“矾”之旅
向秋雨, 屈春花, 徐广, 杨亚飞, 夏悦
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202404094
以明矾、绿矾、胆矾为代表的矾类物质在人类生产生活和化学实践中的应用已有上千年历史。本文以一则故事引导读者探索明矾、绿矾和胆矾在净水、食品、杀菌、染色、制酸、医药等不同领域发挥的不同作用,熟悉相关的化学变化,并了解不当使用造成的危害。使读者在学习矾类相关知识的同时,体会化学与社会之间的密切关系。
关键词: 科普, 明矾, 绿矾, 胆矾
“化”说国漆——普漆中化学,传漆艺
王映贤, 苏田野, 沈利苗, 高金苹, 武庆贺
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202312015
漆在中国数千年的使用沉淀出独特的漆艺文化。这里的“漆”是指大漆,从漆树中采集,主要成分漆酚通过化学反应形成漆膜,漆膜具有防潮、耐高温、耐酸碱等优良性质。大漆与色粉混合可以调制出光彩照人的色漆,被广泛地应用于髹饰、设备防腐和文物修复等。将科学与文化相结合,普漆中化学,传漆艺非遗,本文从化学的视角出发,介绍大漆中的化学成分和性质,从漆酚到漆膜发生的化学反应,设计一系列科普实验验证什么是大漆及其优良性质,让科普对象深切体会化学无处不在、化学的重要应用;介绍漆的发展历程,增加中小学生动手参与漆器制作和漆画绘制等梯度科普环节,锻炼青少年的动手能力,传递漆文化与漆艺人的工匠精神。通过糅合漆艺和化学,使科普对象领略到漆艺之美,认识到化学在漆中的重要作用,激发对化学的兴趣,从而达到弘扬漆艺非遗文化和传播化学科学知识的目的。
关键词: 大漆, 漆酚, 化学漆, 非遗, 科普实验
面向化学专业的物理化学课程思政教学
孙兵
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202311080
以物理化学知识体系为基础,从“正确的世界观与科学的方法论”“科学探索与科学精神”“人文素养与文化传承”3条主线,建设了面向地质类、材料类非化学专业的物理化学思政教学体系。将物理化学知识体系重构与思政教学整体设计相结合,促进学生价值塑造。通过教学设计将思政建设成果融入教学实践,取得了良好教学效果。
关键词: 物理化学, 课程思政, 非化学专业教学, 科学思维, 家国情怀
蛋白质的定点荧光标记——推荐一个化学生物学实验
洪歆怡, 薛太玲, 徐洲, 谢恩蓉, 吴明凯, 王青青, 吴丽娜
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202310010
本论文介绍了一项化学生物学实验,旨在利用异硫氰酸荧光素的异硫氰基与蛋白质氨基共价结合的原理,实现对体外蛋白(以牛血清白蛋白为例)和体内蛋白(以大肠杆菌总蛋白为例)的非定点荧光标记。实验采用凝胶过滤法作为后续纯化手段,并运用紫外-可见分光光度计、流式细胞术以及荧光显微镜对标记结果进行全面表征。该实验涵盖了多种基础和前沿实验技能,与科研工作中常见的抗体荧光标记技术密切相关,难度适中。通过参与这一实验,学生不仅能够深入理解化学生物学基础知识,提高综合实践能力,还能够拓宽科研视野并培养科研思维。
关键词: 非定点荧光标记, 蛋白质, 异硫氰酸荧光素, 化学生物学实验
富勒烯受体有机太阳能电池稳定性研究进展
郭雅雯, 李大伟, 高杨, 李翠红
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202306050
近年来,基于非富勒烯受体(NFAs)的有机太阳能电池(OSCs)取得了迅猛的发展。单异质结OSCs的光电转换效率(PCE)已突破19%,这进一步推动了有机光伏技术的商业化进程。光电转换效率的快速提升源于活性层材料的创新开发、器件工程的优化以及对器件物理的更深刻理解。然而,稳定性问题已成为制约其商业化的一个主要因素。目前,关于活性层材料和电池器件稳定性的研究仍相对有限。在本综述中,我们对NFA-OSCs不稳定性的机理进行了简要介绍,包括NFAs的光氧化降解、不稳定的共混薄膜形貌以及界面层诱导的NFAs不稳定性。同时,我们总结了近年来国内外关于提高NFA-OSCs稳定性的研究策略。期望本综述能为实现高效、稳定的NFA-OSCs提供有益的指导。
关键词: 有机太阳能电池, 非富勒烯受体, 内部不稳定性, 光氧化降解, 形貌不稳定性, 界面层
晶高熵FeCoCrMnBS氢氧化物构筑及其增强氧析出催化性能研究
韩鑫, 程志豪, 张金凤, 刘杰, 钟澄, 胡文彬
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202404023
析氧反应(OER)是电解水的关键反应之一。因此,高效的析氧反应电催化剂对水的分解至关重要。本研究工作基于泡沫镍(NF)基底,成功构筑了新型FeCoCrMnBS高熵氢氧化物(HEH)催化剂。FeCoCrMnBS HEH具有由大量非晶结构的超薄纳米片构成的多孔形态。获得的FeCoCrMnBS/NF电极在碱性介质中表现出优异的OER电催化活性,在100 mA∙cm−2下只需要290 mV的过电位。此外,该催化剂在10 mA∙cm−2下显示出超过120 h的耐久性。增强的催化性能受益于独特的非晶结构以及B与S之间的正协同作用。该协同作用能够促进了硫酸盐的形成,从而削弱了OER中间体在催化剂表面的吸附。本研究为设计高效的OER电催化剂提供了一种新的设计策略。
关键词: 高熵氢氧化物, 掺杂, 非晶结构, 析氧反应
Crystalline and amorphous metal sulfide composite electrode materials with long cycle life: Preparation and performance of hybrid capacitors
Ning DING, Siyu WANG, Shihua YU, Pengcheng XU, Dandan HAN, Dexin SHI, Chao ZHANG
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240146
Crystalline@amorphous NiCo2S4@MoS2 (v-NCS@MS) nanostructures were designed and constructed via an ethylene glycol-induced strategy with hydrothermal synthesis and solvothermal method, which simultaneously realized the defect regulation of crystal NiCo2S4 in the core. Taking advantage of the flexible protection of an amor-phous shell and the high capacity of a conductive core with defects, the v-NCS@MS electrode exhibited high specific capacity (1 034 mAh·g-1 at 1 A·g-1) and outstanding rate capability. Moreover, a hybrid supercapacitor was assembled with v-NCS@MS as cathode and activated carbon (AC) as anode, which can achieve remarkably high specific energy of 111 Wh·kg-1 at a specific power of 219 W·kg-1 and outstanding capacity retention of 80.5% after 15 000 cycling at different current densities.
关键词: crystalline@amorphous heterostructure, NiCo2S4@MoS2, hybrid supercapacitor, defect design, long cycle life
优化结晶度的CrS/CoS2少层异质结晶/晶态界面耦合增强水裂解和甲醇辅助节能制氢
陆世玉, 豆文钊, 张均, 王玲, 武春洁, 易欢, 王融, 金梦
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202308024
由于电催化剂中的非晶区和结晶区具有不同的物理化学性质,因此非晶化/结晶化工程成为提高电解水催化动力学的重要策略。然而,在微观环境中有效地调控催化剂的结晶度仍然是一个严峻的挑战。本文介绍了一种可调节结晶度的新型CrS/CoS2异质结构,该异质结对氢气析出反应(HER)和氧气析出反应(OER)都具有高效的催化活性。Cr―S―Co键的重新分配引起的d带中心移动有助于调节中间体H*和OOH*在催化剂表面的吸附能力,从而优化HER和OER的决速步骤。在最佳条件下,非晶态CrS和高度结晶的CoS2异质结(A-CrS/HC-CoS2)在HER和OER均表现出优异的催化活性,分别为90.6 mV (10 mA∙cm−2,HER)和370.5 mV (50 mA∙cm−2,OER)。非晶/高晶结构有利于A-CrS/HC-CoS2在水电解过程中的结构和成分演变,因此具有出色的稳定性。作为甲醇辅助节能制氢装置中的双功能催化剂,A-CrS/HC-CoS2仅需1.51 Ⅴ的低槽电压即可达到10 mA∙cm−2的电流密度,证明其是理想的金属基催化剂的候选材料。本研究为双功能过渡金属化合物电催化剂在非晶态/晶态异质结构中通过结晶度调控来提高催化活性和稳定性提供了重要启示。
关键词: 非晶态-晶态耦合界面, 异质结构, 结晶度调控, 水分解, 节能制氢装置
面向化学类高分子专业学生的高分子化学实验教学创新与实践——以温敏型高分子的制备、溶液性质、光学性能与应用为例
张来英, 吴莹焕, 喻雅姿, 徐业成, 张豪杰, 吴伟泰
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202310126
面向化学类(非高分子)专业的高分子化学实验教学发展较为缓慢,亟需紧跟研究前沿,引入新内容。本文总结了近十年的教学改革经验,并以温敏型高分子的制备、溶液性质、光学性能与应用为例,介绍如何通过实验教学内容、实验技术、教学方法等方面的创新,设计符合理科人才培养需求的、契合时代与科学发展的、被学生喜爱与重视的一系列高分子化学实验,以有效解决培养需求与课业负担之间的矛盾,且在不新增开课、课时有限的情况下,加入到化学类专业本科教学体系中,激发学生对学科领域的兴趣,提升学生的探究和创新能力。
关键词: 高分子化学, 实验教学, 智能高分子, 聚合, 综合性实验
设计热力学稳定的贵金属单原子光催化剂用于乙醇的高效氧化转化形成高纯氢和增值产物乙醛
周昱晨, 刘焕敏, 李红星, 宋欣妤, 唐永华, 周鹏
【物理化学学报】doi: 10.1016/j.actphy.2025.100067
光催化剂固有的表面原子构型,通常缺乏不稳定或难以生成的原子空位,这往往限制了金属单原子(MSA)助催化剂与光催化剂之间有效相互作用的形成,从而抑制了单原子光催化剂的稳定性和性能提升。在本研究中,我们提出了一种简便且经济的光化学氧还原反应(ORR)机制,用于在温和条件下(仅消耗水和氧气,压力为101325 Pa,温度为25 ℃)在TiO2光催化剂上制备热力学稳定的贵金属单原子助催化剂。第一性原理模拟首次从理论上揭示了TiO2的固有表面构型仅能产生不稳定的Pt―O2结构。然而,TiO2上发生的ORR不仅能够提供一个外来氧与Pt单原子(PtSA)配位,还能诱导一个表面晶格氧向PtSA移动,从而促进热力学稳定的Pt―O4物种的形成,这一点通过在氧气氛围而非惰性氛围中实验合成TiO2上的PtSA得到了验证。所获得的稳定PtSA-TiO2光催化剂在共生产高纯度氢气和附加值乙醛时,表现出320.4 mmol·g−1·h−1的光催化速率,选择性高达99.65%,其活性是负载Pt纳米颗粒的TiO2的三倍。该策略进一步扩展至其他贵金属,如Rh和Pd。
关键词: 金属单原子, 表面重构, 热稳定性, 光催化, 氢气

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