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。

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。

酰胺还原加氢是获得高附加值有机化合物的一种高效但极具挑战性的方法。本研究中，我们利用乙酰丙酮(Hacac)构筑的稀土多核配合物[Ce₄^ⅢCe₆^Ⅳ(μ₃-O)₄(μ₄-O)₄(acac)₁₄(CH₃O)₆]·2CH₃OH (Ce₁₀)作为路易斯酸催化剂，实现了高效的酰胺硼氢化还原反应，产率可达50%~99%。此外，该方法成功应用于抗抑郁药物苯乙胺的克级合成。通过核磁共振、单晶X射线衍射等分析手段，对该反应的催化机理进行了深入探究。

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。

Photoelectrochemical water splitting using semiconductor materials is one of the most promising methods for converting solar energy into chemical energy. Among the commonly used semiconductors, p-type CuBi₂O₄ is considered one of the most suitable photocathode materials and can allow a theoretical photocurrent density of about 20 mA·cm⁻² for photoelectrochemical water splitting. However, due to severe charge carrier recombination, the obtained photocurrent density is much lower than the theoretical value. Highly efficient photoelectrochemical performance relies on fast charge carrier separation and transport, and prompt reaction kinetics. In this study, we report the development of a polyoxometalate-modified CuBi₂O₄/Mg-CuBi₂O₄ homojunction photocathode to improve both the bulk and interfacial charge carrier transport in the photocathode. For the bulk of the photocathode, the built-in electric field originating from the CuBi₂O₄/Mg-CuBi₂O₄ homojunction promotes the migration of photo-excited electrons on the conduction band from pure CuBi₂O₄ to Mg-doped CuBi₂O₄. Additionally, the electric field facilitates the transfer of holes from the valence band of Mg-doped CuBi₂O₄ to pure CuBi₂O₄. This directional transfer of both photo-excited electrons and holes plays a significant role in promoting separation and suppressing the recombination of the charge carriers. On the surface of the photocathode, the reduced polyoxometalate co-catalyst Ag₆[P₂W₁₈O₆₂] (AgP₂W₁₈) was used as a proton sponge to accelerate surface reaction kinetics and suppress carrier recombination. These synergistic effects improved the photo-generated charge carrier transfer and reaction kinetics. As a result, the novel photocathode displayed excellent photoelectrochemical properties, and the photocurrent density was observed to be −0.64 mA·cm⁻² at 0.3 V vs. RHE, which is better than that of −0.39 mA·cm⁻² for a pure photocathode. Furthermore, the novel photocathode had an applied bias photon-to-current efficiency (ABPE) higher than 0.19% at 0.3 V vs. RHE. In contrast, the pure photocathode had an ABPE of ~0.12% under the same conditions. Additionally, when H₂O₂ was used as an electron scavenger, the photocurrent density was −3 mA·cm⁻² at 0.3 V vs. RHE, which is an improvement of approximately 1.5 times compared to the pure photocathode. Furthermore, the charge separation and charge injection efficiency of the novel photocathode were significantly improved compared with the pure photocathode. The experimental results conclusively indicate that the formation of the CuBi₂O₄/Mg-CuBi₂O₄ homojunction and AgP₂W₁₈ modification played a significant role in the improved performance of the CuBi₂O₄ photocathode. The performance of the novel photocathode was comparable with the results reported in previous studies, demonstrating its promising potential in real applications.

为提高光热催化CO₂加氢In₂O₃催化剂的催化活性，采用均相水热法制备Mg(OH)₂-In(OH)₃前驱体，通过高温煅烧和H₂-还原处理得到了富含氧空位的Mg掺杂In₂O_3-x(Mg-In₂O_3-x)催化剂。在300 ℃、常压、可见光照射条件下，CO₂加氢转化为CO的CO₂转化率可达31.20%，CO产生速率为14.22 mmol·g_cat^-1·h^-1，CO选择性为100%。相比于单一In₂O_3-x催化剂，Mg-In₂O_3-x催化剂光热催化CO₂转化率及CO产生速率明显提高，这归因于Mg成功掺杂到In₂O₃晶格中，促进In₂O₃表面氧空位的形成，进而对可见光响应效率大幅提高，并有效减缓光生电子-空穴的复合。

过氧化氢(H₂O₂)是100种最重要的化学品之一，广泛应用于漂白、消毒和合成化学等行业。最近，它被用作直接燃料电池的燃料。当前的H₂O₂生产依赖于苛刻的蒽醌氧化法。从环境、可持续性和经济角度来看，光催化H₂O₂生产是一种更有利的替代方法。该过程需要水和分子氧作为输入，并以阳光为唯一能源。尽管有这些优点，该技术的实际应用仍然具有挑战性。最常见的瓶颈是光催化剂的不足、上坡热力学、缓慢的过程动力学以及竞争性反应和逆向反应。本文讨论了这些局限性，并重点提出了提高效率和选择性的建议观点，旨在为大规模H₂O₂光生产铺平道路。

本文研究了杂多酸对储氢材料的催化效应，通过机械球磨法制备MgH₂-xH₃PW₁₂O₄₀ (x = 7%、10%、13%，质量分数)复合物样品，与纯的球磨MgH₂对比，展示了杂多酸H₃PW₁₂O₄₀对MgH₂储氢动力学的提升作用。其中，MgH₂-10H₃PW₁₂O₄₀的放氢活化能比纯MgH₂降低了46.23 kJ∙mol⁻¹，可在250 ℃、1 min内吸收6.25%的氢，在300 ℃、15 min内释放6.54%的氢气，而同等温度下MgH₂在30 min内仅释放1.2%氢。即使是在较低的温度100 ℃，MgH₂-10H₃PW₁₂O₄₀也可在1 h内吸收5%的氢，而MgH₂只能吸收0.9%的氢。结构表征结果表明H₃PW₁₂O₄₀分子在球磨和储氢过程中被转变为WO₃和W簇，其作用一方面是催化Mg―H键、H―H键的断裂，另一方面是促进MgH₂颗粒在球磨过程中细化并抑制其团聚长大。该研究开创了多酸分子在储氢领域的催化应用。

过渡金属羟基氧化物已被证明是水氧化反应的可靠助催化剂。然而，在水氧化过程中它们对H₂O及其中间产物的吸附能力不足，极大制约了水氧化速率的提高。在本研究中，H₂O及其中间体在MnOOH助剂的缺电子Mn^(3+δ)+上的自发增强吸附可以极大地促进水的快速氧化，从而在纯水体系中实现高效的光催化H₂O₂生成。首先，无定型MnOOH通过定向光诱导氧化方法选择性地沉积在AuPd改性的单晶BiVO₄光催化剂的(110)面上，从而制备了AuPd/BiVO₄/MnOOH光催化剂。光催化实验表明，所制备的AuPd/BiVO₄/MnOOH (0.5%)光催化剂的H₂O₂产生速率达到214 μmol∙L⁻¹，并表现出良好的稳定性和重现性。密度泛函理论计算和X射线光电子能谱表征表明，MnOOH的自由电子可以有效地转移到BiVO₄上，诱导缺电子Mn位(Mn^(3+δ)+)的产生，从而自发地促进H₂O及其中间体的吸附，增强四电子WOR反应，导致H₂O₂的高效生成。本文关于助催化剂与主体催化剂之间强相互作用的工作为其它高效催化材料的合理设计提供了一种新的思路。