【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202407102
在热力学可逆循环过程中,用温–熵图(T–S图)表示系统的温度与熵的变化关系,能同时显示出系统所吸的热与所做的功,从而可以方便地计算得到该循环的热功转换效率。本文总结了T–S图在多个经典热功转换循环过程中的应用,还介绍了近期报道的、利用电势的温度效应或浓差效应构建热力学循环,从低品位热能中获取能量的几个新型能量转换过程以及T–S图在其中的指导作用,可加深师生对T–S图的理解和认识,并拓展其应用范围。
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202304044
合成氨(NH3)的发展是现代工业进程和人类生存的基石。受氮气(N2)化学惰性的限制,当前的合成氨工业能源消耗高并且排放大量的二氧化碳。电化学氮气还原反应(NRR),是有望取代高能耗的Haber-Bosch (HB)合成法的一种绿色可持续的合成氨工艺。然而,因氮气以及析氢竞争副反应(HER)导致电催化氮气还原极低的NH3产率和能量转换效率一直是目前人工固氮领域面临的挑战。在本文中,我们报道了一种具有丰富孔结构的磷掺杂碳(PC)负载Zn3(PO4)2/Zn2P2O7纳米复合材料(h-PC/Zn3(PO4)2/Zn2P2O7),在酸性和中性介质中将N2高效催化转化为NH3。其独特的分级多孔结构提高了表面粗糙度并加快了氮气在催化剂体相中的扩散,这有利于延长氮气在催化剂表面的停留时间以及提高活性位点的利用效率;而多组分的均匀分布可以调节电子结构并优化反应中间体的吸附行为,进而提高活性位点的本征活性。在0.1 mol∙L−1 HCl电解液中,h-PC/Zn3(PO4)2/Zn2P2O7在−0.2 V vs.可逆氢电极(RHE)电位下NH3的产率可以达到38.7 ± 1.2 μg∙h−1∙mgcat−1,法拉第效率为19.8% ± 0.9%。此外,h-PC/Zn3(PO4)2/Zn2P2O7在0.1 mol∙L−1 Na2SO4溶液中同样展现出优异的电催化氮气还原合成氨性能,NH3产率及法拉第效率分别为17.1 ± 0.8 μg∙h−1∙mgcat−1和15.9% ± 0.6%,明显优于PC/Zn3P2、C/ZnO和大多数报道的非贵金属电催化剂。这种优异的性能主要归因于多孔结构有利于传质及多组分活性位点协同效应。此外,我们采用非原位X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等表征手段对NRR测试前后h-PC/Zn3(PO4)2/Zn2P2O7的组成和结构变化进行了剖析。在反应后检测到了新增的N物种信号,证明催化剂表面确实发生了氮气还原反应。本研究提供了一种通过同步构建传质通道并耦合不同的活性位点以协同增强NRR活性和选择性的新思路,这对加快绿色制氨工业化具有重大意义。
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202405200
药物化学是药事管理专业的重要课程,本文以“顺铂的抗癌功能发现”为载体,深入挖掘抗肿瘤药物的思政案例,以顺铂为例,延伸至金属类药物,并对其他机制类抗肿瘤药物进行探讨,总结其相关作用靶点及抗肿瘤机制,体现抗肿瘤药物的多样性。本课程通过采用系统讲授和案例教学相结合,翻转课堂等教学方式来调动学生的学习兴趣,并将课程思政理念贯彻教学过程,提高教学效果。本教学模式旨在锻炼学生创新思维、提高学生实践能力、强化学生思政意识。
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20250143
Two metal-organic frameworks (MOFs), trans-[Co(L)(μ2-H2O)(H2O)2]·2H2O (1) and cis-[Mn(L)(Bipy)] (2) (H2L=2, 2′-dimethyl-4, 4′-biphenyldicarboxylic acid, Bipy=4, 4′-bipyridine), have been synthesized and characterized by FTIR, thermogravimetric analysis (TGA), powder and single crystal X-ray diffraction. MOF 1 crystallizes in the triclinic system with a P1 space group and contains two crystallographically different Co(Ⅱ) ions. Each trans-[CoO6] octahedron is connected by μ2-H2O and L2- ligand with a bis(unidentate) coordination mode to produce a 2D sql topological network. MOF 2 crystallizes in the monoclinic system with a C2/c space group. The Mn(Ⅱ) cation adopts a cis-[MnO4N2] octahedron as a 6-connected node and is linked by L2- ligand as a 4-connected node to generate a binodal (4, 6)-connected 3D fsc framework. The intermolecular interactions in 1 and 2 have been investigated by 3D Hirshfeld surface analyses and 2D fingerprint plots to reveal that the main interactions are H…H and O…H/H…O contacts in 1, and H…H and C…H/H…C contacts in 2. The TGA indicated that 1 and 2 were stable below 390 and 370 ℃, respectively.
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202504048
顺(反)式二甘氨酸合铜制备实验是几何异构配合物制备的经典化学实验。通过引入量子化学计算和颜色识别技术对该实验进行了创新设计,解决了该实验现象易观测而微观机制难理解,以及反应终点不易控制、产率不高等问题。运用量子化学软件Gaussian 09及其可视化工具GaussView,采用密度泛函理论(DFT)对顺、反式二甘氨酸合铜分子的几何结构、能量、偶极矩以及静电势等参数进行计算,使学生初步掌握运用量子化学计算方法求算几何异构配合物分子的思路和方法,进而从微观层面深入理解顺反异构体之间的差异性。同时,基于C++编程语言与OpenCV库,通过机器视觉技术搭建一个颜色识别系统,利用摄像头捕捉反应区域图像,结合HSV颜色空间模型分析溶液颜色变化,实现对顺式二甘氨酸合铜异构化生成反式二甘氨酸合铜反应过程中溶液颜色变化的实时监控及自动识别与判断,精确监测反应终点。将量子化学计算与颜色识别技术有机结合并融入实验教学内容中,有助于学生更为深入地理解分子结构与性质之间的内在联系,大幅提高实验数据的精准度与可信度。同时能有力增强学生的科学思维能力、跨学科综合运用能力,切实提升学生在数智化领域的应用水平。
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202309036
材料表面是能量储存和转化反应发生的直接场所,因此,真实反应条件下材料的表面化学和结构在理解反应机理方面起着关键作用。X射线光电子能谱是一种表面敏感技术,已经成为研究材料表面复杂成分和电子结构的主要工具之一。传统的X射线光电子能谱受限于真空条件,这限制了对原位条件下固-气和固-液界面的研究。但随着真空差分技术和静电透镜系统的引入,X射线光电子能谱不再局限于超高真空条件。结合同步辐射光源的优势,近常压X射线光电子能谱(NAP-XPS)展现出更先进的特点。在近年来,NAP-XPS迅速成为研究各种固-气和固-液界面的重要工具。通过NAP-XPS和一些先进的光谱学和显微镜技术,研究人员可以获得原子尺度的界面信息,这使得他们能够更深入地了解这些界面的性质。本文对近年来代表性的NAP-XPS研究进展进行了简要回顾,以阐明其在固-气和固-液界面研究领域中引发的新认识。最后,文章还讨论了关于NAP-XPS技术的挑战和前景,希望可以激发新的研究思路。
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202507042
固液分离是化学合成与分离、纯化等实验中的基本操作之一。常用的固液分离方法有倾析法、离心分离法和过滤法,一般需根据固体颗粒的大小、固体量的多少以及液体的黏稠度等选择适宜的固液分离方法。本文主要介绍基于过滤分离的常压过滤和减压过滤的原理和适用对象、分离操作的基本要点和注意事项,并提出了常压过滤和减压过滤的基本操作规范建议,希望能为同行开展实验教学提供参考。
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202503078
数字化实验相较于现有教材实验,具有较强的综合性、创新性和直观性。本文将数字化传感技术引入有机化学实验基本操作中,借助温度传感器和压强传感器对常压蒸馏、减压蒸馏和分馏实验开展改进与创新探索。研究结果表明,通过运用温度传感器、压强传感器对实验装置进行优化,能够实时监测常压蒸馏、减压蒸馏与分馏等基本操作过程中的温度和压强变化情况,并自动采集、记录时间–温度曲线及时间–压强曲线。这一融合举措实现了有机化学实验的数字化转变,提高了学生学习的深度与广度,可在本科有机化学实验教学中推广实施。
