酰胺合成是有机化学重要的研究方向之一。将国际前沿的酰胺合成方法引入到基础有机化学实验教学中可以丰富教学内容并促进本科教学与科研成果之间的融合。本文报道了一个以氮杂环卡宾催化醛的极性反转为知识重点的酰胺合成实验，以苯甲醛、亚硝基苯为原料，在无水无氧条件下实现了N-羟基-N-苯基苯甲酰胺的高效合成。该实验利用薄层色谱对反应过程进行监测，并通过红外、核磁共振波谱确定了产物结构。该实验具有操作简单、反应条件温和、高原子经济性、可重复性好等特点，非常适用于本科生实验教学。本实验将极性反转这一重要概念与氮杂环卡宾催化这一科学前沿有机结合起来，有利于激发和培养学生的科研兴趣。

Different solvothermal reactions of ZnC₂O₄ with oxalic acid (H₂ox) and 1, 2, 4-triazole (Htrz) successfully gave a new quaternary (NJTU-Bai83, NJTU-Bai=Nanjing Tech University Bai's group) and a new quinary (NJTU- Bai84) anionic metal-organic frameworks (MOFs), where NJTU-Bai83=(Me₂NH₂)₂[Zn₃(trz)₂(ox)₃]·2H₂O and NJTU-Bai84=(Me₂NH₂)[Zn₃(trz)₃(ox)₂]·H₂O, respectively. With the [Zn₂(ox)₄(trz)₂] secondary building unit (SBU) in NJTU- Bai83 replaced by the [Zn₃(ox)₂(trz)₆] and planar [Zn(ox)₂(trz)₂] ones in NJTU-Bai84, 2D supramolecular building layers (SBLs) are changed from the A-layer and B-layer to another A-layer, while pillars are transformed from the tetrahedral [Zn(ox)₂(trz)₂] SBU to the irregular tetrahedral [Zn(ox)₂(trz)₂] and planar [Zn(ox)₂(trz)₂] SBUs. Thus, cdq-topological quaternary NJTU-Bai83 is tuned to (4, 4, 8)-c new topological quinary NJTU-Bai84. Two MOFs were well characterized by powder X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, elemental analysis, etc.

针对荧光分子检测普遍灵敏度低和检测范围窄的问题，制备了具有等离子激元共振特性的重掺杂半导体纳米结构Cu_2-xS和典型的稀土掺杂上转换发光纳米颗粒NaYF₄∶Yb，Er，通过三相界面自组装方法获得了Cu_2-xS/NaYF₄∶Yb，Er薄膜基底。结合有限元模拟，计算了不同摆放情况下Cu_2-xS周围的局域电场分布，研究了在实际薄膜中Cu_2-xS纳米盘之间产生的等离激元耦合对上转换发光性能以及对拉曼信号增强的影响。结果表明，Cu_2-xS等离激元层与NaYF₄∶Yb，Er发光层的耦合，不仅得到了上转换3个数量级的提高，还实现了分子检测10^-7 mol·L^-1的检测极限，并且获得了10^-3~10^-7 mol·L^-1的宽线性响应，从而达到高灵敏度的定性和定量双功能的精确检测。

进一步提高锂离子电池的能量密度、循环寿命和安全性对电动汽车的普及至关重要。三元层状正极材料因其高比容量、低温性能良好、成本较低等优势，近年来在动力电池领域备受关注。高镍化和高电压化被认为是提高三元材料能量密度的有效途径。然而，基于传统多晶三元正极的高镍化和高压化可能会显著降低材料的循环稳定性和热安全性，设计单晶三元正极材料被认为可以有效缓解高压多晶三元正极稳定性问题的可行途径。但是，单晶三元正极仍然面临着离子传输动力学受阻、非均匀荷电状态、晶格参数各向异性变化、阳离子混排、化学机械降解等挑战。因此，本文从三元正极材料的本质结构演化角度系统地分析和总结了多晶与单晶结构失效的共性问题。此外，还归纳了单晶高镍三元材料的合成工艺调控、元素掺杂、表界面改性等策略，梳理了结构设计与电化学性能之间的构效关系，并对单晶高镍三元正极材料的未来发展方向进行了展望，能够为高比能三元正极材料的开发提供理论指导。

多主元合金凭借组分间的协同作用，展现出卓越的物理化学性质，成为极具潜力的析氢反应(HER)电催化剂候选材料。然而，多主元组分结构的复杂性及系统性机器学习(ML)筛选方法的缺乏，使得电催化剂组分的最佳配比无法确定，这制约了多主元合金电催化剂的合理设计与开发。本研究通过Light Gradient Boosting模型从601种候选合金中筛选出了NbZnCo₂多主元合金作为最优候选材料，与Pt/C相比，其成本缩减了约34倍，同时HER活性更优。结合密度泛函理论(DFT)计算与实验验证，证实了ML模型的可靠性。微米级NbZnCo₂催化剂在10 mA cm⁻²电流密度下仅需20 mV超低过电位，并保持60 h的稳定运行。此外，纳米级NbZnCo₂颗粒仍保持了优异HER性能，验证了NbZnCo₂合金作为HER电催化剂的普适性。本研究构建了"机器学习-密度泛函理论-实验"框架，筛选出高性能HER电催化剂，该方法可扩展至其他电催化反应，为可持续能源转换技术提供了更广阔的应用前景。

在pH = 5缓冲溶液条件下，对仅有Co²⁺、仅有Ni²⁺、Co²⁺与Ni²⁺混合三种情况下Co²⁺的萃取率进行了探究。结果显示单独萃取Co²⁺时萃取率高达75.47%；然而对于混合溶液，萃取率较单独萃取Co²⁺明显下降。通过系列对比实验发现Ni²⁺的存在对Co²⁺的分光光度测量造成了干扰。因此，在综合性实验中我们利用分光光度法针对Co²⁺的萃取率进行分析，以及对可能影响萃取率的因素——pH、萃取时间、萃取次数进行了探究，寻找最佳实验条件，提高萃取率。

In this study, sawdust served as a carbon source and urea as a nitrogen source to synthesize carbon- supported, nitrogen-doped TiO₂ composites via a one-pot solvothermal method. The composites were characterized using FTIR, powder X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, ultraviolet-visible diffuse reflectance spectroscopy, thermogravimetry-derivative thermogravimetry, scanning electron microscopy-energy dispersive spectroscopy, and transmission electron microscopy. Results indicated that all synthesized composites exhibit the anatase phase, with those calcined at 800 ℃ demonstrating enhanced crystallinity. Nitrogen is incorporated into the TiO₂ lattice, while carbon is predominantly located on the surface. Photodegradation experiments showed that 20 mg of composite N-TiO₂/C-800 achieved degradation rates of 93.4% for methylene blue (20 mg·L^-1, 50 mL) and 99.4% for oxytetracycline (20 mg·L^-1, 50 mL) within 30 min. Free radical capture experiments indicated that h⁺ was the primary active species in the photocatalytic degradation process.

利用溶胶凝胶法制备出一种三角形Au@TiO₂核壳材料。经过水热晶化，该材料膨胀至300 nm，壳层TiO₂晶化为介孔锐钛矿相，但核心三角形Au颗粒的形貌保持不变。采用粉末X射线衍射(PXRD)、ζ电位、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、热重分析(TGA)、光致发光(PL)光谱、光电流(i-t)以及光催化降解技术，对样品的结构和性能进行了系统、详细的检测与分析。经过晶化处理的Au@TiO₂在可见光波段的光降解亚甲蓝性能比未晶化时有了显著的提升, 1 mg·mL^-1 Au@c-TiO₂可以在可见光照射1 h后实现对60 mg·L^-1亚甲蓝全降解。电子顺磁共振(EPR)测试表明·O₂^-和·OH两种自由基对光降解起到了很大作用。通过综合分析实验结果和时域有限差分(FDTD)分析，探究了催化反应的机理。

本文报道了一种无过渡金属参与的次磺酰胺氧化磺胺化，实现磺酰胺-亚磺脒分子的高效快速合成。非常适合作为高年级本科生综合实验教学，整个实验流程涵盖底物与产物的制备、反应进程监测与分离纯化、产物结构表征等。不仅可以系统提升有机合成与结构解析等核心实验技能；更通过引入原创性研究成果，激发学生科研探索兴趣，强化实践能力与创新意识，为复合型人才的成长奠定基础。该实验已经在本科生实验教学中进行了验证。

有机结构分析在化学相关专业本科生和研究生课程教学中占有重要地位。传统的有机结构分析课程教学侧重于基础理论和四大谱的应用，对于前沿的科研成果和技术应用较少涉及。这些传统的有机结构分析手段在复杂分子体系的研究中具有一定的局限性，包括需要依赖高纯度的实验样品，对复杂信号峰的归属难以确定，且实验周期长、成本高。计算化学通过密度泛函理论(DFT)等方法，可以对有机分子的结构、性质和反应机理等进行理论预测。这有助于解析分子的结构和预测反应活性，并为进一步实验设计提供理论指导，减少实验的盲目性。本文以螺旋桨型六苯并三亚苯(hexabenzotriphenylene，HBTP)的有机结构分析为例，通过科研反哺教学，利用计算化学结合实验结构进行了深入探究，展示了计算化学在辅助有机结构分析中的应用。