教学“新基建”背景下物理化学课程改革探索

物理化学是化学化工类专业必修的基础理论课程之一,其教学内容理论性强,概念抽象。传统的授课仅是围绕物理化学教材内容,没有将物理化学课程的基础理论性、实践应用性、高阶挑战性及思政育人形成完整授课体系,难以适应新时代发展需求。在教学“新基建”背景下,该文针对物理化学课程授课中存在的问题,从课程内容、课程实验、教学方法和思政协同育人等方面入手,探讨课程“新基建”的建设方案,提出“基础性、实践性、高阶性、思政育人”的“四位一体”的物理化学课程建设方案,对物理化学及其他课程的改革提供一定的借鉴作用。

自愈合油水分离膜的研究进展

随着工业的发展以及海洋石油泄漏事故的频发,产生的含油污水对人类健康和生态环境均有严重威胁,迫切需要发展油水处理材料。膜分离法作为一种高效低能耗的方法被广泛应用于该领域,但在实际应用中容易受到外界机械力损坏或自然环境的影响导致膜分离性能下降甚至丧失。因此,自愈合油水分离膜为此提供了一种新途径,显著提升了膜的附加值。本文介绍了自愈合油水分离膜的制备方法、修复机理和国内外研究现状,针对材料表面微纳粗糙结构及低表面能物质损伤的愈合方式展开论述。指出了自愈合油水分离膜目前存在制备时间长、经济成本高、疏水表面修饰的功能单体单一以及机械强度偏低等问题。提出该领域未来可从降低材料制备成本、发展多功能修饰单体以及实现低表面能物质和表面粗糙结构同步愈合等方向发展,以期为油水分离材料的开发和应用提供参考。

推进剂模拟液的室温快速胶凝化及其流变学性能

添加羧酸盐调制表面活性剂在极性混合溶剂中的簇集行为,实现了推进剂模拟液的室温快速胶凝。采用3因素4水平正交实验系统考察了混合溶剂组成、胶凝剂组分(表面活性剂/羧酸盐)比例、凝胶形成温度等三种因素对推进剂模拟液凝胶力学强度、高剪切速率下粘度的影响。极差分析表明影响模拟液凝胶力学强度的因素主要是胶凝剂组成,其次是混合溶剂组成,影响最小的是凝胶形成的温度。而影响高剪切速率下凝胶体系粘度的因素依次为混合溶剂组成、凝胶形成温度和胶凝剂组成。结合频率扫描结果,筛选出了一种稳定性高、高剪切速率下粘度低的比较理想的推进剂模拟液凝胶体系:表面活性剂与羧酸盐的物质的量之比为2:1,二者的质量之和占体系质量的2.4%,溶剂水与乙二胺的体积比为1:3。该凝胶屈服应力为794.3 Pa,极限剪切速率下粘度13.7 mPa·s。

相图中自由度的理解

相平衡相关知识在日常生活、工业生产中被广泛应用。与材料、冶金、化工等学科交叉融合,在物理化学课程中是极具实际应用性的一章。但学生在利用相律公式计算相图中的自由度过程中普遍存在一些疑惑,如自由度怎么计算、自由度的数值具体代表的是什么独立变量等问题。针对这些问题,以单组分和二组分的相图为例,运用相律公式计算相图中的相区、相线、特殊相点处的自由度,指明自由度所代表的意义,并讨论了其中常见的一些问题。

自愈合凝胶在柔性传感器中的应用研究进展

自愈合凝胶具有优异的机械性能、良好的生物相容性和延长材料使用寿命功能等特性,已广泛应用在电子皮肤、柔性机器人、可穿戴设备等方面。凝胶基质结构的可调性和导电材料选择的多样性也为制备具有不同功能的柔性传感器提供了可能。该文根据交联方式、功能性类型、愈合方式和胶凝剂相对分子质量大小4种分类方式将自愈合凝胶进行了分类,并详细介绍了各种自愈合凝胶的成胶机制和性能特点。综述了自愈合凝胶在柔性传感器中力学、光电和生物方面的国内外研究现状。最后,讨论了该研究领域仍存在的问题,并对其未来发展前景及方向进行了简要展望。

杯[4]芳烃羧酸衍生物的合成及其胶凝行为

作为第三代主体化合物,杯芳烃及其衍生物具有重要的研究价值和应用前景。本工作分别合成了对叔丁基杯[4]芳烃单羧酸、二羧酸和四羧酸3种衍生物(CMA、CDA和CTA)。与预期一致,这种本体疏水、上缘携带疏水结构、下缘携带亲水基团的杯[4]芳烃衍生物虽然具有典型的两亲性化合物结构特征,但却与一般表面活性剂不同,很难溶于水。胶凝实验发现,CDA和CTA分别可以胶凝17种有机溶剂和10种可聚合单体中的1种和7种,CMA和未修饰的对比物C4不含羧酸结构单元,不能胶凝其中任何一种。其中,CTA的可聚合单体凝胶不但具有良好的热可逆性,而且在水存在下,可以形成稳定的凝胶乳液。以此凝胶乳液为模板,通过聚合得到了具有不同微观结构的多孔块材。初步的吸附实验发现,这类材料对水体Cr(Ⅲ)、苯等污染物具有一定的脱除能力并可通过简单洗脱和干燥再生,有望在净水方面获得应用。

固体在液相中吸附热力学参数计算介绍

固体在液相中的吸附对实际生产和生活都具有重要的意义。研究吸附过程时,通常需要研究吸附热力学,吸附热力学则需要通过吸附热力学参数来分析,即吸附吉布斯自由能变(?G)、吸附焓变(?H)、吸附熵变(?S)。本文从吸附平衡的化学势出发,介绍了不同方法计算吸附热力学参数的推导过程,举例介绍吸附热力学参数的计算和应用。

含苯环结构的糖类小分子胶凝剂的合成及其自组装行为研究

以(邻、间、对)苯二胺为连接臂将葡萄糖酸与胆固醇相连接,设计合成了3种含苯环结构的糖类小分子胶凝剂.通过核磁、质谱、红外光谱、元素分析对所得化合物进行了结构表征,系统考察了3种胶凝剂分子在常见30种溶剂中的胶凝行为.实验结果表明,间位连接的胶凝剂C2G的胶凝能力明显优于邻位和对位连接的胶凝剂C1G和胶凝剂C3G,且C2G在DMSO中最低胶凝浓度可达0.06%(w/v).胶凝剂的分子结构及浓度,以及溶剂极性对胶凝剂在溶剂中的胶凝行为、自组装聚集体的形貌和流变学性能均有显著影响.流变学结果表明C2G/DMSO凝胶体系具有较好的机械稳定性和剪切触变性.红外光谱和变温、变浓度核磁表明胶凝剂分子中葡萄糖酸残基之间的氢键及胆固醇和苯环之间的π-π堆积作用是该类超分子凝胶形成的两大驱动力.XRD结果表明胶凝剂C2G在DMSO中以层状模型堆积.

基于β-环糊精改性的水溶性苝酰亚胺的合成及其pH响应性研究

以β-环糊精(β-CD)和3,4,9,10-苝四甲酸二酐(PTCDA)为原料,制备出了拥有pH响应荧光性能的水溶性苝酰亚胺衍生物荧光探针.首先,依次通过β-CD与甲基-4-苯磺酸(TsCl)的磺酰化反应和与乙二胺(EDA)的胺化反应制备6位单取代胺化环糊精(β-CD-EDA);其次,利用β-CD-EDA与PTCDA在碱性溶剂中的酰胺化反应制备水溶性苝酰亚胺衍生物(CD-PDI-CD).本文采用FI-IR和1H-NMR对化合物结构进行表征,通过Fluorescence和UV-vis分别对中性和酸性条件下CD-PDI-CD水溶液的光学性能进行表征,使用参比法计算出了绝对荧光量子产率,再利用TEM和AFM对其溶液中的分子聚集行为进行表征.结果表明,目标产物CD-PDI-CD在中性和酸性水溶液中,由于氨基的去质子化和质子化作用表现出了不同的荧光行为.

W/O乳液法制备碳量子点及其超分子凝胶性能研究

以维生素B2为碳源,采用W/O乳液法制备出两种碳量子点(CQD和16NH_(2)-CQD),分别用红外光谱和X射线光电子能谱图对其进行了结构表征,用透射电子显微镜对其微观形貌进行了观察.结果证明利用W/O乳液法成功将十六胺修饰于碳量子点表面,所制得的碳量子点是石墨结构.进一步将所制备的两种碳量子点分别引入基于动态共价键所形成的超分子凝胶,该凝胶具备温敏性和pH响应性.同时发现碳量子点的引入对凝胶体系的稳定性、微观形貌、力学强度及荧光性能均有明显影响.SEM、流变学和荧光性能研究表明将16NH_(2)-CQD引入到凝胶体系中增强了凝胶网络结构的交联密度,表现出更加优异的稳定性、更好的力学强度和更强的荧光强度.

分子凝胶:从结构调控到功能应用

作为一类典型软物质材料,近年来分子凝胶在生物医学、柔性电子设备、晶体控制生长、水体净化,以及3D打印材料、微纳米材料和高能量密度材料制备等领域表现出巨大的应用潜力,受到人们越来越多的关注。如何提高分子凝胶结构调控效率,拓展分子凝胶功能,促进分子凝胶实际应用已经成为新阶段分子凝胶研究的主要内容。本文结合本课题组的研究工作,从动态共价键调控分子凝胶力学性能、分子凝胶促进高品质有机晶体制备和高性能多孔高分子材料的分子凝胶(凝胶乳液)软膜板制备三个方面阐述分子凝胶的结构调控和功能化应用研究。在此基础上,简要展望分子凝胶研究的发展趋势。

自修复超疏水涂层材料研究进展

超疏水涂层材料具有自清洁、减阻、防雾、防黏附等特点,被广泛应用于防腐涂层、管道运输、油水分离等领域。但超疏水涂层材料在使用过程中由于物理磨损和化学腐蚀等原因易使其丧失超疏水性能,限制了其在工业中的实际应用,因此自修复超疏水涂层材料应运而生,且成为近年来的研究热点。本文综述了自修复超疏水涂层材料的最新研究进展,总结并对比了外援型自修复超疏水涂层材料和本征型自修复超疏水涂层材料的优缺点,同时对该领域的未来发展前景进行了简要展望。