纳米石榴石固体电解粉体在聚合物电解中的均匀分散
吕寒梅, 陈昕, 孙麒富, 赵宁, 郭向欣
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202305016
固态锂电池(SSLBs)因采用金属锂负极和固体电解质,具有提高能量密度和安全性的潜质。固体电解质作为固态锂电池的关键材料,对电池性能有重要影响。其中,聚合物-石榴石型复合固态电解质因结合了聚合物电解质的易加工性以及石榴石电解质的热稳定性和高离子电导率的优点,在固态电池规模化制造中具有良好的应用前景。然而,由于纳米固体电解质粉体的表面能高、与有机物的界面兼容性差,导致纳米锂镧锆氧颗粒在聚合物基体中容易发生团聚,进而导致复合电解质的离子电导率降低。本工作引入硅烷偶联剂3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)对Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12 (LLZTO)的表面进行改性,旨在改善LLZTO颗粒在溶剂和聚合物基体中的分散性。LLZTO纳米颗粒表面的羟基与GPTMS分子反应形成共价键,在颗粒表面形成一层厚度约5 nm的GPTMS修饰层。GPTMS中具有亲脂性的环氧基团,使改性后的LLZTO纳米颗粒(LLZTO@GPTMS)在有机溶剂中均匀分散。粒度分布实验表明,LLZTO纳米颗粒的分散性与溶剂的极性呈正相关。采用均匀分散的LLZTO悬浮液,制备的PEO: LLZTO复合电解质的室温离子电导率可以达到2.31 × 10−4 S∙cm−1。使用优化后的PEO: LLZTO@GPTMS电解质组装的锂对称电池以及以LiFePO4 (LFP)为正极、金属锂为负极的SSLBs均表现出更长的循环寿命。此外,GPTMS的修饰有助于LLZTO纳米颗粒在聚乙烯(Polyethylene,PE)隔膜上的均匀涂覆。采用LLZTO@GPTMS涂覆PE隔膜的LFP|Li电池比采用未修饰LLZTO涂覆PE隔膜的电池展现出更优异的循环稳定性。结果表明,GPTMS能够有效提高LLZTO纳米颗粒在有机溶剂和聚合物基质中的分散性,对其他有机-无机复合材料体系具有指导意义。
关键词: 固态锂电池, 石榴石型电解质, 复合固体电解质, 硅烷偶联剂, 纳米粉体分散
基航空航天专业特色,建新无机化学教学模式
鹿现永, 胡涛
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202409037
基于航空航天专业育人特色,打通无机化学原理和无机元素课程建设的知识体系融合通道,利用STEM教学理念打造内涵式新质无机化学教学体系,解决目前存在的无机化学教学难点和痛点,提高课程的两性一度,为新时代化学人才的培养提供课程支撑。
关键词: 无机化学, 新质教学体系, STEM教学理念, 学校育人特色
从蛋白质到储能材料——可食用的明胶果冻电解
张欣然, 刘思旗, 陈钇池, 邹庆立, 徐庆红, 黄雅钦
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202408104
明胶是动物结缔组织中的胶原蛋白经过适度水解得到的高分子材料,其具有溶胶-凝胶可逆性。本实验借助明胶的溶胶-凝胶可逆性以及果汁中富含的金属离子,制备了明胶果冻电解质材料和系列电解反应的科普简易装置。通过趣味性教学展示和适宜于大众直接参与动手的简易实验,使大众深入了解水果电池的根本原理以及金属离子在明胶内部被固化溶液环境中的运动转移特性,进而认识普通电池工作的内在机制。本科普实验不但将凝胶电解质材料在能量储存和转化方面的巨大优势充分展现在大众面前,促进公众对天然大分子和电解质科学的了解、提高科技创新认知以及激发他们的科学兴趣,具有极高的社会价值。本科普实验所用材料价廉易得且绿色环保,实验过程没有安全隐患,达到用大众熟悉的材料创新性地实现普及科学知识之目的。
关键词: 明胶, 溶胶-凝胶转变, 水系电池, 凝胶电解质, 柔性电池
国内外物理化学教材对比研究——电解溶液
张岩, 曹晓燕, 李一鸣, 夏树伟, 包木太
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202502027
溶液是化学学科的核心研究体系之一,电解质溶液是溶液体系的重要组成部分。本文选取了8本国内外代表性物理化学教材,以电解质溶液为研究对象,详细比较了不同教材中该部分的章节设置、内容安排,并对教材中的习题进行了介绍,期望为物理化学的教材编写和一线教学提供参考。
关键词: 物理化学, 教材建设, 对比研究, 电解质溶液
高压锂电池正极电解界面研究进展
刘建东, 张志佳, MikhailKamenskii, FilippVolkov, SvetlanaEliseeva, 马建民
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202308048
提高电池的截止电压上限可以显著提升锂电池的能量密度。然而,高截止电压也会导致正极材料在高压下发生不可逆相变和副反应,从而损害电池性能。为了解决这一问题,建立一个稳定的正极电解质界面(CEI)在提高电池性能方面起到了关键作用。本文探讨了CEI的形成机制,并概述了构建CEI的方法,包括人工构建CEI和原位生成CEI。此外,从电解质的角度出发,我们还展望了构建高压正极CEI的设计思路。
关键词: 高压正极, 正极电解质界面, 电解质工程, 电解质添加剂, 锂电池
发展新生产力背景下实践教学体系的探索与实践
刘冬成, 张中, 唐劲军, 樊友军, 李晓坤, 杨秀林, 刘婷, 沈星灿
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202509064
创新人才是发展新质生产力的第一资源。鉴于国家对创新人才的迫切需求,广西师范大学化学与药学学院针对实践教学在教学资源、教学环节和评价机制方面存在的问题进行改革,探索实践“三轮驱动·四链融合·一体评价”的实践教学体系。学院通过“平台牵引、师资引领、课程支撑”驱动建设优质实践教学资源,利用科技创新驱动“实验链、竞赛链、科研链、实践链”等教学环节深度融合,构建“实验、竞赛、科研、实践”一体化实践教学质量评价新机制,显著提升了学生的创新实践能力、学科交叉能力和综合素质,改革效果良好,具有示范推广价值。
关键词: 新质生产力, 实践教学体系, 创新实践能力培养, 科技创新
碳点在先进电池电解中的应用
张英豪, 刘华新, 丁涵睿, 郑智, 邓文韬, 邹国强, 徐来强, 侯红帅, 纪效波
【物理化学学报】doi: 10.1016/j.actphy.2025.100170
锂离子电池等二次电池顺应可再生能源发展需求,在储能与日常生活中应用日益广泛。当前,电池在追求高比能与高安全性过程中受限于电解质本体及界面反应,因而调控电解质与界面是突破瓶颈、发展下一代电池的关键。作为一种新兴的纳米材料,碳点(CDs)丰富的表面官能团和可掺杂位点使其能够通过表面化学设计同时调控本体离子动力学和界面稳定性,在应对电解质关键难题方面展现出巨大潜力。本文系统综述了功能化碳点在锂/钠/锌离子电池电解质中的前沿应用,介绍了碳点的结构特性、分类及合成方法,总结了其在液态电解质添加剂、固态电解质填料及固态复合电解质界面调控等方面的多重角色,并重点剖析了碳点在调控离子沉积、构筑功能化界面层及优化电解质微环境的作用机制。最后,展望了碳点在电解质工程中面临的挑战和未来的发展方向,为高比能、高安全电池体系的设计提供新思路与理论支撑。
关键词: 二次电池, 碳点, 电解质, 离子动力学, 界面
生产力驱动3D打印辅助化工原理教学探索
张震, 刘杰, 康红卫, 白翠冰, 陈继堂
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202501021
发展新质生产力背景下,社会发展和产业变革对化工类专业人才的培养提出了新要求,也对高校开展化工原理课程教学提出了更高要求。教学团队基于3D打印的化工单元操作设备模型,提出以化工单元操作设备为主线的教学改革方法。该方法利用3D打印技术的创造性和数字化特征,将3D打印技术、化工单元操作设备教学与化工原理理论教学相结合,可有效提高学生的综合能力,培育学生的思政素养。根据问卷调查,学生认为该方法的实施在以下几个方面对他们的学习有帮助,包括学习兴趣(18%)、空间想象力(18%)、直观理解抽象概念(16%)、实践操作能力(15%)等。
关键词: 新质生产力, 3D打印, 化工原理, 教学实践, 课程思政
固相微萃取与谱联用技术在环境检测中的应用
侯思维, 牛雅新, 张广录, 杨燕美, 王栩, 陈蓁蓁
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202504078
固相微萃取(SPME)是一种集萃取、浓缩、解吸和进样于一体的样品前处理技术,具有操作简单、成本低廉、效率高和溶剂消耗少等显著优点。自20世纪90年代加拿大滑铁卢大学的Belardi和Pawliszyn首次提出以来,SPME技术已成为环境分析领域的重要工具。SPME技术与质谱(MS)技术的联用,能够有效检测和定量分析环境污染物,为环境污染物的分析提供了强有力的工具。本文综述了SPME-MS联用技术(SPME-GC-MS、SPME-LC/HPLC-MS、SPME-AMS)在环境分析中的应用进展,阐述了SPME技术的基本原理,介绍了萃取方式和涂层材料,并说明了这三种联用方式及其在环境方面的应用实例,最后,对该技术的未来发展方向进行了展望。
关键词: 样品前处理, 固相微萃取, 涂层, 质谱
“最佳多面手”颁奖典礼——透明酸家族的荣耀时刻
郭兴, 朱荣秀
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202503114
透明质酸,又称玻尿酸,是一种重要的生物大分子,最早由眼科教授Meyer及其团队从牛眼玻璃体中分离得到。作为一种非硫酸化糖胺聚糖,透明质酸凭借其独特的生物学功能和卓越的多领域应用,被誉为“最佳多面手”。从医药领域到化妆品,再到食品健康,它的贡献无处不在。在医学上,它广泛应用于关节保健、眼科手术和皮肤填充等方面;在化妆品行业,凭借出色的保湿功效,它被视为护肤界的“天后”;在食品领域,因其对健康和美丽的双重促进作用,它备受人们青睐。本文以一场“最佳多面手”颁奖典礼为线索,拟人化地展现透明质酸在多个领域的独特魅力与卓越贡献,并揭示其背后的化学奥秘,带领读者一同感受这一多功能生物大分子在现代生活中的精彩表现。
关键词: 透明质酸, 糖胺聚糖, 多功能生物大分子

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