设计热力学稳定的贵金属单原子光催化剂用于乙醇的高效非氧化转化形成高氢和增值产物乙醛
周昱晨, 刘焕敏, 李红星, 宋欣妤, 唐永华, 周鹏
【物理化学学报】doi: 10.1016/j.actphy.2025.100067
光催化剂固有的表面原子构型,通常缺乏不稳定或难以生成的原子空位,这往往限制了金属单原子(MSA)助催化剂与光催化剂之间有效相互作用的形成,从而抑制了单原子光催化剂的稳定性和性能提升。在本研究中,我们提出了一种简便且经济的光化学氧还原反应(ORR)机制,用于在温和条件下(仅消耗水和氧气,压力为101325 Pa,温度为25 ℃)在TiO2光催化剂上制备热力学稳定的贵金属单原子助催化剂。第一性原理模拟首次从理论上揭示了TiO2的固有表面构型仅能产生不稳定的Pt―O2结构。然而,TiO2上发生的ORR不仅能够提供一个外来氧与Pt单原子(PtSA)配位,还能诱导一个表面晶格氧向PtSA移动,从而促进热力学稳定的Pt―O4物种的形成,这一点通过在氧气氛围而非惰性氛围中实验合成TiO2上的PtSA得到了验证。所获得的稳定PtSA-TiO2光催化剂在共生产高纯度氢气和附加值乙醛时,表现出320.4 mmol·g−1·h−1的光催化速率,选择性高达99.65%,其活性是负载Pt纳米颗粒的TiO2的三倍。该策略进一步扩展至其他贵金属,如Rh和Pd。
关键词: 金属单原子, 表面重构, 热稳定性, 光催化, 氢气
融”培养地方高校化材类创新人才探索与实践
汪靖伦, 周虎, 郑柏树, 李国斌, 岳明, 周智华
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202405013
新形势下创新人才的培养是创新型国家建设和地方经济发展的重中之重,高等学校作为人才培养的重要机构,在创新型人才培养过程中肩负着重要使命。本文针对地方高校化材类创新人才培养中遇到的具体问题,提出“具备学科交叉优势、具有创新思维与工程实践能力、拥有国际化视野和竞争力”的地方高校化材类创新人才培养新理念,并以新理念为指导构建团队协同、学科融合,资源协同、教科融合,校企协同、产学研融合,开放协同、国际融合的“四协四融”多方位全过程地方高校化材类创新人才培养新模式。
关键词: 化材类创新人才培养, 四协四融
低温合成方相BaTiO3及其压电催化性能
胡志文, 董伟霞, 包启富, 李萍
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20230462
基于淀粉糊化机制低温合成了四方相BaTiO3粉体。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、紫外可见吸收光谱、X射线光电子能谱对合成粉体的形貌、物相进行表征;在超声条件下,以系列典型染料为降解对象测试BaTiO3压电催化性能。结果显示,煅烧温度为600 ℃时即可获得四方相BaTiO3粉体,且随着温度的提升,结晶度逐渐增加;当煅烧温度为700 ℃时,合成的BaTiO3粉体尺寸分布均匀,分散度良好,呈现类立方体状;在超声驱动下,BaTiO3降解罗丹明B、刚果红、甲基橙染料时均展现出良好的效果,反应速率常数分别为1.090×10-2、1.113×10-2、1.084×10-2 min-1,并以降解刚果红为对象揭示其压电催化的机理,即空穴和超氧自由基是降解过程中的主要反应物质。
关键词: 淀粉糊化, 低温, BaTiO3, 压电催化
乙二胺乙酸铁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
新型杂合芳烯光控分子开关的设计合成与性能测试
高睿, 周颖, 胡一凡, 陈思远, 徐首红, 罗千福, 张文清
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202310050
围绕分子开关及聚集诱导发光的科研热点领域进行本科教学实验设计,将光致变色二芳烯巧妙嵌合于具有聚集诱导发光性能的四芳烯体系中,制备得到兼具变色和发光功能的新型杂合四芳烯光控荧光分子开关,科教融合,将科研前沿引入到本科实验教学。从物质的制备、分离提纯、结构表征和性能测试等方面进行了综合实验探索。本实验分子设计简练新颖,内容丰富,现象明显,在综合运用和巩固本科学习的基本理论和基本操作的基础上,激发学生的科研兴趣,培养团结协作和突破创新的科学精神。
关键词: 光致变色, 聚集诱导发光, 荧光分子开关, 本科实验教学
位一体”的无机化学教学创新
叶龚兰, 尹霞, 许峰, 杨鹏, 吴英鹏, 费慧龙
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202401071
“无机化学”的授课对象为大一新生,学生的学业适应有待提高;课程的理论性强,理论与实验难以同步开展;同时,理论与实践不能有机融合。针对以上问题,为了提高拔尖学生的学习能力,教学团队进行了全面改革。依托信息化资源平台和人工智能知识图谱,创新教学模式,通过混合式教学模式,解决部分学生学习与老师上课进度脱节的问题,提高学生自主学习能力并满足个性化需求;创新教学手段,将虚拟仿真等新技术引入课堂,解决理论与实验脱节的问题,提高学生深度学习能力;创新教学环境,依托学校实验平台和当地地质博物馆沉浸式学习,解决理论与实践脱节问题,提高学生实践创新能力;创新教学主导,依托博物馆,学生参与讲解员等志愿者活动,提高学生社会服务意识。“无机化学”的创新改革让课程平台资源更丰富、成果更多、教学质量获得同行高度认可,学生收益多、创新实践能力显著增强。
关键词: 无机化学, 四位一体, 拔尖学生, 教学改革
双膦配体桥联的铁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
面向工程实践能力培养的“化工原理”阶递进教学创新
王婷婷, 孙初锋, 李振华, 王鸿灵, 王文芳, 苏小平, 崔璐娟, 王成君
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202503052
化工原理课程是化工类及相近专业的一门非常重要的专业核心必修课,该课程在培养化工类及相近专业学生的理论基础、工程实践能力与创新思维方面起到举足轻重的作用。针对化工原理课程教学存在的痛点问题,课程组采取“以生为本、交叉融合、数智赋能、知行融拓”教学理念,通过融合跨学科教学内容、扩充多维度教学资源、构建四层次递进教学模式、采用“问题项目+AI虚拟组员”教学方法、提升评价维度、延伸评价深度等方法开展课程教学创新。通过改革实践,学生学习积极性和课程认同感提升、工程思维树立、创新能力提升,从根本上提高化工原理课程体系的教学质量,利于培养兼备创新思维和扎实工程实践技能的未来工程师。
关键词: 化工原理, 交叉融合, 四阶递进, 人才培养
Selective electrocatalytic reduction of Sn(Ⅳ) by carbon nitrogen materials prepared with different precursors
Rui PAN, Yuting MENG, Ruigang XIE, Daixiang CHEN, Jiefa SHEN, Shenghu YAN, Jianwu LIU, Yue ZHANG
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20230433
Graphitic carbon nitride (CN)-based materials were synthesized using melamine, urea, guanidine carbonate, and thiourea as precursors via pyrolysis. The synthesized materials underwent comprehensive characterization employing techniques such as X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and nitrogen adsorption-desorption test. These materials were evaluated for their performance as cathodes with platinum sheet electrodes as anodes in the selective electrocatalytic reduction of Sn(Ⅳ) in an acid solution. During the reduction of Sn(Ⅳ) to Sn(Ⅱ), Sn(Ⅱ) can also be reduced to Sn due to the similar reduction potentials of Sn(Ⅱ) and Sn(Ⅳ). The deposition of Sn on the cathode diminishes the electrode conductivity efficiency. Therefore, the electrode material must fulfill the dual requirements of reducing Sn(Ⅳ) to Sn(Ⅱ) while preventing the reduction of Sn(Ⅱ) to Sn. In comparison to conventional cathode materials such as copper plates, graphite plates, ruthenium iridium titanium plates, and platinum plates, the CN demonstrated superior performance in the selective electrocatalytic reduction of Sn(Ⅳ) in an acidic solution. In addition, CN exhibited a lower potential in a dual-electrode electrolytic cell and maintained stability under acidic conditions, enabling the selective reduction of Sn(Ⅳ) to Sn(Ⅱ).
关键词: carbon nitride, Sn(Ⅳ) reduction, electrocatalysis
超大硅胺基氯锗宾的反应性与立方锗卡宾的成键解析
安佳奇, 刘云乐, 尚建选, 郭燕, 刘策, 曾凡龙, 李安阳, 王文渊
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240072
超大硅胺基取代的低价锗化合物可以构建新颖的化学结构,提供有学术价值的新发现。二配位的超大硅胺基氯锗宾Ge(N(SiiPr3)2)Cl (1)具有空的4p轨道和孤电子对。针对这2个特点,研究了化合物1的热构型转换和菲醌氧化加成反应。1的温热分解生成了立方四锗卡宾Ge4(NSiiPr3)4 (2),与菲醌(L)定量氧化加成生成了胺基一氯菲二酚合锗(IV):[Ge(N(SiiPr3)2)(L)Cl] (3)。表征了2个产物的单晶结构与组成。四锗卡宾2本质上是锗异腈的四聚体,分子呈现出畸变的立方体构型,4个Ge原子和4个N原子构成了中心立方体的8个顶点。其中Ge—N键长为0.203 6(3) nm,N—Ge—N与Ge—N—Ge的键角分别为85.51(18)°和94.32(16)°,立方体的侧面接近平行四边形。理论计算首次揭示了四锗卡宾2的成键面貌。自然键轨道(NBO)给出Ge4N4骨架上的20个分子轨道。轨道定域化的计算结果完好地呈现出4对Ge孤对电子、12个Ge—N键和4个Si—N键的定域轨道,能量分别为-12.22、-15.12和-20.12 eV。Ge孤对电子主要保留了4s电子的特性,而Ge—N键主要由N的2s轨道(18.4%)和2p轨道(71.3%)、Ge的4s轨道(0.75%)和4p轨道(9.43%)综合贡献形成。在化合物3的分子中,Ge采取sp3杂化,由于空间位阻与非对称配位,与另外4个配位原子形成非对称四面体构型。
关键词: 超大硅胺基, 异腈, 锗卡宾, 立方构型

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