天下冷暖,知化学——化学能与热能的转化
陈佳琪, 栾春晖, 孙玥, 马琦芸, 郝王菲, 王宴佳, 吴旭
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202312020
冷热现象是人类最早观察和认识的自然现象之一。在自然界的能量转化现象中,化学能与热能的转化是常见形式之一。现代社会中,有很多相关应用给大众生活带来了极大的便利。本科普实验秉承着“应用化学,安全至上,造福社会”的理念,旨在通过简单的实验,激发普通大众对化学的兴趣,帮助他们正确认识化学,了解化学反应可能存在的安全风险,并培养其正确的安全意识。实验围绕化学反应中两个特征鲜明的反应:吸热反应(氯化铵与氢氧化钡反应)和放热反应(发热包与水反应),针对不同知识背景的受众,设计了不同的呈现形式(如趣味实验——气球捏捏冰、情景剧——碘-淀抱抱乐),在幼儿园、中学和社区开展了多场主题科普教育活动。实验通过这些活动向大众展示了化学能与热能之间相互转化的奇妙现象,普及了相关安全常识,使不同的受众真切地感受到了化学的无穷魅力,同时也提高了他们的安全意识。
关键词: 化学能, 热能, 安全意识, 吸热反应, 放热反应
黏度测定服务厨余垃圾处理设备运行条件优化的实验教学设计
孙立森, 郝永梅, 黄镇, 刘永梅
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202307063
厨余垃圾的不当处置会造成土地和水资源的污染,随着垃圾分类政策在全国的推行,有效处理厨余垃圾成为解决环境问题的热点议题。厨余垃圾黏度的大小可直接影响处理设备的选型和工艺参数确定。将厨余垃圾的黏度测定作为实际应用案例引入物理化学实验教学,结合实际改进实验,对不同组成厨余垃圾的黏度值进行测量,考察含固率、转子型号、搅拌速度选择等对黏度值的影响,为厨余垃圾处理设备选型及工艺参数选择提供理论依据。改进后的实验可以强化学生学以致用的意识,增强对工程问题的综合性和复杂性的认识,启迪学生对厨余垃圾资源化利用的探索思考,实现基于“双碳”和绿色环保的创新思维学科素养培养,增强社会责任感。
关键词: 厨余垃圾, 黏度测定, 含固率
Ligand substitution of diiron hexacarbonyl complex with aminodiphosphine to prepare diiron aminophosphine complexes relevant to [FeFe]-hydrogenases
Xufeng LIU, Shaojie WANG, Peihua ZHAO
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20250131
To extend a new family of aminophosphine-coordinated [FeFe]-hydrogenase mimics for catalytic hydrogen (H2) evolution, we carried out the ligand substitutions of diiron hexacarbonyl precursors [Fe2(μ-X2pdt)(CO)6] (X2pdt=(SCH2)2CX2, X=Me, H) with aminodiphosphines (Ph2PCH2)2NY(Y=(CH2)2OH, (CH2)3OH) to obtain two new diiron aminophosphine complexes [Fe2(L1)(μ-Me2pdt)(CO)5] (1) and [Fe2(L2)(μ-H2pdt)(CO)5] (2), where L1=3-[(diphenylphosphaneyl)methyl]oxazolidine, L2=3-[(diphenylphosphaneyl)methyl]-1, 3-oxazinane. Moreover, the structures of 1 and 2 have been fully confirmed by elemental analysis, spectroscopic techniques, and single-crystal X-ray diffraction. Using cyclic voltammetry (CV), we investigated the electrochemical redox performance and proton reduction activities of 1 and 2 in acetic acid (HOAc). The CV study indicates that diiron aminophosphine complexes 1 and 2 can be considered to be hydrogenase-inspired diiron molecular electrocatalysts for the reduction of protons into H2 generation in the presence of HOAc.
关键词: [FeFe]-hydrogenases, diiron model complexes, aminophosphine ligand, structure, electrochemical performance
基于金纳米棒刻蚀比色法检测、铜离子
李红, 丁晓莹, 刘慈航, 张靖涵, 饶艳英
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20230370
采用种子生长法制备金纳米棒(AuNRs)以构建光学传感器,用于Fe3+和Cu2+的高选择性快速可视化检测。在酸性环境中,Fe3+和Cu2+通过与KI溶液反应,将I-氧化成I2。I2刻蚀AuNRs,导致其纵向表面等离子体共振(LSPR)吸收峰蓝移,从而实现对Fe3+和Cu2+的检测。结果表明,反应温度为50 ℃时,添加0.8 mL 0.1 mol·L-1 HCl、2 mL AuNRs生长液和20 mmol·L-1 KI溶液,与2 mL 500 μmol·L-1 Fe3+或30 μmol·L-1 Cu2+反应25或90 min,可将AuNRs刻蚀至LSPR吸收峰消失。该方法对Fe3+和Cu2+检测具有高选择性和准确性,对于Fe3+、Cu2+共存体系的检测,可通过加入适量F-与Fe3+生成配合物[FeF6]3-完成对Fe3+的化学掩蔽,消除Fe3+的干扰,实现共存体系中Cu2+的准确检测。
关键词: 金纳米棒, 铁离子, 铜离子, 比色法检测
乙二胺四乙酸钠补铁剂制备实验改进
王秀云, 程嘉硕, 王一鸣, 吴浩宇, 宿艳, 高瑀茁, 刘潇彧, 赵铭宇, 王春燕, 崔淼, 姜文凤
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202308067
本项目将乙二胺四乙酸铁钠(NaFeEDTA)补铁剂制备实验项目进行了改进,将理论知识与实际生产紧密衔接,依据药物制备工艺流程,设置集方案设计、药物制备、结构鉴定、纯度分析等模块于一体的全链条实验内容,将实验项目由验证性实验转变为综合性、设计性实验,引导学生结合制药工艺流程中所涉及到的质量控制、安全生产、环境保护等因素设计实验方案。本实验项目可结合多条专利路线,能激发学生探究兴趣,促进学生自主探究,培养学生方案设计和创新思辨能力,提升学生解决实际问题能力和科学素养,增强专业自信。
关键词: 乙二胺四乙酸铁钠补铁剂制备, 实验改进, 方案设计
二茂苯基衍生物的综合化学实验设计
鄢剑锋, 肖雅婷, 左鑫, 林彩霞, 袁耀锋
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202310005
介绍了一个综合化学实验,涉及二茂铁苯基衍生物的合成、光物理和电化学性质的表征。该实验难度适中,综合运用了多种表征方法和测试手段,将大学基础化学理论、基本实验技能与金属有机领域的学术研究相结合。采用逆合成分析法设计了“一锅法”水相合成路线,旨在帮助学生树立绿色化学的概念以及培养可持续发展的思想。实验运用了紫外-可见吸收光谱和电化学方法对目标化合物的光物理和电化学性质进行研究,并结合量化计算手段详细比较了给电子基团和吸电子基团对分子电荷分布带来的影响。通过以科研反哺教学的模式,本实验不仅使学生掌握了基本的科研训练,而且培养了他们的综合实验素质。
关键词: 二茂铁苯基衍生物, 水相合成, 光物理, 电化学, 量化计算, 综合化学实验
清醒与陶醉之间——“酱香拿”的奇妙漂流
周彤, 谢丽怡, 刘楚钰, 郑熙妍, 李宝
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202312048
以近期风靡大众的“酱香拿铁”为蓝本,创新性地以“美酒加咖啡”的双线结构展开,从乙醇和咖啡因的性质、对人体的作用机制、体内代谢途径等方面进行拟人化叙述,以期帮助读者了解背后的化学知识及对健康的影响,从而更科学、适度地摄入饮品。
关键词: 乙醇, 咖啡因, 作用机制, 代谢途径, 人体反应, 饮用建议
光功能配合物激发态调控的研究进展
潘庆君, 龚忠亮, 钟羽武
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240365
许多具有d6d8电子构型的第二和第三周期过渡金属配合物具有长寿命的金属中心到配体的电荷转移(MLCT)激发态,表现出优异的光化学和光物理性能。然而,这类金属普遍昂贵且在地壳中的丰度很低。因此,开发新型廉价和丰产第一周期过渡金属光功能配合物具有重要的理论研究意义和实际应用价值。其中,具有3d6电子构型的Fe(Ⅱ)和3d5电子构型的Fe(Ⅲ)光功能配合物引起了众多关注。其主要挑战为通过有效的配体设计调控Fe(Ⅱ)配合物的MLCT激发态,以及实现Fe(Ⅲ)配合物配体到金属的电荷转移(LMCT)激发态发光。近年来,相关研究取得了突破性的进展,具有较长MLCT激发态寿命的Fe(Ⅱ)配合物和LMCT发光的Fe(Ⅲ)配合物被陆续开发出来,并成功应用于光化学领域。在此,我们从配合物和配体设计出发,总结了Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)配合物激发态调控的最新进展。此外,我们还讨论了Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)配合物在光化学领域的潜在应用。
关键词: 丰产金属, 铁配合物, 配体设计, 激发态调控
双膦配体桥联的四配合物的电催化产氢性能
朱霖洁, 刘旭锋
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240207
通过配体取代反应合成了2个双膦配体桥联的四铁配合物[Fe4(CO)10(μ-SCH2CH (CH3) S)2(dppa)](1)和[Fe4(CO)10(μ-SCH2CH (CH3) S)2(trans-dppv)](2),其中dppa=双(二苯基膦)乙炔,trans-dppv=trans-1,2-双(二苯基膦)乙烯。配合物的结构经过元素分析、红外光谱、核磁共振氢谱、磷谱以及单晶X射线衍射等方法的表征。用循环伏安法研究了新配合物的电化学性质,结果表明它们均可以在乙腈溶液中催化醋酸中的质子还原产生氢气。其中配合物2的催化效率要明显优于配合物1
关键词: 四铁配合物, 晶体结构, 循环伏安, 电催化产氢
Influence of bismuth trisulfide on the electrochemical performance of iron electrode
Yi ZHANG, Guang LI, Wenxuan FAN, Qingfeng YI
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240445
Iron (Fe) nanoparticles and graphite (Gr) with different masses of bismuth trisulfide (Bi2S3) were mixed by high-energy ball milling treatment to fabricate the corresponding composite iron anodes Bi2S3@Fe-Gr. The hydrogen evolution reaction and iron passivation process on these iron electrodes were investigated in alkaline and neutral solutions. The iron electrode Bi2S3-3@Fe-Gr (The additional amount of Bi2S3 was 3 mg) revealed the strongest ability to inhibit hydrogen evolution among the iron electrodes of the present investigation, while the Bi2S3-6@Fe-Gr electrode (The additional amount of Bi2S3 was 6 mg) delivered significant performance in inhibiting anodic passivation. This is because the high-energy ball milling process leads to the well-dispersion of Bi2S3 and the changes in the surface of Fe nanoparticles, thereby slowing down the passivation of the iron electrode surface.
关键词: iron-air battery, bismuth trisulfide, graphite, passivation, hydrogen evolution reaction

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