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
二维单层BiOI纳米片的晶格热导率与声输运机制
谢欢欢, 宋英楠, 李磊
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240281
针对二维单层BiOI纳米片的晶格热导率及其声子输运性质进行了深入探究。通过结合第一性原理计算和玻尔兹曼输运理论,系统地分析了单层BiOI纳米片在不同温度下的声子群速度、格林艾森参数、三声子散射率和散射相空间等关键物理量。计算结果显示,单层BiOI纳米片在室温下的本征晶格热导率约为4.71 W·m-1·K-1,当温度升高至800 K时,其热导率显著降低至1.74 W·m-1·K-1。面外声学支(ZA)、横向声学支(TA)和纵向声学支(LA)声子模式在所研究的温度范围内对晶格热导率的贡献几乎相等。低晶格热导率的物理根源归结于低声子群速度、强烈的声子-声子散射过程以及较低的德拜温度。此外,还探讨了单层BiOI纳米片的电子结构,确认了其具有半导体特性,并且间接带隙约为2.16 eV。
关键词: 单层BiOI纳米片, 晶格热导率, 声子输运, 第一性原理计算
无患:“皂”不完的精彩,“油”无尽的未来
张岚晖, 徐睿远, 翁盈盈, 李万梅
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202412032
介绍了一场以推广环保理念为核心的产品发布会,重点展示了四款基于无患子的环保产品:无患子天然洗手液、无患子天然洗发水、无患子皂苷杀虫剂和无患子生物柴油。这些产品不仅利用了无患子的天然特性,而且在减少化学污染、保护环境方面发挥了重要作用。文章强调了每款产品如何体现无患子的环保价值,并概述了发布会的目标:激发公众环保意识,弘扬可持续发展理念,倡导“无患无忧”生活方式。通过这些创新产品,发布会旨在展示无患子在现代生活中的重要性,并鼓励人们采取行动,共同为环境保护工作做出贡献。
关键词: 无患子, 无患子皂苷, 环保, 可持续发展
如何求同核双原子分子的平衡核间距——以H2分子为例
舒勇, 陈星, 段赛, 廖荣臻
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202310102
平衡核间距在研究双原子分子性质中有着非常重要的地位,通过光谱实验和量子化学计算都可以得到其平衡核间距。H2是最简单的双原子分子,本文将以它为例介绍求同核双原子分子平衡核间距的光谱实验方法,包括拉曼光谱、电场诱导偶极矩跃迁光谱和四极矩跃迁光谱,并介绍其薛定谔方程的求解历史,尤其是平衡核间距和键解离能。
关键词: 平衡核间距, 键解离能, 光谱方法, 量子化学计
纳米薄层MCM-22分筛合成及其三甲苯异构化催化性能
高玉芳, 侯楠, 梁亚凝, 李宁, 张燕挺, 李泽龙, 李晓峰
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240036
采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和六亚甲基亚胺(HMI)组成双模板体系,以气相二氧化硅为硅源,在150 ℃下动态原位合成了薄层的MWW型MCM-22分子筛纳米片,并考察了CTAB添加量对分子筛产物的影响。采用粉末X射线衍射(PXRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N2吸附-脱附、氨气程序升温脱附(NH3-TPD)、高倍透射电子显微镜(HRTEM)、吡啶红外(Py-IR)和2,6-二叔丁基吡啶红外(DTBPy-IR)测试方法对合成的分子筛样品进行表征。结果表明:采用双模板体系可以制备出5~10 nm的薄层MWW型纳米片。同时,通过偏三甲苯异构化反应对样品的催化性能进行了表征,催化结果显示样品d-MWW-4%CTAB具有较好的催化性能,其中偏三甲苯的质量转化率、均三甲苯质量收率及均三甲苯选择性分别为34.97%、22.42%和64.09%,这主要归因于薄层纳米片MCM-22具有的较大外表面积和片层间形成的晶间介孔结构。
关键词: 双模板, MWW型纳米片, 原位合成, 异构化
ZSM-5分筛中铝分布与孔结构协同催化生物乙醇制丙烯
茹薏, 孟涛, 薛招腾, 毛东森
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20250255
采用水热法成功将镁(Mg)引入ZSM-5分子筛骨架结构中,系统考察了Mg含量对分子筛孔的结构、酸性质、骨架铝(framework aluminum,AlF)分布及催化生物乙醇制丙烯(bioethanol to propylene,ETP)反应性能的影响。结果表明,随着Mg含量的增加,分子筛介孔体积显著增大,结晶度略有下降。氨气程序升温脱附(NH3-TPD)和吡啶红外(Py-IR)分析结果显示,Mg的引入有效降低了分子筛总酸量和强酸强度,同时提高了Brønsted酸的比例。固体核磁共振(27Al MAS NMR)和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表明,Mg的引入促使AlF从通道交叉处向正弦或直通道迁移,并减少了铝对(aluminum pair,Alpair)的形成。催化反应评价结果显示,适量Mg改性的分子筛(2-MgHZ5)表现出最优的ETP性能,丙烯选择性从改性前的ZSM-5(HZ5)的26.8%提高至29.5%,丙烯选择性维持在不低于10%的时间更是从HZ5的15 h显著延长至30 h,这归因于其适中的酸强度、丰富的介孔结构以及Al分布的优化有效抑制了芳烃循环和积碳生成,促进了烯烃-环戊二烯循环路径。
关键词: ZSM-5分子筛, 杂原子镁, 酸性质, 铝分布, 生物乙醇制丙烯
“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

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