虚拟现实技术与安全绿色大学化学实验教育

结合大学化学实验教学活动基本现状,围绕安全、绿色、可视化等学科需求,探讨虚拟现实技术在化学实验教学及科学实验研究中的一些可能应用和技术特色。有别于虚拟仿真平台,虚拟现实技术以其更强的融入式、浸润式体验感,可以更加形象生动地展示实验教育步骤并增强实验训练全过程的现实感。

大学化学在线教育探索及思考

在线教育在高校教学发展中将起着越来越重要的作用。对高校大学化学理论和实验课程在线教学实践及所取得的成效进行了分析,包括线上课程资源和平台的组织、教学过程设计、管理和考核,以及在线教学存在的问题和应对策略,为各高校教师在新形势下充分利用在线资源,开展线上线下教学提供参考。

基于核酸适体的电化学生物传感研究

核酸适体是一类经由指数富集的配体系统进化(SELEX)技术在体外筛选获得的单链寡核苷酸片段,由于具有可人工批量合成、价格低廉、易于功能化修饰、特异性强、亲和力高、免疫原性低、批间差异小、热稳定性好等优良特性,在分析化学、疾病治疗以及生物医学研究等诸多领域备受关注。结合代表性案例,该文综述了核酸适体在电化学生物传感领域的应用。首先简要概述了核酸适体及电化学适体传感器的特点,分类阐述了电化学适体传感器在小分子化合物、蛋白质、外泌体、循环肿瘤细胞(CTCs)以及病原微生物检测中的应用,并重点介绍了相关检测方法的原理、分析特性以及所应用的信号放大策略,最后对电化学适体传感器的发展进行了展望。

物理化学实验思政改革的探索与实践

针对当前物理化学实验课程思政与实验教学脱节和融合不畅的问题,通过培养教师课程思政的意识和能力、修订物理化学实验教学目标、优化教学内容、完善教学手段和考核方式等方面的探索,将课程思政元素“润物细无声”地融合到实验教学中,使学生“亲其师,信其道”,品尝到含有思政元素“盐”的“美味佳肴”。

高校化学药品库安全设施配置的探讨

初步介绍了国内危险化学药品存放相关标准的发展过程,探讨了药品库的安全设施改造。从水电照明设施、监控系统、通风系统三方面出发提出药品库安全设施配置思路;然后根据化学品性质分成常规药品库,易制毒药品库,易制爆药品库,剧毒药品库四种类型,对四个不同类型的药品库提出了安全设施的配置方案,为加强国内高校药品库安全设施建设工作提供借鉴。

FeBTC金属-有机凝胶的制备及其对Cr_(2)O_(7)^(2-)的吸附性能——推荐一个物理化学创新实验

金属-有机凝胶的制备与吸附性能研究是结合当前科研前沿研究成果设计改进的一个综合性物理化学实验。以均苯三甲酸和硝酸铁为主要原料,通过简单混和制备FeBTC金属-有机凝胶,并通过不同干燥方法干燥FeBTC凝胶。研究了FeBTC的组成结构,并通过N_(2)吸附脱附测定FeBTC的比表面积。进一步研究FeBTC对Cr_(2)O_(7)^(2-)的吸附动力学,用于废水处理。

Al-Zn-In-Si牺牲阳极在不含/含硫酸盐还原菌海泥环境中的电化学性能研究

目的:分析A13型Al-Zn-In-Si牺牲阳极在不含/含硫酸盐还原菌海泥环境中的电化学性能。方法:进行4天强制电流标准试验,采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)及三维超景深显微镜分析牺牲阳极腐蚀特征及表面元素含量的变化,对比研究了A13型Al-Zn-In-Si牺牲阳极在不含与含硫酸盐还原菌海泥环境中的电化学性能。结果:不含SRB海泥环境中牺牲阳极的电化学容量和电化学效率分别为1908.77 Ah/kg和66.78%,满足相关标准要求;而含SRB海泥环境中牺牲阳极的电化学容量和效率仅为1238.67 Ah/kg和43.33%,不满足牺牲阳极阴极保护在海泥环境下的设计标准。同时,含SRB海泥环境中铝阳极表面形成了大量密集分布的腐蚀坑洞,表现为典型的不均匀腐蚀特征,最大腐蚀深度达到1230 μm,约是不含SRB海泥环境中铝阳极腐蚀坑深(约300 μm)的4倍。结论:在含有SRB海泥环境中,A13型Al-Zn-In-Si牺牲阳极电化学容量和效率仅为1238.67 Ah/kg和43.33%,已经不能满足阴极保护设计标准要求。因此,在海泥环境中铝牺牲阳极的应用必须充分关注SRB这一因素,尤其是铝牺牲阳极需要长周期服役于海泥环境中的情况。

基于海洋化工的发展构建化学工程“五个结合”人才培养体系的探索

为了服务于海洋强国战略,大力发展海洋化工已经成为非常紧迫的问题。针对化工专业人才培养过程中存在的问题如学习积极性不高,过时的传统教学方法和弱的教学能力等,本文通过“教学+竞赛、教学+人工智能、教学+先进技术、教学+先进分析仪器和教学+工程实践”的结合,有效提升化工专业教学水平,并结合化工课程教学的实际情况,从课堂教学、科学研究、学科竞赛等方面探讨了化工专业人才培养的教学改革。

法国工程师培养模式本土化过程中化学实验教学的比较与思考

就法国工程师培养模式下化学实验教学中法教学模式的不同进行了比较和探讨,提出了思考和展望,以期为我国高等工程教育的发展和探索国际化合作办学模式提供借鉴和参考。

304不锈钢电极和镍电极在稀硫酸中的电化学腐蚀

利用电化学工作站分别测定了动电位下304不锈钢电极和镍电极在不同浓度稀硫酸溶液中的外电流,绘制出极化曲线,利用Tafel关系对腐蚀体系的强极化区进行分析,得到金属电极的腐蚀电位和腐蚀电流密度,讨论了稀硫酸浓度对2种金属腐蚀行为的影响。

化工专业必修课《化工分离工程》的课程思政元素与教学实践

将课程思政元素有机融入化工专业核心课程教学实践,充分发挥思政元素的育人功能,共同实现知识传授与立德树人的显性、隐形双重目标。本文以《化工分离工程》课程为例,从人本立场、工程思维、工程伦理等角度深入挖掘思政元素,结合合适的教学设计,融合于教学内容中,激发本科生的专业认同感、社会责任感、家国情怀与工程应用思维,为高质量的本科生专业教育提供教学借鉴。

浅谈“物理化学”课程中兴趣引导式思政内容建设

工科以培养应用型人才为导向,将课程思政内容融入教育教学全过程,对高校教师和学生来说是一个挑战。解决问题是学习物理化学的关键目标,要改变以教为中心的教学设计,就必须激发学生兴趣,变“教学”为“导学”。提倡以兴趣为导引,以思政建设为契机,结合“物理化学”的科学前沿知识,有机融合思政元素,在与时俱进中实现“物理化学”课程的教学相长;同时,积极探索问题导向课程等,提高学生的课程关注度和学业挑战度。

基于手性有机框架材料制备气相色谱固定相的研究进展

对映异构体通常具有不同的药理学、毒理学和生理学性质,获得单一手性化合物对人类健康和环境的可持续发展均具有重要意义。目前,色谱是分离对映异构体的主要方式之一,色谱分离的关键在于固定相的选择。有机框架材料作为一类新兴的结晶多孔材料,具有结构高度有序、孔隙丰富、孔结构和尺寸可调及易于功能化等优点,在对映异构体的色谱分离方面受到广泛关注。通过后修饰或自下而上的合成策略,一系列具有高结晶度和丰富手性识别位点的有机框架材料已经被成功研制。基于动态涂覆或原位生长等方法,手性有机框架材料可被成功固定于气相色谱柱的内表面,从而实现多种对映异构体混合物的高分辨分离;与商用手性色谱柱相比,部分自制的手性有机框架材料色谱柱具有更优异的选择因子和分离度。本文首先介绍了有机框架材料在分离领域所展现出的优势,之后分别论述了手性有机框架材料的合成方式、相应色谱固定相的制备方法及手性有机框架材料对对映异构体的分离性能,最后总结了手性有机框架材料在未来手性材料领域的突出优势和面临的挑战。

南海某导管架平台的阴极保护延寿修复技术方案探讨

南海某在役导管架平台牺牲阳极服役到期后需要延期服役15a,以在役平台的结构特征和服役环境为依据,从安装、可行性、可靠性和工程造价等方面对比分析了牺牲阳极和外加电流技术延寿技术的可行性。结果表明:相较于牺牲阳极法,外加电流延寿修复技术更加经济和便捷,采用阳极电缆拉伸和阳极远地安装方式,兼具经济性和安全性。

揭示配体拓扑结构对Fe-N_(x)-C单原子催化剂表面氧还原反应中间体吸附的影响

过渡金属单原子氮掺杂碳催化剂(TM-N-C SAC)因其更高的金属原子效率而被认为是提升氧还原反应(ORR)效率的重要途径.TM-N-C SAC反应中心的活性与配体结构密切相关,构建基于配体结构的ORR活性描述符是高效设计高催化活性单原子催化剂的关键.然而目前大多配体描述符基于催化剂的综合表观性质,如OH吸附能和金属中心d带中心等,其获取仍需进行额外计算,不利于通过配体结构快速推测反应活性;而目前基于配体结构拓扑参数,如金属中心原子及其配位原子属性、数量等设计的描述符存在对催化活性的描述较差或仅适用于特定配体等问题.解决该难题的关键在于理清OH与TM-N-C SAC成键的微观机制.本文全面考察了ORR中间体OH在21种具有不同氮原子数量、位置以及不同配体尺寸的卟啉型FeNxC SAC表面上的吸附机制.对有限尺寸卟啉型Fe-Nx-C(x=0-4)SAC模型上OH吸附的密度泛函理论计算结果表明,OH吸附能与SAC的配位氮原子的数量并不线性相关,且受氮原子排布方式的影响.利用能量分解分析(EDA)将OH与SAC的成键作用分解,重点讨论氮的掺入对静电作用、泡利排斥作用和轨道作用的影响.针对静电作用,Bader分析与电荷密度差值分析结果表明,氮的掺入一方面将电荷向配位原子上聚集,且配位原子上电荷数随氮原子数量增加而线性增加;另一方面大幅增强铁-配体键(Fe-L)的离子性,减少铁与配体间的电子密度,提高铁中心电子能量,并从而改变静电作用能量.对于泡利排斥作用,其影响因素与静电作用类似,因而作用强度与静电作用强度呈较好线性关系.对于轨道作用,结合扩展过渡态-化学价的自然轨道(ETS-NOCV)和电子定域化(LOL-π)等综合分析发现,氮原子的掺入破坏了配体的离域π键,从而影响OH与配体的轨道在成键时的相互作用.此外,对配体大小影响的研究表明,配体边缘原子仅当出现在包含配位原子的环上时才对OH与SAC成键有较大影响,这充分证明了OH吸附这一过程的局域性.综上,本文提供了Fe-N-C型SAC上完整的OH吸附键形成机制,强调了配位原子及其近邻原子对吸附活性的影响,为构建基于SAC拓扑特征的ORR活性描述符,实现SAC配体的快速筛选提供参考.

原位构筑三维有序自支撑Co-N-C一体化电极并用于高效电催化氧还原反应

开发高效非贵金属氧还原反应(ORR)催化剂是降低质子交换膜燃料电池(PEMFC)成本,实现其大规模商业化应用的关键.目前,过渡金属-氮-碳(TM-N-C)被认为是最有希望替代Pt的非贵金属催化剂.然而,尽管在半池测试中展现出较好的ORR性能,但当将其组装到PEMFC核心部件膜电极(MEA)中时,其单池性能远低于Pt/C催化剂.因此,未来需要进一步优化TM-N-C在全电池环境中的性能.本文提出了一种原位策略,成功构筑了TM-N-C三维有序一体化ORR电极.通过结合碳纸亲水处理和化学气相沉积技术,在含氧官能团修饰的碳纸(OCP)上原位构建了Co,N共掺杂碳纳米管(N-CNTs@Co)自支撑三维有序一体化电极.该独特的三维有序网络结构不仅使反应物(H_(2),O_(2)和H_(2)O)和质子(H+和e–)的传输通道处于有序状态,降低了实际工况条件下的浓差极化,还避免了催化层传统制备过程(如涂覆、喷涂和流延法)引起的催化剂活性位点团聚或包埋,从而提高了催化剂的利用率.X射线光电子能谱分析表明,优化后的一体化电极试样(N-CNTs-20@Co/OCP,其中20代表CNT生长时间为20 min)具有最高的吡啶N和石墨化N含量,而吡啶N和石墨化N被普遍认为是N掺杂碳材料在电催化ORR中的活性位点.因此,该N-CNTs-20@Co/OCP一体化电极在酸性(0.1 mol L^(‒1)HClO_(4))和碱性(0.1 mol L^(‒1)KOH)介质中均展现出与商用Pt/C(20 wt%)喷涂在CP(0.2 mgPt cm^(‒2))上制备的传统电极相当的ORR性能.密度泛函理论计算进一步揭示了其性能提升的机制:Co纳米颗粒被封装在碳纳米管内部并作为电子供体,通过电子隧穿效应,强化了N-CNTs@Co/OCP催化剂表面对氧的吸附,进而提高了电催化ORR性能.此外,封装在碳纳米管内部的Co纳米颗粒避免了与电解液的直接接触,从而显著提高了催化剂的稳定性.综上,本文不仅为基于非贵金属ORR催化剂三维有序一体化电极的构筑提供了有益的理论储备和实验技术积累,而且对于降低燃料电池成本以及推动燃料电池产业化进程提供了一定的参考.

基于物理信息神经网络的甲烷无氧芳构化反应的正反问题

解决化学反应动力学建模的正问题和反问题研究有助于更深地理解反应机理,降低实验成本。本研究以一维填充床甲烷无氧芳构化(MDA)反应为案例,利用物理信息神经网络(PINN)将化学反应机理方程耦合到损失函数中,以此构建动力学建模和参数反演的求解框架。首先,通过正问题求解确定最佳神经网络超参数方案,结果表明构建的正问题模型在求解MDA反应动力学方程上有良好的预测性能,训练和外推的L2误差分别为0.19%和0.95%。在此基础上,在0、0.1%、0.3%高斯噪声下,利用标签数据反演反应速率常数,训练得到的预测值与真实值相对误差均在0.5%内,体现出了反问题模型在低质量数据下进行未知动力学参数反演的能力。

本征型自修复水性聚氨酯的研究进展

本征自修复水性聚氨酯涂层因其独特的自我修复能力和环境友好性,对提高涂层的耐用性和降低维护成本具有重大意义,是当前涂层技术研究的前沿领域。概述了本征自修复水性聚氨酯的研究进展,分析其合成策略、性能特点以及在不同领域的应用潜力。本征自修复水性聚氨酯自修复机制主要基于动态共价键和动态非共价键,不同键能和特性的动态共价键可以赋予水性聚氨酯不同程度的自修复能力,不同的动态非共价键也存在各自的优点和局限性。尽管在合成工艺、成本效益和长期稳定性方面仍面临挑战,但通过不断地研究和创新,本征自修复水性聚氨酯有望在未来的材料科学和工业应用中发挥更大的作用。

电化学测试技术研究生课程教学实践和思考

课程教学是研究生培养过程中的重要组成部分,高质高效地开展研究教学工作,是提高研究生培养质量的关键。该文基于电化学测试技术研究生课程,结合问卷调查统计结果和学情分析,系统总结了课程教学过程中存在的问题,提出了相应的解决方案,并且深入分析了各种教学模式在课程教学过程中发挥的作用。结合近年来电化学测试技术研究生课程教学实践活动,认真思考和讨论了提高研究生教学质量的方法和措施,研究了如何更好地在教学工作中融入科研和思政元素,为培养道德高尚、专业基础知识过硬的高水平研究型人才奠定基础。

南海1200 m深海环境Al-Zn-In合金阳极电化学性能研究

目的研究对比了3种不同配方Al-Zn-In合金阳极在南海环境条件下的腐蚀形貌及电化学容量、电化学效率等性能参数,为深海工程装备的阴极防护设计提供可靠的参考依据。方法通过在我国南海1200 m深海试验架上搭载阳极阴极保护测试装置及数据采集、存储系统,采用自放电测试(Free Running Test,FRT)试验方法研究了阳极在110 d长周期条件下的电化学性能,采用超景深三维显微镜对其表面腐蚀形貌进行了观测。结果1#—3#阳极下水后工作电位均快速活化,整个试验阶段,平均工作电位分别为-1.029、-1.033、-1.098 V(Ag/AgCl/海水);电化学效率分别为81.62%、78.02%、87.90%。仅自主设计的3#配方阳极的开路电位和电化学效率达到了UNE-EN 12496-2013阴极保护设计标准的要求。结论与模拟深海环境下的恒电流测试(Galvanostatic Test,GST)短期试验(4 d)结果相比,同一配方阳极在深海110 d长周期FRT测试条件下的电化学效率分别降低15.13%,18.87%和8.14%。长周期FRT试验更接近实际阳极服役状态,可为深海阴极保护设计参数选择提供可靠性参考。相较于1#和2#阳极,3#阳极In元素增加了1倍,使得工作电位更负,溶解区域晶粒细化,电化学效率更高。但是3#阳极表面却发现了局部未溶解区域。可见,仅通过增加In含量对于改善铝合金表面腐蚀形貌效果有限。