醇转换活性和环戊酮选择性。另外,我们还观察到,Rh/HAP体系上的O-SMSI效应及其伴随的包裹行为只是部分可逆而非完全可逆。即使在高达600 ℃的高温还原后,部分SMSI效应仍然保留,确保了催化剂在还原反应中的稳定性。这一发现极大地拓展了SMSI催化剂的应用范围,并为稳定的加氢催化剂的研发提供了新途径。
关键词: 氧化型金属-载体强相互作用, 羟基磷灰石, , 稳定性, 加氢

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