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
Synthesis and structures of cdq-topological quaternary and (4, 4, 8)-c topological quinary Zn-MOFs with both oxalic acid and triazole ligands
Jing LIANG, Qian WANG, Junfeng BAI
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240177
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.
关键词: controlled synthesis, multivariant metal-organic frameworks, pillar-layer typed structures
等离激增强上转换发光及其分子检测应用
杨扬, 李鹏城, 舒展, 屠能榮, 王宗花
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20230440
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Cu2-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Cu2-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Cu2-xS周围的局域电场分布,研究了在实际薄膜中Cu2-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,Cu2-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。
关键词: Cu2-xS纳米盘, 等离子激元共振, 分子检测
单晶高镍三正极材料:挑战与策略
黄辰悦, 郑鸿飞, 秦宁, 王灿沛, 王利光, 陆俊
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202308051
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。
关键词: 锂离子电池, 层状正极材料, 高镍, 单晶结构, 失效机制, 结构演化, 改性策略
机器学习指导筛选多主合金作为析氢反应电催化剂
伍昊, 李凤麒, 石欣伟, 卞海峰, 周庆, 贾顺顺, 马玉洁, 顾坚, 张靖梓, 何水剑, 孟祥康
【物理化学学报】doi: 10.1016/j.actphy.2025.100227
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。
关键词: 多主元合金, 析氢反应, 机器学习, 密度泛函理论
“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
以实践育人,以实境技:仪器分析实验教学改革实践与探索
陈红云, 李国然, 刘阳
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202601047
在化学、材料科学等前沿领域,定性定量分析技术已成为驱动学科发展和提升科研与工程实践水平的关键。仪器分析实验,正是培养学生掌握这门跨学科“通用语言”的核心环节。然而,传统仪器分析实验多侧重于原理认知与基础操作,与科研和工程实践存在显著差距,难以有效支撑实践型人才的培养目标。针对这一教学痛点,开展仪器分析实验的教学改革显得尤为重要,这是打破课堂教学与真实实践之间壁垒、系统构建两者有效衔接桥梁的关键。因此,本文以“实践育人”理念为指导,引入真实场景设计了一个开放探究型仪器分析实验项目——市售膳食补充剂中微量元素的测定。该实验内容包含引导式预习、开放式讨论、探究式实验三部分。实验重点聚焦谱线干扰的应对和方法可靠性的探究,使学生理解谱线选择和方法质量监控对于微量元素分析的重要性,培养学生设计并建立一个面向实际应用的、科学完整的电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)检测流程。教学实践结果表明,贴近生活的实验对象和未知的实验结果,极大提高了学生的学习兴趣,同时也提高了学生的思考能力、表达能力和实践能力。
关键词: 实践育人, 仪器分析, 电感耦合等离子体发射光谱, 微量元素
“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

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