酰胺是一类非常重要的化合物，广泛存在于多肽和生物碱等生物活性分子中，在化工、染料以及药物研发等领域也具有重要的应用价值。因此，学习酰胺化合物的合成以及结构鉴定具有重要的意义。由于酰胺化合物的氮原子上的孤对电子能够离域到羰基(C＝O)上，导致酰胺RCO―N上的C―N键表现出部分双键性质，C―N键不能自由旋转，使得酰胺化合物的核磁共振氢谱较复杂。本文总结了酰胺的核磁共振氢谱特征，探讨了酰胺异构化的一些影响因素。通过酰胺核磁共振氢谱的学习，培养学生对核磁共振谱图解析的能力，并加深对酰胺类化合物的理解和认识。

将三聚氰胺、RuCl₃及炭黑以一定的比例分散于乙醇中，采用旋转蒸干及高温热处理合成了一种氮掺杂碳(NC)负载Ru的Ru/NC催化剂。采用硼氢化钠液相化学还原法合成了不同Pt、Ru负载量的PtRu/NC催化剂，并用于电催化甲醇氧化反应(MOR)及电催化分解水析氢反应(HER)。结果表明，合成的催化剂中Pt₁Ru/NC(Pt、Ru的实际负载量分别为1.14%、0.54%)表现出最优的MOR性能，质量活性达4.96 A·mg_PtRu^-1，且经10 000 s稳定性测试后质量活性保持在测试前的91.1%。同时，当电流密度为100mA·cm^-2时，Pt₁Ru/NC在HER中表现出最低的过电位(103 mV)和最小的Tafel斜率(15.29 mV·dec^-1)。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、扫描透射电子显微镜(STEM)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)、STEM-能谱(STEM-EDS)技术表征了PtRu/NC双金属催化剂，其具有优异催化性能的原因如下：(1) PtRu双金属纳米颗粒高度分散于NC上；(2) Pt以纳米团簇或单原子形式负载于Ru上，后负载于NC，形成了Pt-Ru相分离结构；(3) Pt、Ru与N之间存在协同效应。

共价有机框架（COFs）是一种具有π–π共轭结构和分子结构可调的晶体多孔有机材料，在光催化领域具有广阔的应用前景。然而，未改性的COFs材料具有反应动力学缓慢的缺点，因此需要引入助催化剂以降低其表面催化反应的势垒，从而加速反应过程。此工作中，采用双金属合金作为助催化剂，以提高COFs的光催化析氢性能。通过调控AuCu合金的比例，发现Au₁Cu₅/COF-TpPa具有最高的光催化产氢速率（8.24 mmol·g^-1·h^-1），甚至高于Pt修饰的COF-TpPa的产氢速率（6.51 mmol·g^-1·h^-1）。经过系统性的表征测试和理论计算分析，Au₁Cu₅/COF-TpPa表现出高的载流子分离效率和低的H*生成能垒，从而具有高的光催化性能。本研究为利用双金属合金改性COF基光催化剂奠定了理论基础。

金属有机试剂(如：有机锂试剂、格氏试剂、有机铜试剂及有机铝试剂)对醛、酮的加成反应是有机化学中的重要反应，也是最经典的构建C―C键的方法之一。然而上述金属有机试剂存在官能团兼容性较差、对水和空气敏感及不易存储等缺陷，不可避免地限制了其广泛应用。近年来，利用稳定、易得的不饱和烃为原料替代金属有机试剂参与各种化学转化受到了人们高度关注。本文主要介绍在铜氢催化条件下，通过把不饱和烃现场转化为催化量有机铜中间体替代传统化学计量金属有机试剂的策略，实现其对醛、酮的加成反应，从而避免了传统方法的缺点。对于上述反应的介绍，能够丰富和拓展基础教学过程中亲核加成知识点的内容，开阔学生的视野与思维，有利于学生了解学科前沿领域的发展现状，激发学生的兴趣。

通过配体取代反应合成了2个双膦配体桥联的四铁配合物[Fe₄(CO)₁₀(μ-SCH₂CH (CH₃) S)₂(dppa)](1)和[Fe₄(CO)₁₀(μ-SCH₂CH (CH₃) S)₂(trans-dppv)](2)，其中dppa=双(二苯基膦)乙炔，trans-dppv=trans-1，2-双(二苯基膦)乙烯。配合物的结构经过元素分析、红外光谱、核磁共振氢谱、磷谱以及单晶X射线衍射等方法的表征。用循环伏安法研究了新配合物的电化学性质，结果表明它们均可以在乙腈溶液中催化醋酸中的质子还原产生氢气。其中配合物2的催化效率要明显优于配合物1。

本文通过设计计算化学实验，采用量子化学从头算方法，结合热力学循环，计算出标准氢电极的绝对电极电势。具体方案为，通过自洽反应场方法，计算出质子在水中的溶剂化自由能。在此基础上，计算出标准氢电极半反应的吉布斯自由能，并通过能斯特方程计算出其绝对电极电势。通过本实验，可望加深学生对电极电势、氧化还原反应、能斯特方程、热力学循环、吉布斯自由能及量子化学从头算的理解。

以锌基沸石咪唑酯骨架(Zn-based zeolitic imidazolate framework，Zn-ZIF)为前驱体，通过简单的一步热解策略制备出锌纳米粒子修饰的氮掺杂多孔碳(N-C)催化剂(Zn@N-C)，进一步将其负载的Zn纳米粒子通过硒化反应转化为ZnSe纳米颗粒，构建出ZnSe@N-C异质结催化剂。采用X射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)对催化剂的组分、结构和形貌进行了表征，并通过电化学测试系统评估了2种催化剂在析氢反应(hydrogen evolution reaction，HER)中的催化活性和稳定性。结果表明：通过硒化处理，催化剂的形貌由规整的菱形十二面体(Zn@N-C)转变为结构塌陷、褶皱变形的十二面体(ZnSe@N-C)，这增加了结构缺陷，从而引入了更多的催化活性位点。同时ZnSe和N-C基底间存在异质界面结构，这促进了电子的传输，提高了催化剂的活性。ZnSe@N-C在碱性HER过程中，在10 mA·cm^-2的电流密度下获得了165.8 mV的过电位，优于Zn@N-C (190.8 mV)。此外，ZnSe@N-C在碱性溶液中具有良好的电化学稳定性。

以提高GaN/ZnO异质结光解水制氢性能为目标，采用第一性原理方法研究了Li和Au元素掺杂GaN/ZnO异质结的电子结构、光学性质和光催化性能。电子结构计算表明GaN/ZnO异质结为直接带隙半导体，异质结类型为Z型，带隙为1.41 eV，能有效促进载流子分离。Li、Au掺杂后的各结构中除Li替位Zn结构外，均具有磁性。光学性质分析的结果表明，掺杂Li、Au元素可以提高体系的吸收系数，其中Li替位Zn后异质结具有较大的光吸收系数，同时具有较大的功函数(7.37 eV)和界面电势差(2.55 V)，表明其可见光利用率较高，界面结构稳定且具有较大的内建电场，可以更有效地促进电子与空穴的迁移从而减小电子-空穴对的结合。Bader电荷分析表明掺杂元素Li和Au均失去电子。电子从GaN层向ZnO层转移，在界面处形成了一个有效的内电场。Li替位Zn和Au同时替位近位的Ga和Zn所对应的2种结构的层与层之间转移的电子较多，说明其界面电势差较大且拥有较高的光生载流子迁移速率。光解水制氢性能分析表明，ZnO薄膜、GaN/ZnO异质结、Li替位Ga以及Li同时替位远位的Ga和Zn四种体系在pH=0时，满足光解水制氢的条件。GaN薄膜、ZnO薄膜和Li同时替位远位的Ga和Zn三种体系在pH=7时满足光解水制氢的条件。

通过溶剂热-电沉积法成功制备了一种具有丰富活性位点的镍铜合金/氧化锌/泡沫镍(NiCu/ZnO/NF)异质界面结构复合催化剂，并对其形貌结构、物相构成、析氢反应(HER)性能、光热性能和全解水性能进行了测试和分析。研究表明：NiCu/ZnO/NF具有优异的HER催化性能，在10 mA·cm^-2的电流密度下所需的过电位仅为25 mV。高效的催化活性可能是由于NiCu/ZnO异质界面结构的协同效应加快了电子转移速率和优化了HER过程。此外，NiCu/ZnO/NF还表现出了优异的光热转换性能，在光照条件下其HER过电位显著降低，在10 mA·cm^-2的电流密度下过电位降低至8 mV。此外，将NiCu/ZnO/NF集成到自设计的电解槽-热电装置进行全解水反应，其在50 mA·cm^-2电流密度时的槽电压低至0.88 V。

采用气固法制备了磷化钼-碳纳米花(MoP-CFs)，通过简单的超声自组装将C₆₀修饰在MoP-CFs表面，形成范德瓦耳斯异质结。研究其电催化析氢性能发现，C₆₀的修饰能够有效降低电催化析氢过电位。其中，10% C₆₀-MoP-CFs样品(10%为C₆₀的质量分数)表现出最佳催化活性，在酸性和碱性条件下达到10 mA·cm^-2的电流密度时，所需要的过电位分别为158和157 mV，并且具有至少20 h的电催化稳定性。C₆₀与MoP-CFs之间强电子耦合作用促进电子由C₆₀迁移到MoP-CFs表面，有助于减小电荷传输阻力，加快电催化析氢界面反应动力学过程。