作为21世纪最重要的科技成果之一，超材料概念的提出对物理、材料、光学、声学等学科产生了颠覆性的影响。本实验采用微观设计宏观制备思路，开展了基于分子设计的3D打印超材料制备，通过构建不同规模大小的微观碳笼分子模型，利用计算机仿真技术对3D打印超材料的制备过程、性能表现等进行模拟和预测，以指导实际的设计和制造，实现微观分子模型到宏观多孔材料的映射，探究微观碳笼结构与3D打印宏观超材料的性能关系。通过数字化设计精细调控超材料分子结构，优化其物理、化学与力学性能，结合3D打印参数优化，可制造出强度更高、韧性更好的结构件，应用于航空航天、汽车、高端装备等对材料力学性能要求极高的领域。利用数字化设计的优势，可以实现超材料的定制化制备。这种分子层面的微观结构设计与3D打印技术的宏观构件制备相结合的方法具有创新性，为超材料的设计和制造提供了新的思路，推动了化学实验数字化设计和应用，提高了化学实验数字化设计水平。

针对普通化学“化学热力学和动力学”部分理论性强、学生难以理解与应用的教学痛点，课程组构建了以“问题驱动”为核心，将“情境线”“知识线”和“问题线”三线有机融合的教学新模式。以“碳中和与降低碳排放的CO₂转化技术”这一综合性大问题为引领，将其分解为一系列环环相扣的小问题。通过真实情境导入，设计层层递进的问题链，引导学生运用反应吉布斯自由能变、化学反应平衡、反应速率理论和催化剂等核心知识，逐层深入探究CO₂转化反应的热力学可能性与动力学可行性，最终自主构建知识体系并解决复杂工程问题，有效培养了学生创新思维和社会责任感。