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。

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。

缩短沸石材料的微孔孔道能有效提升客体分子的扩散传质性能。但目前一维L沸石(LTL)的合成中，缩短其沿一维微孔孔道方向(c轴方向)的长度至20到50 nm仍是一个挑战。本文首次在简单无机体系中通过加入纳米棒簇状L沸石作为晶种，快速(仅需4 h)合成了一种新型的L沸石介观结构晶体，且无需外加任何晶化修饰剂与模板剂。该介晶呈现出一种由超薄(约29 nm)的圆盘纳米晶沿c轴定向堆叠而成的盘簇形貌。这一独特的晶种诱导策略能够有效解耦L沸石的成核和生长阶段，为精确调控每个阶段的晶化行为以获得所需形貌结构提供了更大的操作空间。通过分析合成体系中介观尺度的晶核和微观尺度的基本构建单元衍化规律，实现了对晶种具体作用及衍化规律的解构：晶种溶解出的环笼结构加速了凝胶有序化，缩短了诱导期；而晶种溶解后的残余部分为生长期提供了密集的初始晶核，导向了新型盘簇结构的形成。通过对沸石生长条件进行调节，证实了其生长期存在蠕虫状前驱颗粒组装的行为，并实现了对盘簇中圆盘沿c轴方向厚度在18到55 nm范围内的精细调控。此外，通过选择直径为0.43到4.5 nm的系列模型分子作为吸附质，证明了该超短c轴样品在气相和液相体系大幅增强的吸附应用潜力。样品在小分子的扩散速率和大分子在气相的吸附量方面确实具有优势。在实际应用中，该样品在芳烃的吸附和分离以及染料和蛋白质的吸附方面具有一定的优势。

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。

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。

为了强化本科生拔尖人才的个性化培养，将高水平的科研资源转化为人才培养的教学资源，北京航空航天大学开设了科教融合的“科研课堂”微课题设计实验课程。本文以开设的“金属氧化物亚纳米材料的合成及其在电池储能方面的研究”微课题为例，从教学方法、课程内容、成绩评定和学生反馈等多个环节进行实践和探索。通过充分发挥教师指导、学生主体的优势，科研型教学模式的实施为拓展本科生科研思维、激发科研兴趣、提升科研创新能力提供了有益借鉴。

Using 2-dicyanomethylene-3-cyano-4, 5, 5-trimethyl-2, 5-dihydrofuran (TCF) as a near-infrared fluorescent chromophore, we designed and synthesized a TCF-based fluorescent probe TCF-NS by introducing 2, 4-dinitrophenyl ether as the recognized site for H₂S. The probe TCF-NS displayed a rapid-response fluorescent against H₂S with high sensitivity and selection but had no significant fluorescence response to other biothiols. Furthermore, TCF-NS was applied to sense H₂S in living cells successfully with minimized cytotoxicity and a large Stokes shift.

在材料化学的教学过程中，笔者将实验室制备的锑化铟孪晶纳米结构及其相关结构表征数据引入到授课内容之中，并借助VESTA软件模拟出锑化铟孪晶纳米结构的模型。通过在课堂上对VESTA软件的实时操作，生动展现了不同角度以及不同显示形式的三维孪晶结构。这种“理论知识讲解+软件操作演示+科研成果案例”相结合的模式，不仅可以加深学生对孪晶结构的理解，还能激发学习兴趣，提升运用科学工具解决实际问题的能力，实现课堂教学与科研探索的相辅相成。

同时提升体相和表面电荷分离与利用效率对于实现高效光催化析氢反应至关重要。本研究采用溶剂蒸发策略，将NiCr₂O₄纳米片负载于孪晶Cd_0.5Zn_0.5S (T-CZS)纳米颗粒表面，成功制备了NiCr₂O₄/T-CZS复合材料。经过优化，6% NiCr₂O₄/T-CZS在以聚乳酸(PLA)塑料为牺牲剂的NaOH溶液中析氢速率(r_H2)达到81.4 mmol∙h⁻¹∙g⁻¹，这一显著提升主要归因于T-CZS由纤锌矿Cd_0.5Zn_0.5S (WZ-CZS)和闪锌矿Cd_0.5Zn_0.5S (ZB-CZS)组成，二者能带结构存在微小差异，使得WZ-CZS与ZB-CZS之间及T-CZS与NiCr₂O₄之间形成了S型电荷转移路径，从而促进了体相和界面电荷快速分离，确保了具有强还原能力的电子参与析氢反应(HER)。此外，借助NiCr₂O₄的局域表面等离子体共振(LSPR)效应，增强了体系对紫外-可见-近红外光的吸收，产生的热电子进一步促进了HER。同时，NaOH溶液增强了空穴的氧化反应驱动力，间接提高了HER动力学。研究还发现，其它金属铬酸盐(MCr_xO_y)，如CoCr₂O₄、AgCrO₂、Bi₆CrO₁₂、BaCrO₄、ZnCr₂O₄、CdCr₂O₄、CuCr₂O₄等，也能不同程度提高T-CZS析氢活性。上述研究结果表明，同质异质结中体相与界面S型电荷转移路径能够实现高效光催化产氢与废塑料降解过程的有效协同，为解决能源与环境挑战提供了新的思路。

电池内部不可控的枝晶生长问题严重地影响着电池的循环性能和安全性能，这对于锂金属电池的实际应用是一个严峻的挑战。尽管已有较多的实验和理论研究工作聚焦于电极间锂离子各向异性输运特性对枝晶形貌的影响，但仍有一些开放性的问题有待进一步研究，例如，如何将枝晶生长的动态演变与电解液性质、电势分布或隔膜多孔结构诱导的锂离子各向异性输运关联起来。我们通过将锂离子在电解液中的扩散系数(D_L)表示为二阶张量的形式并进行相场模拟，发现D_yy : D_xx比值的增加，以及电势诱导的电极/电解液界面锂离子快速扩散层均可以降低界面处锂离子浓度梯度和电势梯度，从而减弱枝晶生长的驱动力。我们还发现隔膜基体与y方向之间夹角的增大也会显著促进电解液中的锂离子各向异性输运特性，以利于抑制枝晶生长。籍此本文提出设计D_yy : D_xx = 10 : 1的电解液和基体倾斜角为arctan(0.5)的隔膜用于锂金属电池。该相场研究有望为设计具有抑制枝晶能力的电解液或隔膜提供指导。