仪器分析实验课程思政案例设计与实践——以气质联用实验为例
邵伟, 张万群, 朱平平, 胡万群, 周强, 李维维, 杨凯, 王细胜
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202309048
中国科学技术大学化学国家级实验教学中心所开设的“仪器分析实验”为安徽省课程思政示范课程,在实验项目“气质联用法测定饮料中塑化剂含量”的教学过程中,课程组针对课程的特点和教学过程,对该项目进行思政示范教学案例设计。思政案例库的建设,有助于教师充分挖掘专业课程中的德育元素,激发学生的学习兴趣,培养学生的自主创新意识,取得了良好的教学效果。
关键词: 课程思政, 思政案例, 仪器分析, 质谱, 诺贝尔奖, 塑化剂, 食品安全
仪器分析实验课程思政案例设计与实践——以青蒿素的提取与结构鉴定的探究实验为例
胡万群, 朱平平, 郑媛, 张万群, 邵伟, 吴红, 周强, 杨凯, 盛翔
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202310062
中医药文化被喻为中华优秀传统文化的璀璨明珠,是中华传统文化的重要组成和典型代表。而作为抗疟明星的中医药青蒿素来源于天然产物,因此,天然产物中的青蒿素的提取和结构鉴定显得十分必要。课程团队结合课程特点,将青蒿素的提取和结构鉴定引入实验教学并进行课程思政教学案例设计。以此项目为载体,培养学生自主查阅文献、设计实验方案和运用仪器分析技术表征分子结构的科学素养。该教学案例的建立实施有助于教师充分挖掘课程中的思政元素,激发学生的学习兴趣,培养其自主创新意识,增强爱国情怀和民族文化自信,取得了良好的课程思政教学示范效果。
关键词: 仪器分析, 教学案例, 青蒿素, 诺贝尔奖, 课程思政
综合性高分子化学实验设计:硬质聚氨酯泡沫材料制备与性能表征
杨凯, 毕戈华, 张永, 靳德林, 徐子崴, 王倩, 邢令宝
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202308045
针对传统“高分子化学实验”课程教学中,存在综合性、研究性实验项目少,不能支撑“新工科”人才实践和创新能力培养要求等问题,开发了硬质聚氨酯泡沫材料制备与性能表征综合实验项目。采用全水发泡体系,通过调节发泡剂和阻燃剂用量,制备了七组聚氨酯泡沫材料,然后采用国标方法表征了材料的表观密度、压缩强度和氧指数,分析了发泡剂和阻燃剂不同配比对泡沫材料性能的影响及原因。本实验贴近高分子产业发展,突出综合性和研究性,教学过程实现了基本实验技能与科学研究方法训练的有机结合,有助于提升高分子化学实验课程“创新性、高阶性和挑战度”,支撑“新工科”人才培养。
关键词: 新工科, 硬质聚氨酯泡沫, 高分子化学实验, 综合实验项目
纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行——“树叶电镀”科普实验的实践与反思
程一飞, 杨嘉辉, 邵伟, 张万群, 胡万群, 李维维, 杨凯
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202310033
介绍了作为2023年中国科学技术大学科技周化学与材料学院科普点的志愿者,在准备“树叶电镀”科普实验时,如何经历重重失败,克服种种困难,最终顺利完成“树叶电镀”项目的经历,以及在此经历中的感悟与收获。“树叶电镀”实验是受艺术性的树叶书签之启发,主要利用化学镀与电镀原理,目的在树叶表面均匀镀上一层铜的科普实验。通过该实验,观众可初步了解氧化还原反应及电化学的初步知识,激发小朋友们对于化学的兴趣。
关键词: 科普实验, 树叶电镀, 电化学, 氧化还原反应
倍增型全聚合物光电探测器及其在光电容积描记传感器上的应用
赵兴超, 李晓明, 刘明, 赵子进, 杨凯, 刘蓬天, 张皓岚, 李金泰, 马晓玲, 姚琪, 孙艳明, 张福俊
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202311021
我们以宽带隙聚合物聚(3-己基噻吩) (P3HT)为给体,窄带隙聚合物聚{2, 2'-((2Z, 2'Z)-((12, 13-双(2-癸基十四烷基)-6-(2-乙基己基)-4, 8-二甲基-6, 8, 12, 13-四氢-4氢-苯并[1, 2, 3]三唑并噻吩[2'', 3'': 4', 5']并吡咯[2', 3': 4, 5]并吡咯[3, 2-g]并噻吩[2', 3': 4, 5]并吡咯[3, 2-b]并[4, 5-e]吲哚-2, 10-二基)双(甲烷亚甲基))双(5, 5’-3-氧-2, 3-二氢-1氢-2, 1-二亚基茚))二丙二腈-连-2, 5-二噻吩} (PTz-PT)为受体,研制了基于氧化铟锡(ITO)/聚(3, 4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸) (PEDOT: PSS)/有源层/Al结构的倍增型全聚合物光电探测器(PM-APDs)。我们制备了P3HT : PTz-PT质量比为100 : 1、100 : 4、100 : 7和100 : 10的四种不同比例的二元PM-APDs。在黑暗条件下,由于Al的功函数和P3HT的最高已占据分子轨道(HOMO)之间存在0.8 eV的能级差距,空穴难以从铝电极注入到有源层中。有源层中的PTz-PT含量较低,缺乏连续的电子传输通道,导致有源层的电子传输能力较差。在光照条件下,由于有源层中PTz-PT含量较低,并且P3HT和PTz-PT的最低未占据分子轨道(LUMO)相差0.84 eV,光生电子会被孤立的PTz-PT捕获。Al电极附近的受陷电子会引起界面能带弯曲,实现空穴隧穿注入,从而导致外量子效率(EQE)值大于100%。在−8 V偏压下,基于P3HT : PTz-PT (100:4 wt/wt)的最优二元PM-APDs在300–1100 nm的光谱范围内具有超过100%的EQE。PM-APDs的EQE光谱形状取决于铝电极附近的受陷电子分布。通过引入聚合物聚(2-(4, 8-双(4-(2-乙基己基)环戊二烯并-1, 3-啶-1-基)苯并[1, 2-b: 4, 5-b']二噻吩-2-基)-5, 5-二氟-10-(5-(2-己基癸基)噻吩-2-基)-3, 7-二甲基-5H-4λ4, 5λ4-二吡咯[1, 2-c: 2', 1'-f][1, 3, 2]二氮杂硼嗪) (PMBBDT)作为第三组分,PM-APDs的EQE光谱形状变得更平坦。我们制备了P3HT : PMBBDT : PTz-PT质量比分别为90 : 10 : 4和80 : 20 : 4的三元PM-APDs。三元PM-APDs的EQE值在420–600 nm的范围内提高,而在630–870 nm的范围内降低。三元PM-APDs具有更平坦的EQE光谱是由于其在Al电极附近的受陷电子分布更均匀。此外,在连续光照和外加偏压的条件下,三元PM-APDs的稳定性高于最优二元PM-APDs。在−12 V偏压下,最优三元PM-APDs的EQE值在350 nm处为3500%,在550 nm处为1250%,在900 nm处为1500%。在−10 V偏压下,最优三元PM-APDs的比探测度(Dshot*)值在520 nm处为3.7 × 1012 Jones,在850 nm处为1.9 × 1013 Jones。最优三元PM-APDs在−10 V偏压下被白光连续照射170 min后,光电流为初始值的87%。我们利用最优三元PM-APDs搭建了光电容积描记(PPG)传感器并成功地测量了人体心率(HR),测得的HR与人体正常心率相符。
关键词: 光电倍增, 全聚合物光电探测器, 空穴隧穿注入, 受陷电子, PPG传感器
4-氨基-1H-咪唑-5-甲腈修饰供体-受体型氮化碳光催化剂的构建及其高效光催化产氢研究
程敬招, 高诗语, 程蓓, 杨凯, 王往, 曹少文
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202406026
太阳能驱动光催化水分解制氢被认为是解决能源危机和环境污染挑战的一种极具前景的策略。光催化剂的电子性质和能带结构的调控对于提高电荷分离效率和产氢活性至关重要。基于此,本文通过将4-氨基-1H-咪唑-5-甲腈(AICN)引入氮化碳(CN)的分子骨架中,制备了基于供体-受体修饰的氮化碳共聚物。CN中掺入电子供体AICN单元可以拓宽π共轭体系并促进空间电荷分离,从而增强了光利用率并且提高了分子内电荷载流子传输速率。因此,AICN修饰的CN样品表现出更高的光催化产氢速率,最佳光催化活性可达3204 μmol·h−1·g−1。这项分子工程策略为开发高性能的氮化碳基产氢光催化剂提供了一条有效途径。
关键词: 氮化碳, 供体-受体, 分子修饰, 电荷分离, 产氢
研究生综合仪器分析实验课程建设及精准化教学改革探索及思考
邵伟, 胡万群, 杨凯, 李维维, 孙晴, 周强, 刘斯, 盛翔, 张清伟, 朱平平, 张万群
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202503034
本文介绍了中国科学技术大学化学实验教学中心开设的研究生综合仪器分析实验的建设经验。课程组针对研究生选课需求旺盛而仪器等教学资源配备不足的矛盾,以及研究生未来研究方向不同,需要学习的仪器也不同的特点,进行精准化教学改革,很好地解决了教学过程中出现的问题,在提升学生科研创新能力方面起到了促进作用。本文详细介绍了教学模块划分及各教学环节设计,以及在课程考核、课程思政等方面的一些尝试和思考。
关键词: 研究生, 仪器分析实验, 实验技能, 教学改革
无处不在的化学——从暖手袋到相变储能材料
杨凯, 周强, 魏伟, 邵伟
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202502122
在“碳中和、碳达峰”的背景下,如何减少化石能源的应用,开发新能源,提高能源利用率成为世界共同关注的问题,相变材料在未来拥有广泛的应用前景。本文从掰掰乐暖手袋的加热原理出发,介绍了热冰实验,即醋酸钠过饱和溶液结晶,释放相变潜热的实验现象。本实验不仅具有化学之美,在实际生活中也具有重要意义。本实验启发读者从电池对于电能的储存与使用出发,思索利用相变潜热对热能进行储存和利用的可行性,并介绍了几个相关领域的应用案例。
关键词: 饱和溶液, 过饱和溶液, 醋酸钠, 热冰实验, 相变, 相变储能材料
多姿多彩的化学世界——中国科学技术大学化学实验教学中心科普实践与思考
邵伟, 吴红, 兰泉, 李玲玲, 胡万群, 杨凯, 李婉, 李维维, 王晓葵, 郑媛, 蒋俊, 姚奇志, 刘卫, 李娇, 张万群, 孙晴, 方思敏, 高明丽, 黄微, 刘红瑜, 金邦坤, 吴强华, 李红春, 查正根, 冯红艳, 田红军, 雷璇, 周强, 刘斯, 盛翔, 魏伟, 朱平平, 徐航勋
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202502127
中国科学技术大学化学实验教学中心是安徽省科普教育基地,有着多年科普工作经验。本文介绍了中心在科普资源创作、线上线下科普活动开展、科普志愿服务等方面的一些工作经验。笔者认为,各高校应当充分发挥本校学科优势,打造精品科普资源,利用信息化工具拓展科普工作覆盖面,同时把科普与育人结合起来,让科普工作更好地服务于创新建设与新质生产力的发展。
关键词: 化学科普, 科技活动周, 科普志愿服务, 仪器科普

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