本文介绍了作者在计算材料学本科课程的教学实践中基于SPC/E水分子模型设计的一系列分子动力学实验内容。SPC/E水分子模型具有简洁、高效和便于理解的特点，基于此模型设计的实验内容包含分子动力学算法验证，以及径向分布函数、比热容和输运性质的计算。这些实验内容与理论课中分子动力学的基本原理和分子动力学对物质结构、热力学性质和动力学性质的计算等内容一一对应，有助于加深学生对分子动力学的基础知识的理解。这些实验采用同一模拟体系贯穿始终，计算量适中且均使用开源软件LAMMPS进行模拟，可实现计算化学及计算材料学课程中分子动力学实验简洁高效的教学。

高校化学教学实验室内存在很多危险因素，管理方法和技术手段采用不当会引起师生受伤，进而影响实验教学的正常进行。负面清单管理制度可简明扼要地将各种实验教学和实验室管理过程中发现的问题进行归纳总结，做好负面清单的整理和持续改进是强化高校化学实验教学实验室安全管理的有效方法之一。本文在总结现阶段高校化学实验教学实验室的各种影响因素的基础上，形成有针对性的负面清单，开展有针对性的实验室安全教育和培训E (education)、采取有效的实验室工程技术安全措施E (engineering)、强化实验室安全强制措施E (enforcement)，形成了3E方法与负面清单管理制度相结合的化学教学实验室安全模式。该制度的可持续发展模式在化学教学实验室管理中收获良好效果，为高校化学教学实验室安全管理提供参考。

针对当前物理化学教学中存在的诸多问题，本文以物理化学中“电解质溶液的电导”这一教学内容为例，提出了一种基于教学目标导向、以学生为中心的教学改革策略。通过拓展传统的“课前预习、课堂讲授、课后作业”模式，结合课程思政理念，引入双线P-BOPPPS-E教学模式，并采用过程性考核评价方案对教学效果进行系统性量化评估。该教学体系旨在激发学生的学习主动性，全面提升学生的“知识-能力-素质”三位一体的综合能力，为物理化学教学改革提供有效的理论支持和实践指导。

以提高GaN/ZnO异质结光解水制氢性能为目标，采用第一性原理方法研究了Li和Au元素掺杂GaN/ZnO异质结的电子结构、光学性质和光催化性能。电子结构计算表明GaN/ZnO异质结为直接带隙半导体，异质结类型为Z型，带隙为1.41 eV，能有效促进载流子分离。Li、Au掺杂后的各结构中除Li替位Zn结构外，均具有磁性。光学性质分析的结果表明，掺杂Li、Au元素可以提高体系的吸收系数，其中Li替位Zn后异质结具有较大的光吸收系数，同时具有较大的功函数(7.37 eV)和界面电势差(2.55 V)，表明其可见光利用率较高，界面结构稳定且具有较大的内建电场，可以更有效地促进电子与空穴的迁移从而减小电子-空穴对的结合。Bader电荷分析表明掺杂元素Li和Au均失去电子。电子从GaN层向ZnO层转移，在界面处形成了一个有效的内电场。Li替位Zn和Au同时替位近位的Ga和Zn所对应的2种结构的层与层之间转移的电子较多，说明其界面电势差较大且拥有较高的光生载流子迁移速率。光解水制氢性能分析表明，ZnO薄膜、GaN/ZnO异质结、Li替位Ga以及Li同时替位远位的Ga和Zn四种体系在pH=0时，满足光解水制氢的条件。GaN薄膜、ZnO薄膜和Li同时替位远位的Ga和Zn三种体系在pH=7时满足光解水制氢的条件。

卤代烃E2消除反应是基础有机化学课程中的重要教学内容，由于缺乏直观形象化的描述导致学生理解困难。本文设计了一个面向化学本科专业的计算化学实验，通过量子化学计算阐明卤代烃发生E2消除反应的详细机理及其与S_N2亲核取代反应的竞争机制，同时获取反应的热力学和动力学信息，帮助学生理解Zaitsev规则、选择性、反应热力学、反应动力学、过渡态、反应坐标等有机化学及物理化学中的基本概念。本实验旨在训练学生使用计算化学方法解决化学问题的基本思路，提升学生的科研素养。

利用K⁺、Cl-共掺杂来优化纳米Li₂FeSiO₄/C正极材料的结构及电化学性能，通过固相反应制备了纳米Li_2-xK_xFeSiO_4-0.5xCl_x/C (x=0、0.01、0.02)正极材料。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱和恒电流充放电等对比研究了3种正极材料的微观结构特征和电化学性能。研究表明纳米Li_1.99K_0.01FeSiO_3.995Cl_0.01/C正极材料的晶面间距和晶胞体积最大，颗粒粒径最小，平均粒径为32 nm。这些特定的微观结构使其表现出最优的电化学性能。纳米Li_1.99K_0.01FeSiO_3.995Cl_0.01/C在0.1C下的首次放电比容量高达203 mAh·g^-1，在1C下充放电循环100次的容量保持率为97.72%。

Li/CrO_x电池具有高能量密度和优异的倍率性能，成为高性能一次锂电池的研究热点。而基于发展具有宽温域和高介电常数的碳酸丙烯酯(PC)电解液体系，对于开发功率高和环境耐受性强的锂一次电池具有重要的应用价值。在本工作中，我们研究了CrO_x在PC基电解液中的放电行为，筛选了适配于大电流放电的电解液体系：1 mol∙L⁻¹ LiTFSI PC : DOL (1, 3-二氧环戊烷) = 1 : 2；并揭示了在PC基电解液中影响CrO_x大电流放电的规律：Li⁺溶剂化鞘层中溶剂分子配位数以及参与配位的粒子类型，会极大地影响Li/CrO_x电池体系的倍率放电性能。低的配位数以及阴离子参与的溶剂化鞘层结构更加适配Li/CrO_x电池体系，能够实现大电流放电。这些规律的认识对于推动PC基电解液应用于大倍率Li/CrO_x电池体系具有重要指导意义。

采用2种密度泛函方法对C₆S₆Li₆储氢性能进行了理论研究。C₆S₆Li₆动力学稳定，最多可吸附38个H₂分子，储氢密度可达20.213%。C₆S₆Li₆(H₂)₃₈的平均吸附能接近温和条件下可逆吸附氢气的标准(0.1~0.8 eV)。各种波函数分析表明，C₆S₆Li₆中Li的2s→2p电子跃迁和各带电原子的电场极化共同主导了C₆S₆Li₆对H₂的范德瓦耳斯作用。热化学计算表明，在77 K下，压力为0.1、2.5、5.0 MPa时，C₆S₆Li₆分别自发吸附6、32、38个H₂分子，并且在298.15 K能够完全释放，可逆储氢密度分别为3.846%、17.582%和20.213%。原子密度矩阵传播动力学模拟表明，C₆S₆Li₆(H₂)₃₈中被吸附的H₂分子大多可以在室温下脱附，并且母体结构保持稳定，不会坍塌。二聚体(C₆S₆Li₆)₂能够吸附53个H₂分子，储氢密度为15.014%，也适合在温和条件下可逆储氢。

首先采用共沉淀方法制备富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂原始样品(P-LRMO)，然后通过简单的湿化学法以及低温煅烧方法对其进行不同含量Ga₂O₃原位包覆。透射电子显微镜(TEM)以及X射线光电子能谱(XPS)结果表明在P-LRMO表面成功合成了Ga₂O₃包覆层。电化学测试结果表明：含有3%Ga₂O₃的改性材料G3-LRMO具有最优的电化学性能，其在0.1C倍率(电流密度为25 mA·g^-1)下首圈充放电比容量可以达到270.1 mAh·g^-1，在5C倍率下容量仍能保持127.4 mAh·g^-1，优于未改性材料的90.7 mAh·g^-1，表现出优异的倍率性能。G3-LRMO在1C倍率下循环200圈后仍有190.7 mAh·g^-1的容量，容量保持率由未改性前的72.9%提升至85.6%，证明Ga₂O₃包覆改性能有效提升富锂锰基材料的循环稳定性。并且，G3-LRMO在1C倍率下循环100圈后，电荷转移阻抗(R_ct)为107.7 Ω，远低于未改性材料的251.5 Ω，表明Ga₂O₃包覆层能提高材料的电子传输速率。

Two alkali-metal sulfamates nonlinear optical (NLO) crystals, Li(NH₂SO₃) and Na(NH₂SO₃), have been obtained through the facile evaporation method. Li(NH₂SO₃) crystallizes in the polar space group Pca2₁ (No.29). The structure of Li(NH₂SO₃) can be described as a 3D network formed by [LiO₄]^7- polyhedral connecting with NH₂SO₃^- tetrahedra through corner-sharing. Na(NH₂SO₃) crystallizes in the polar space group P2₁2₁2₁ (No.19). The structure of Na(NH₂SO₃) can be described as a 3D network formed by distorted [NaO₆]^11- octahedral connecting with NH₂SO₃^- tetrahedra through corner-sharing. The UV-Vis-near-infrared spectra demonstrate that Li(NH₂SO₃) and Na(NH₂SO₃) possessed large optical band gaps of 5.25 and 4.81 eV, respectively. Powder second-harmonic generation (SHG) measurements demonstrate that the SHG intensity of Li(NH₂SO₃) and Na(NH₂SO₃) were 0.32 times and 0.31 times that of KH₂PO₄, respectively. First-principles calculations confirm the nonlinear optical performance mainly derived from the synergistic effect of amino sulfonate anions and alkali metal oxide anionic polyhedra.