【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240098
利用水热法合成了一种宽带近红外Na3CrF6荧光粉,研究了其结构、微观形貌和光致发光性能。结果表明,在435 nm激发光的照射下,Na3CrF6荧光粉可发出650~850 nm宽带近红外光,其峰值位于738 nm处,半高宽为95 nm;通过分析光谱数据,发现Cr3+在Na3CrF6荧光粉中的晶体场强度为1.72,处于弱晶体场环境中;298~473 K温度范围内,随着加热温度的升高,Na3CrF6荧光粉的发光强度缓慢下降。
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202504073
混合溶剂重结晶是一种常用且选择性强的纯化方法,但当前教学中缺乏系统规范,学生常因溶剂选择不当、操作策略不合理,导致结晶失败或纯度不高。本文梳理了混合溶剂重结晶的基本原理与操作流程,明确了溶剂选择、脱色、热过滤与结晶诱导等步骤,提出的操作建议具有良好的可行性与推广价值,为教学标准化提供参考。
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240110
通过在N-甲基吡咯烷酮(NMP)有机溶剂中锌电极与CuI之间的置换反应,在锌电极上原位构建了一层致密且疏水的铜金属保护层(Cu@Zn)。铜金属保护层能有效地隔离锌电极与电解液的接触,减少锌电极-电解液界面的析氢和腐蚀等副反应。同时,铜金属保护层还具有较好的亲锌性,更小的界面电阻,更低的成核能垒,有利于锌离子均匀沉积,从而有效抑制了锌枝晶的生成。Cu@Zn对称电池实现了超过1 700 h(1 mA·cm-2)和1 330 h(3 mA·cm-2)的循环寿命。采用商用MnO2与之匹配得到的Cu@Zn||MnO2全电池不仅在1 A·g-1下具有168.5 mAh·g-1的可逆比容量,还可稳定循环2 000次以上
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202309027
激发态分子内质子转移(ESIPT)反应是一种重要的基础光化学反应,通常发生在具有分子内氢键的发色团中。3-羟基黄酮类衍生物(3-HFs)由于其广泛的天然来源和对环境极度敏感的荧光发光特性而备受关注。与3-HFs相比,4′-N,N-二乙氨基-3-羟基黄酮(D-HBF)具有扩展的共轭体系和大幅红移的吸收特性,而最新研究表明,由于具有ESIPT特性,它可以用作环境极性敏感的生物荧光探针。本研究通过采用多种光谱和理论计算方法,系统研究了D-HBF在极性不同的三种非质子型溶剂(环己烷、乙醚和四氢呋喃)中的ESIPT反应机制。研究结果显示,在这三种溶剂中均能观测到D-HBF的ESIPT典型双发射峰,而这些峰的相对比率受溶剂极性的调控。荧光动力学分析揭示,随着溶剂极性的增加,激发态中正向和反向的质子转移反应速率都降低,同时反向质子转移变得更占优势。该研究还通过密度泛函理论和含时密度泛函理论计算,比较了三种溶剂中D-HBF的基态和激发态分子内氢键的键长和键角参数,确定了ESIPT反应是激发态分子内氢键增强机制。计算结果表明,增加溶剂极性会导致处于S1态的D-HBF分子的3-羟基伸缩振动红外吸收频率向高波数移动,这证明了相应的N*态的分子内氢键减弱。此外,电子密度分析显示,引入在4′-位的强给电子官能团(4′-N,N-二乙氨基)使得D-HBF在激发态下具有典型的分子内电荷转移特征。最后,势能曲线计算结果表明,在激发态下质子转移更容易发生,而溶剂极性增加会导致更高的质子转移势垒,从而阻碍了相应的ESIPT反应。吉布斯自由能分析进一步表明,溶剂极性增加使激发态快速质子转移更倾向于向N*态移动。这项研究为D-HBF类衍生物作为环境极性敏感的生物探针的应用提供了理论基础。
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202310093
光催化氧化较传统氧化反应更具有安全可控、条件温和、绿色环保的优点,已成为化学前沿中的研究热点之一,并受到广泛关注。目前,受实验条件和设备的限制,光催化氧化反应在本科教学实验中较为缺乏。本实验利用实验室常规仪器组装出简易光反应装置,以高效低能的钠灯为光源催化氧化磷酸盐中间体,实现了1,2-二氧环乙烷类医用化学发光试剂的实验室微量化制备,丰富了光化学反应在实验教学中的应用。本实验使用的原料和试剂便宜易得,操作简便,产物收率高,实验既可实现单瓶独立操作,又可进行多瓶串联反应。本文综合考虑实验成本、实验与教学效率,以两瓶串联方式展开分组实验教学,在实现教学形式多样化的同时,培养学生合作意识,适合本科实验教学,帮助学生提高全面综合的实验操作能力,加深对自由基加成等反应机理的理解。
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202311074
肉桂酸合成实验是高等学校现行《有机化学实验》教材中的一个重要单列基础实验。该实验在教学实施过程中暴露出残余苯甲醛气味难闻、原料对水敏感、购存困难、高温副产物多等问题。针对以上问题,本论文对经典肉桂酸合成实验进行了改进:采用苯甲醛/丙二酸/三乙烯二胺的均相反应体系制备肉桂酸,采用亚硫酸氢钠洗涤、萃取的后处理方法去除残余苯甲醛,使其更符合现代实验教学和绿色化学的要求。改进后的实验不仅可有效去除难闻的残余苯甲醛,还具有原料稳定性好、价格低廉、后处理操作简单等优点。通过增加波谱学表征、柱色谱分离等环节,该实验可以拓展为以精细化学品阿魏酸为合成目标的8学时综合性创新实验,提高对学生化学综合素质的培养。
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202401020
本文介绍了离子液体在无机合成中的应用。简要讨论了离子液体作为模板剂、溶剂和前驱体在合成中的主要作用,还简要介绍了离子液体与目标产物表面的相互作用类型及在“几何匹配原理”指导下离子液体的选择性吸附。
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202409109
合成化学实验是化学“101计划”12门核心课程之一,是面向化学及相关专业本科生的一门涵盖从基础合成到中高阶和综合合成的贯通式、全链条实验课程。与传统围绕二级学科分别开设实验课程的教学模式不同,合成化学实验主要以合成方法为主线对实验知识体系进行重构,着眼于有机、无机、高分子、超分子物质与应用性材料的合成,构建完整的化学合成方法学体系。课程内容兼顾基础和前沿,注重学科的交叉和知识的贯通,并通过全链条综合实验的设计,引领学生加强知识与技能的融合,培养学生的科学思维和创新意识。本文将从课程定位、课程目标、课程设计思路、核心知识体系建设、教材/教案建设、师资团队建设等方面,简要介绍合成化学实验课程的改革思路及建设情况。
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202408008
仿生超疏水功能材料属于新兴的跨学科交叉研究领域,涉及化学、材料科学、物理学等多个学科的原理和技术,在自清洁、防腐蚀、防污减阻等领域展现出独特的应用潜力。该研究领域发展迅速,但传统实验教材内容相对滞后,不能及时反映该领域最新的科学进展和理论。本实验课程依托教育部化学“101计划”合成化学实验课程,以仿生超疏水功能材料的合成与性能研究教学实验为例,介绍仿生超疏水功能材料前沿研究,凝练适合拔尖创新人才培养的实验课程,为该领域的教学实践提供理论和实证支持,提升基础学科人才培养质量。
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202405177
经典有机合成教学实验中,学生实验的产率通常不高,且结果不稳定。通过实验,学生通常只能了解到实验原理、实验流程和实验注意事项,对如何提高合成产品的产率和纯度缺乏深层次的探讨。为此,我们提出了高效实用的“逆向-逐级优化法”。本文以乙酸乙酯合成实验为例,采用色谱内标法分析产品的纯度和产率,将乙酸乙酯合成实验分解为反应蒸馏、洗涤干燥和产品蒸馏三个实验阶段,并按照从后向前的方式,对各阶段影响纯度和产率的主要因素进行优化。经过优化后,乙酸乙酯合成实验主要的影响因素和最优条件得以确定,不同学生在不同地区进行实验,均能保证产品纯度稳定在96%–99%之间,产率稳定在72%–75%之间。在经典有机实验中融入“逆向-逐级优化法”,不仅能帮助学生夯实基础,增强对基本操作技能的掌握和对理论知识的理解,还能培养学生的科研思维和解决问题的能力,从而让经典实验焕发新的活力。
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