【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240454
析氢、析氧的动力学过程迟缓,带来电解水制氢能效低、成本高的问题,给绿氢的大规模应用设置了严重障碍。开发具有低成本、高催化性能的催化材料,是突破这一瓶颈问题的关键环节。近年来,高熵材料因其优异的物理和化学性能在各领域受到广泛关注。高的混合熵可以赋予材料大的晶格畸变、显著的迟滞扩散效应和“鸡尾酒”效应,为催化剂的成分设计和性能提升提供了良好平台。高熵材料也因此开始在电解水制氢领域崭露头角,并迅速成为解决绿氢制备低能效问题的一种理想催化剂,是该领域当前的一个研究热点。鉴于此,本文综述了高熵合金和高熵陶瓷在电解水催化方面的研究现状。文章首先基于电解水反应机制,总结了高熵合金、高熵陶瓷催化剂的成分设计和结构调控策略,梳理了用于析氢和析氧催化的不同高熵合金、高熵陶瓷成分体系,介绍了高熵电解水催化剂的合成方法,并对其优缺点进行了评估,最后对该领域面临的挑战和未来发展方向进行了展望,以期为低成本、高性能高熵电解水催化剂的开发提供新思路,促进绿氢相关技术的研究和发展。
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202310063
科学仪器在科学研究和实验教学中发挥着重要作用,推动着科技创新。本文将青蒿素提取与鉴定实验加以改进,作为本硕贯通实验项目。实验过程中引入并应用现代仪器原理提取黄花蒿中的有效成分,测定青蒿素含量,纯化青蒿素,分析青蒿素结构。将天然产品的提取、分析、分离和鉴定结合起来,提高了学生学习兴趣,学习了天然产物的前沿实验技术,培养了创新意识,训练了科研思维。
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202312059
本文对如何在航空航天特色背景下进行高分子化学课程的本研一体化教学,进行了教学探索和教学实践,建立了具有航空航天特色的层次化、模块化的高分子化学课程体系。结果表明以上教学改革在人才培养中兼顾高分子通用知识和行业专业知识,促进了具有航空航天化学专业特色的毕业生培养,在学生就业、竞赛成绩等方面成效显著。
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202311009
实验室安全建设是实验室高效有序运行的保障。大学生作为基础教学实验室运行的主力,他们的安全素养直接影响着实验室的安全状况。在实验教学过程中构建注重安全素养培养的“实验室管理人员、教师、学生——全员、全时三位一体实验教学模式”,并在分析化学实验教学中进行了具体实践。新的实验教学模式加强了实验室管理员、教师与学生之间的沟通,通过COOP与7S实验教学方案,使学生在学习的同时沉浸式参与实验环境维护及建设、根植安全理念。利用Partial Eta Squared (η2)检验和多元Logistic回归模型分析发现,实验过程操作规范性和操作区有序度对学生安全素养影响明显。实践证明,该模式有助于培养学生良好的实验习惯和安全素养,增加学生在实验室中的责任感和获得感,实现管教增质、教学相长、安全铸魂的教学目标,使实验室人员可以把安全时刻掌握在自己手中,实验室安全运行水平有效提升。
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202411009
在为强基计划本科生开展的仪器分析实验课程中,利用交互式电子课件作为实验课程的课前学习材料,将线上学习与线下学习相结合,有针对性地为学生开展高阶学习内容,激发了学生学习的积极性,提高了学生的实验技能,培养了学生的科研创新思维,为本硕贯通仪器分析实验课程提供了建设数字化课程资源的新途径。
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240107
A photothermal agent (ECEI) with high photothermal conversion efficiency (85.78%) was synthesized based on coumarin fluorescent groups. In addition, the experimental results of hot and cold cycling show that ECEI has good photostability. Despite damage to the mitochondrial membrane potential, ECEI can effectively target mitochondria and induce cancer cell death under laser irradiation. This allows ECEI to maximize mitochondrial damage and thus inhibit tumor cell reproduction. Notable, after irradiating mouse tumors once, the mouse tumors gradually disappeared within 10 d. This indicates that ECEI has an excellent tumor inhibition effect.
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202309003
水系锌离子电池以其安全可靠、成本低、容量大、环境友好等优点被认为是最有前途的储能体系之一。然而,锌金属负极在水系电解液中通常面临严重的副反应和枝晶生长问题。在锌负极表面构建具有高离子迁移动力学的保护层是构筑高稳定、长寿命锌负极的有效策略。本文中,我们在锌负极表面制备了ZnQ分子筛(BPH拓扑)取向保护层,实现了高离子迁移动力学的稳定锌负极(ZnQ@Zn)的构筑。具有三维有序孔道的ZnQ分子筛在锌箔表面定向排列,为锌离子提供了良好的传导通路,分子筛孔道中的水分子有助于调控锌离子的配位环境,从而提高锌离子的迁移动力学。因此,ZnQ@Zn对称电池在1 mA∙cm−2的电流密度下展现出27 mV的超低过电势以及超过1100 h的循环寿命。此外,ZnQ@Zn//NaV3O8·1.5H2O全电池在8 A∙g−1的电流密度下循环1800次后,容量保持率高达96%,展现出优异的循环性能。本研究为构筑高迁移动力学锌负极保护层提供了新思路,并拓展了分子筛材料在储能领域中的应用。
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202308003
析氧反应(OER)催化剂在催化反应过程中不可避免地会发生表面重构,这一过程使得设计、构筑高性能和高稳定性的OER电催化剂充满挑战。在此,我们采用双金属浸出诱导表面重构的策略,构建了高活性和高稳定性的水氧化电催化剂。在该策略中,通过水热、离子交换和后续的退火工艺处理,将由α-CoMoO4、K2Co2(MoO4)3、Co3O4和CoFe2O4四种氧化物晶相组成的材料阵列转换为OER预催化剂。原位电化学拉曼光谱和非原位X射线衍射(XRD)分析表明,其中的不稳定成分K2Co2(MoO4)3的快速溶解引发了Mo和K的适度浸出,从而在低电压下加速表面富集的α-Co(OH)2向CoOOH活性相的转化。此外,CoFe2O4相耦合重构产生新相CoO与无定形层CoOOH,从而形成CoFe2O4@CoO@CoOOH紧密的多相结构,起到“纳米栅栏”的作用,可有效防止催化剂的过度重构,从而赋予重构后的催化剂优异的催化活性和稳定性。本工作为设计高电流密度下具有优异活性和稳定性的OER催化剂提供了新的思路。
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20230259
采用高温固相法在1 050℃下烧结,制备了LiCoO2低浓度梯度改性样品,分别为LiF掺杂包覆(LCOLF、LCO@LF)和MgF2掺杂包覆(LCOMF、LCO@MF)。通过光电子能谱、透射电子显微镜和电化学技术等表征方法,对比分析材料形貌及电化学性能。结果表明,体相掺杂复合电极中,LCOLF热重测试显示出最优热稳定性,LCOMF晶体中(003)和(104)晶面间距收缩;45℃下1C倍率循环70圈后,LCOLF和LCOMF比容量分别为141.45和166.98 mAh·g-1,循环性能优于LiCoO2。表面包覆复合电极中,LCO@LF和LCO@MF晶粒表面光洁且晶格氧键价都向更高结合能方向增强;LCO@MF构建了坚实且紧密的包覆层,循环70圈后,放电比容量和容量保持率分别为183 mAh·g-1和91.26%(LCO@LF分别为154.38 mAh·g-1和77.54%),循环性能显著优于体相掺杂。
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202312002
卤代芳烃是非常重要的合成砌块,广泛应用于农用化学品、材料和药物等的合成。芳烃的亲电取代卤化反应是制备芳基卤化物最简单的方法,但是富电子芳烃的卤化反应存在区域选择性差的挑战。本实验采用自组装协同催化策略,以环己基苯溴化反应为模型反应,高选择性合成溴代芳烃,进而应用于卤代芳烃的高选择性合成。在加深学生芳烃亲电取代卤化反应的同时,也向学生传授自组装、协同催化和路易斯酸碱催化等重要知识,加深学生对亲电取代反应机理和离子型中间体的了解。实验主要由卤代芳烃的合成、机理探究及实验普适性三部分组成,包含多种有机实验基本操作,涉及反应监测、分离纯化、产物表征等多个重要环节,实验整体时长7小时,安全性高,可操作性强,适合本科实验教学开设。本实验秉持科研反哺教学的理念,将新的科研成果转化为人才培养内容,有助于提高学生的科研创新与实践能力。
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