浅谈量子化学计算中的电子交换作用
降雅男, 马玉臣
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202402058
常用的密度泛函理论量子化学计算需要为交换相关泛函设置参数。电子间交换作用也就成为计算化学教学中经常提及的重要物理量。为了便于学生理解交换作用,以氦原子和碳原子为例,利用现有结构化学教材中的知识,本文阐释了交换作用与一般库仑作用的区别,为何交换作用源于泡利原理,以及如何通过交换作用理解洪特规则。
关键词: 计算化学, 电子交换作用, 泡利不相容原理, 洪特规则
科教融合推动硕贯通实验课程的建设——以黄花蒿中青蒿素的提取、分离与鉴定实验为例
胡水, 李厚金, 臧真明, 李莲云, 赖瑢
【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。
关键词: 科教融合, 本硕贯通, 天然产物实验
具有航空航天特色的高分子化学研一体化教学探索
霍利军, 王明存, 赵天艺, 刘明杰
【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。
关键词: 高分子化学课程, 航空航天特色, 本研一体化, 理论与实验协同
以人为理念下基础化学实验室安全建设模式探究——以分析化学实验室为例
陈佳琪, 陈树伟, 任所财, 孙玥, 栾春晖, 吴旭
【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。
关键词: 实验室安全, 以人为本, 安全素养, 分析化学实验
交互式电子课件助力硕贯通仪器分析实验课程建设——以紫外可见光谱仪器分析实验课程为例
范雅楠, 黄晶晶
【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。
关键词: 互动式电子课件, 紫外可见光谱实验课程, 数字化资源
Synthesis, structures, and properties of metal-organic frameworks based on bipyridyl ligands and isophthalic acid
Jimin HOU, Mengyang LI, Chunhua GONG, Shaozhuang ZHANG, Caihong ZHAN, Hao XU, Jingli XIE
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240348
(2E, 6E)-4-methyl-2, 6-bis(pyridin-3-ylmethylene)cyclohexan-1-one (L1) and 4-methyl-2, 6-bis[(E)-4-(pyridin-4-yl)benzylidene]cyclohexan-1-one (L2) were synthesized and combined with isophthalic acid (H2IP), then under solvothermal conditions, to react with transition metals achieving four novel metal organic frameworks (MOFs): [Zn(IP)(L1)]n (1), {[Cd(IP)(L1)]·H2O}n (2), {[Co(IP)(L1)]·H2O}n (3), and [Zn(IP)(L2)(H2O)]n (4). MOFs 1-4 have been characterized by single-crystal X-ray diffraction, powder X-ray diffraction, thermogravimetry, and elemental analysis. Single-crystal X-ray diffraction shows that MOF 1 crystallizes in the monoclinic crystal system with space group P21/n, and MOFs 2-4 belong to the triclinic system with the P1 space group. 1-3 are 2D sheet structures, 2 and 3 have similar structural characters, whereas 4 is a 1D chain structure. Furthermore, 1-3 exhibited certain photocatalytic capability in the degradation of rhodamine B (RhB) and pararosaniline hydrochloride (PH). 4 could be used as a heterogeneous catalyst for the Knoevenagel reaction starting with benzaldehyde derivative and malononitrile. 4 could promote the reaction to achieve corresponding products in moderate yields within 3 h. Moreover, the catalyst exhibited recyclability for up to three cycles without significantly dropping its activity. A mechanism for MOF 4 catalyzed Knoevenagel condensation reaction of aromatic aldehyde and malononitrile has been initially proposed.
关键词: bipyridyl ligands, metal-organic frameworks, photocatalytic degradation, Knoevenagel condensation
K原子掺杂高度面结晶的g-C3N4光催化剂及其高效H2O2光合成
钟威, 郑丹, 欧远新, 孟爱云, 苏耀荣
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202406005
石墨相氮化碳(g-C3N4)在光催化制备过氧化氢(H2O2)领域有巨大潜力。然而,低的两电子氧还原活性严重限制了g-C3N4的光催化产H2O2效率。在这项研究中,我们通过两步煅烧法在KI晶体表面重新晶化传统g-C3N4材料,合成了钾掺杂的高晶化g-C3N4光催化剂(CN-K)。所制备的CN-K光催化材料具有更高的面间结晶度、更窄的禁带宽度和更小的颗粒尺寸(大约20到50纳米)。更重要的是,掺入的钾原子作为优异的催化位点可以增强O2吸附和稳定*OOH中间体,从而提高钾掺杂高晶化g-C3N4光催化剂的两电子氧还原活性。其中CN-K(1:6)样品具有显著增强的光催化产H2O2速率(7.8 mmol·L-1·h-1),且在420 nm下的表观量子效率为5.17%,光催化活性是传统块状g-C3N4样品的220倍。这项研究不仅揭示了杂原子提高g-C3N4光催化剂两电子氧还原活性的机理,而且为设计高效g-C3N4基光催化剂提供了新的见解。
关键词: 光催化产H2O2, 氮化碳, 钾掺杂, 高选择性两电子氧还原
阿司匹林的三三世
于逢淼, 盛阳, 李婵玥, 李宝
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202402033
阿司匹林自问世以来便受到广泛关注,随着现代医学对其化学特性和临床机制的研究试验,其临床应用范围不断得到拓展。本文主要以第一人称视角,通过小说的形式介绍了阿司匹林的发展历史、作用机理和现代研究进展,并且对其发展前景进行展望,以期读者对其应用获得较为深入的了解。
关键词: 柳树叶, 水杨酸, 阿司匹林
Synthesis, structure, fluorescence properties, and Hirshfeld surface analysis of three Zn(Ⅱ)/Cu(Ⅱ) complexes based on 5-(dimethylamino) isophthalic acid
Kaimin WANG, Xiong GU, Na DENG, Hongmei YU, Yanqin YE, Yulu MA
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240009
5-(dimethylamino) isophthalic acid (H2dia) and 1H-imidazole (mdz) were used as ligands to react with Zn(Ⅱ) or Cu(Ⅱ) metal salts to generate three new transition metal complexes [Zn(dia)(mdz)2]·2H2O (1), [Cu(dia)(mdz)2 (DMF)] (2) and [Cu(dia)(mdz)2]·H2O (3). Their structures were characterized by single-crystal X-ray diffraction, elemental analysis, IR, thermogravimetric analyses, and Hirshfeld surface analyses. The results revealed that complexes 1 and 2 possess 1D linear chains, each four-coordinated Zn(Ⅱ) of 1 is located in the geometric center of the distorted tetrahedron, but the Cu(Ⅱ) metal center of 2 is five-coordinated and holds a triangular bipyramidal geometry. The zigzag 1D chain of complex 3 was obtained by changing the solvent in the synthesis, and the four-coordinated Cu(Ⅱ) ion is in the centre of the square planar. Results indicate that the geometries of metal centers and synthetic solvents have important effects on the structures of complexes. Abundant intermolecular hydrogen bonding plays an important role in the stability of their 3D supramolecular structures. Thermogravimetric analyses revealed that the complexes have good thermal stabilities. Solid fluorescence analyses showed that complex 1 had excellent fluorescence, but the fluorescence intensities of complexes 2 and 3 were much lower than those of ligands.
关键词: complex, transition metal, crystal structure, Hirshfeld surface analysis, fluorescence property
层状双金属氢氧化物的层阴离子对衍生的Ni-Al2O3催化剂光热催化CO2甲烷化反应的影响
郭李娜, 李睿哲, 孙闯, 罗小利, 石义秋, 原弘, 欧阳述昕, 张铁锐
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202309002
太阳能驱动的二氧化碳(CO2)甲烷化反应不仅有助于减少多余的碳排放,而且是生产燃料的重要途径。层状金属双氢氧化物(layered double hydroxides,LDH)可以在高温还原气(H2/Ar)氛围中还原,转化为金属负载于氧化物(MO)的催化剂。这些催化剂在CO2加氢反应中作为优秀的光热催化剂被广泛应用。然而,有关LDH的层间阴离子类型如何影响CO2甲烷化活性的研究还相对有限。本文研究了包含不同层间阴离子的镍(Ni)铝(Al) LDH前驱体,通过在H2/Ar气氛中还原处理,制备了一系列Ni负载在氧化铝(Al2O3)上的MO催化剂,这些催化剂被命名为NiAl-x-MO (其中x代表CO3、NO3、Cl和SO4,分别代表碳酸根、硝酸根、氯离子和硫酸根等阴离子)。其中,NiAl-CO3-MO催化剂表现出50.1%的CO2转化率,99.9%的甲烷(CH4)选择性以及94.4 mmol∙g−1∙h−1的CH4产出速率。与之相比,NiAl-Cl-MO和NiAl-SO4-MO催化剂的CO2甲烷化活性极低。H2程序升温脱附(temperature programmed desorption with H2,H2-TPD)实验和密度泛函理论计算(density functional theory,DFT)结果表明,低CO2转化率是由于残留的氯(Cl)或硫(S)与金属Ni形成的强配位键阻碍了H2的吸附和活化。因此,在设计LDH衍生的催化剂,特别是用于氢化反应的Ni基催化剂时,应优先考虑层间阴离子在LDH中的重要作用。
关键词: 光热催化, CO2甲烷化, Ni-Al2O3催化剂, 层状金属双氢氧化物, 层间阴离子

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