学术型本科人才培养视角下《结构化学》教学改革与实践

《结构化学》作为化学学科的一门基础理论课程,从微观角度研究了电子结构与空间结构的关系。该课程的学习对培养创新能力和研究能力的学术型本科人才具有重要意义。然而,结构化学的内容抽象、理论性强,是本科阶段化学学科最难的学科之一。为提高学生学习的积极性与学术能力,特对本课程进行了教学改革:紧跟学科发展前沿,采用多元化教学方式,优化考核方式,让学生走进实验室加入教师科研项目。

工程教育认证《高分子材料》课程教学与考核改革

《高分子材料》是高分子材料与工程专业本科生专业基础课,课程内容多、知识点分布广、学生在学习时难以掌握。在工程教育专业认证的背景下,课程组讨论了该课程原教学和考核方式中存在的问题,并对其进行改革实践。教学上通过设置记忆法、教法、学法和考核法的4象限教学模型,突出实际工程知识与理论基础相结合,提高解决实际工程问题的能力;考核上采取考察形式多样化,体现理论知识和实践应用并重,使成绩评定更为科学合理和有效。

Al_(2)O_(3)粒度对CA_(6)轻质陶瓷材料结构与性能的影响

为研究Al_(2)O_(3)粒度对CA_(6)轻质陶瓷材料结构与性能的影响,本文以平均粒径分别为80、61、45和38μm的α-Al_(2)O_(3)为氧化铝源,以平均粒径为15μm的轻质碳酸钙为氧化钙源,采用发泡法结合原位烧成工艺,经1550℃保温5 h烧成后获得CA_(6)轻质陶瓷材料,研究不同粒度的Al_(2)O_(3)原料对其物相组成、显微结构和物理性能的影响。结果表明:随着α-Al_(2)O_(3)粒度的减小,CA_(6)轻质陶瓷的线收缩率、体积密度和热导率逐渐变小,显气孔率增大,压缩强度呈先增大后减小的趋势。综合考虑,以平均粒径为45μm的α-Al_(2)O_(3)为氧化铝源所制试样的综合性能较佳,更能满足使用需求,其显气孔率、热导率和压缩强度分别为87.8%、0.149 W·m^(-1)·K^(-1)和0.29 MPa。

原位自生SiC晶须对原料预氧化SiC耐磨材料显微结构和性能的影响

以Si粉、活性炭、预氧化的SiC颗粒为原料,于埋炭条件下经1500℃保温3h烧制后,制备出了原位自生SiC晶须复合SiC耐磨材料,并研究了SiC晶须对原料预氧化SiC耐磨材料性能的影响,并分析了这些性能和显微结构间的关系。结果表明,原位自生SiC晶须可提高SiC耐磨材料的致密度和力学性能,并在Si粉和活性炭共同添加量为12 wt.%时改善效果较佳,对应试样的抗冲击强度和硬度分别为29.91 kJ·m^(-2)和98(HRB),磨耗比为4.49。这是因为原位自生的SiC晶须充填在SiC颗粒间的孔隙中,形成了均匀的网络结构,且其伴生的SiO_(2)和SiC原料预氧化的产物SiO_(2),均可与α-Al_(2)O_(3)添加剂反应生成莫来石,增强了晶须与基体间的结合力。当SiC耐磨材料受到外力作用时,这些与基体结合较好的SiC晶须,可通过拔出、裂纹的偏转和桥联等途径改善SiC耐磨材料的力学性能。

表面活性剂在MOFs材料制备中的应用

金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)具有比表面积大、孔径可调、性能可控等突出优点,在气体存储、吸附与分离、催化反应、传感等领域中有广泛的应用前景。表面活性剂在MOFs材料制备中,可以控制晶体的尺寸、孔径和几何形状,还可以限制纳米晶体的纵向生长,促进2D结构的形成,且制备出的MOFs材料结构稳定、不易坍塌。综述了常规表面活性剂和双子表面活性剂、离子液体表面活性剂等特种表面活性剂在MOFs材料制备中的应用,如用作模板剂、封端剂等。对表面活性剂在实现多级孔MOFs形貌和孔隙率的精确控制、特种表面活性剂及应用等进行了展望,为表面活性剂在MOFs材料制备中的应用指明了方向,也为MOFs材料的制备提供了更加丰富的路径。

高熵材料在锂/钠离子电池中的应用研究进展

高熵材料(HEMs)包括高熵合金(HEAs)、高熵氧化物(HEOs)和其他高熵化合物,是多种元素以等物质的量比或近等物质的量比组成的新型多主元材料,以其独特的晶体结构特征,表现出许多不同于传统材料的组织和性能特点,已经成为国际材料学术界的重要研究热点之一,在新能源相关领域也引起了极大的关注。本文从高熵材料的概念及发展历程出发,主要综述了高熵金属氧化物、高熵普鲁士蓝类似物、高熵磷酸盐等在锂离子电池与钠离子电池正极材料方面,高熵金属氧化物、高熵金属硫化物、高熵合金、高熵MXene等在锂/钠离子电池负极材料方面,以及无序盐晶材料、高熵锂石榴石和高熵氧化物陶瓷粉末在固态电解质方面的研究进展。并对高熵材料在锂/钠离子电池中未来研究发展趋势进行了展望,为新能源材料的研发提供新思路。

锰基普鲁士蓝作为钠离子电池正极材料的研究进展

近年来,由于锂资源的短缺和快速消耗,锂离子电池的成本急剧增加,因此寻找新型储能系统显得日益重要。钠离子电池具有和锂离子电池相似的工作原理,可以作为锂离子电池的一种经济高效的替代品。锰基普鲁士蓝材料因其原材料分布广泛、成本低、结构稳定、环境友好且制备工艺简单等优点,是一种极具潜力的钠离子电池正极材料。综述了有关锰基普鲁士蓝材料的储钠机理、合成方法、修饰路线及材料应用的最新进展,从迁移离子、过渡金属、结合水与空位分析了普鲁士蓝材料对钠离子电池电化学性能的影响,并对可能的发展方向进行了展望。

郑州市市售蔬菜重金属Pb和Cd污染评价

蔬菜质量安全直接关系到人们健康生活的需求,为了解郑州市主城区市售蔬菜重金属铅(Pb)和镉(Cd)污染程度,评估经摄食途径对人群产生的健康风险,在郑州市主城区农贸市场和大型商超采集9种蔬菜,采用原子吸收光谱法测定重金属Pb和Cd的含量,采用单因子污染指数法评价其污染特征,采用目标危害系数法、致癌风险系数法评估重金属污染的健康风险。结果表明,蔬菜中Pb和Cd的检出率分别为44.63%和82.71%,变异系数分别在29.7%~93.7%和38.6%~205.0%;蔬菜中Pb和Cd的目标危害系数(THQ)远远小于1;蔬菜中Pb的致癌风险系数(CR)范围为2.5×10^(-6)~13.1×10^(-6),Cd的CR值范围为4.1×10^(-4)~21.3×10^(-4),蔬菜中Cd污染具有致癌的风险,Pb污染具有致癌的潜在风险。郑州市市售9种蔬菜中Pb、Cd重金属总体污染水平较低,并且重金属含量的空间分布很不均匀,不会对人群造成明显健康危害,但是要注意潜在的致癌风险。

含盐食品工业废水脱氮除磷性能研究

为研究含盐食品工业废水脱氮除磷的性能,将不同盐度(NaCl)引入实验室模拟食品工业废水处理系统中,选择厌氧/缺氧/好氧(A/A/O)的运行方式,考查处理系统中化学需氧量(COD)、NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N、NO_(2)^(-)-N、PO_(4)^(3-)-P等理化指标的变化情况,并结合污泥性质和功能微生物菌群结构揭示不同盐度对食品工业废水脱氮除磷性能的影响机理。结果表明,引入盐度既能提高系统中有机物的去除效果,COD去除率从84.08%增大至90.33%,还能促进厌氧阶段除磷菌释磷及硝化作用,NH_(4)^(+)-N去除率从95.79%增大至98.85%,但会抑制除磷菌好氧吸磷性能;低盐度(0.5g/L)能够促进系统反硝化性能,但当盐度升高至3.0g/L时,会降低系统反硝化性能;随着盐度的升高,微生物胞外聚合物(EPS)含量增大,当盐度为3.0g/L时,EPS含量为38.81mg/gVSS;引入盐度还会增加微生物菌群的相对丰度,改变微生物菌群结构,促进Chloroflexi、Actinobacteriota和Planctomycetota等反硝化菌门富集,同时随着盐度的升高,Caldilineaceae、Ferruginibacter、Kouleothrix等功能微生物的相对丰度增大,而Candidatus_Competibacter的相对丰度降低,这保证了含盐系统稳定的脱氮除磷效果。

共价有机框架材料用于光催化产H_(2)O_(2)研究进展

过氧化氢(H_(2)O_(2))作为一种环境友好型材料近年来备受关注,光催化作为一种潜在的技术用于H_(2)O_(2)生产时,不仅可以方便地将太阳能转化为化学能节约能源,而且在环境治理方面具有重要作用。与传统催化剂相比,共价有机框架(COFs)材料作为一种有机光催化剂,在可见光捕获、多孔结构、光化学稳定性和疏水性等方面具有明显的优势,其多孔结构不仅为催化反应提供了丰富的活性位点,还可以在多次循环后保持原始结构。更重要的是COFs材料设计的灵活性和合成方法的多样性,不仅可以预先设计明确的功能化结构用于光催化反应,还可以修饰功能化基团用于提高性能。介绍了光催化产H_(2)O_(2)的反应机理及检测H_(2)O_(2)的常用方法,综述了COFs材料在光催化产H_(2)O_(2)方面的优势以及提高COFs材料催化性能的方法。

材料化工类应用型人才教育与实践的探索研究

随着现代科技发展对材料化工类行业应用型人才需求的不断增多,要求学生在掌握理论知识的同时,具备应用所学知识综合分析解决工程问题的能力。在“以解决问题为导向,培养能力为目标,教学相融”教育思路的指导下,选择材料合成与制备课程为例,以“VOCs气体传感器敏感材料设计与开发策略”为实践目标,对培养应用型研究生的教学模式进行了探索。

TiO_(2)纳米材料抗微生物研究进展

二氧化钛(TiO_(2))是一种被广泛使用的光催化剂,具有无毒、无污染、低成本以及高催化效能等特性,在光催化抗微生物方面具有广泛的应用价值。对TiO_(2)纳米材料及其抗微生物机制进行了详细的介绍。

过程性考核评价体系在“化工分离工程”教学中的探究与实践

针对考核方式单一、过程性评价缺乏等问题,基于全过程的考核评价体系能够使教师和学生更好地了解教学和学习过程中存在的不足,实现教学-评价-反馈-持续改进的动态教学模式,进而提升和改进教师的“教”和学生的“学”。根据工程教育专业认证要求及课程自身特点,本研究以本科院校“化工分离工程”课程为例,开展了包括考核方式、评价方法和评价主体在内的教学改革与实践,取得了实效性的教学成果,从根本上提升了课程教学质量,对于培养工程教育模式下的优秀工科生具有积极意义。

普通化学教学中运用引导性实例的探索

普通化学是为理工类非化学化工专业学生开设的必修课,存在理论多、习题多、学生基础薄弱、兴趣不足等问题。论述了在普通化学的教学中运用引导性实例,激发学生主动参与问题、积极思考问题、探讨解决方案,从而改善学习氛围,提高学习兴趣及主观能动性,促进对课程内容的理解,确保教学质量与教学效果。

铝硅系原料种类对钙长石质隔热耐火材料性能的影响

为优化制备钙长石质隔热耐火材料用铝硅系原料,以绿色无污染的高岭土、蓝晶石、红柱石和硅线石为铝硅系原料,工业CaCO_(3)为CaO源,采用发泡法结合原位反应烧成工艺,经1350℃保温3 h后获得了钙长石质隔热耐火材料。研究了铝硅系原料种类对合成材料物理性能、物相组成和显微结构的影响。结果表明:不同铝硅系原料所制试样均生成了六边形片状钙长石,并存在少量莫来石和刚玉。试样的体积密度按使用高岭土、红柱石、蓝晶石、硅线石为铝硅系原料的次序依次降低,显气孔率依次升高,热导率依次降低;以高岭土为铝硅系原料所制试样的孔壁中钙长石晶体结合紧密,赋予其较佳的耐压强度,以蓝晶石、红柱石及硅线石为铝硅系原料时,试样的耐压强度依次减小,因为孔壁上钙长石晶体间结合程度逐渐减弱。综合考虑,以蓝晶石为铝硅系原料所制试样的综合性能最佳,其显气孔率、热导率和常温耐压强度分别为84.6%、0.141 W·m^(-1)·K^(-1)和1.89 MPa。

Si/C及Si/C-石墨复合材料的电化学性能

为改善石墨负极的性能,采用葡萄糖水热辅助高能球磨法制备碳包覆硅(Si/C)-石墨复合材料。利用XRD、SEM、透射电镜(TEM)及电化学性能测试,研究产物的结构、形貌及电化学性能。制备的Si/C材料为核壳结构;掺杂改性对天然石墨的结构、形貌没有影响。Si/C材料以400 mA/g的电流在0.001~1.500 V循环100次,脱锂比容量为604.1 mAh/g,容量保持率为82.8%;与天然石墨相比,Si/C-石墨复合材料的倍率及循环性能更好:Si/C质量分数为7.5%时,以400 mA/g的电流循环100次,脱锂比容量仍可达380.7 mAh/g,容量保持率为84.8%,Si/C-石墨材料的实际放电容量较预计值提高了17.6%,说明石墨与Si/C混合负极在嵌脱锂过程中发生了协同效应。

WO3/RGO纳米材料的制备及电化学性能

以钨酸钠和氧化石墨烯(GO)为原料,通过水热法原位合成WO3/还原氧化石墨烯(RGO)复合材料,用作锂离子电池负极材料。XRD、SEM和透射电镜(TEM)研究结果表明:WO3/RGO复合材料结晶度较高,WO3颗粒均匀地分散在RGO表面。电化学性能测试结果表明:WO3/RGO复合材料的电化学性能优于WO3,以50 m A/g的电流在0.01~3.00 V充放电,首次比容量为961.24 m Ah/g,第30次循环的比容量保持在518.81 m Ah/g。

开封市秋冬季大气细颗粒物化学成分及来源解析

为研究开封市秋冬季大气细颗粒物(PM_(2.5))的化学组分及主要来源,分别于2017、2018年秋冬季在开封市设置了3个点位采集大气PM_(2.5)样品。采用X射线荧光法(XRF)、离子色谱法(IC)与热光反射法(TOR)分别测定了PM_(2.5)中元素、水溶性离子及碳质组分特征,并运用正定矩阵因子分解(PMF)模型解析PM_(2.5)来源。结果表明,2017、2018年秋冬季开封市大气PM_(2.5)平均质量浓度分别为124.38、111.48μg/m_(3),水溶性离子平均质量浓度为分别为54.48、58.16μg/m_(3),其中3种二次无机离子(NO^(-)_(3)、NH_(4)^(+)、SO_(4)^(2-))是主要组分。2017、2018年秋冬季NO^(-)_(3)与SO_(4)^(2-)质量比分别为1.91、2.56,表明PM_(2.5)受移动源影响增大。二次有机碳(SOC)是PM_(2.5)中有机碳(OC)的主要来源,2017、2018年分别占OC的93.70%、73.20%。开封市PM_(2.5)主要来源于二次无机源、机动车排放源、扬尘源和燃煤源,与2017年相比,2018年秋冬季二次无机源、扬尘源贡献率分别下降15.2百分点、8.3百分点,燃煤源和机动车排放源的贡献率分别上升8.0百分点、5.9百分点。开封市2018年采取的多项大气污染防治措施有效降低了二次无机源、扬尘源等对PM_(2.5)浓度的贡献。

渥太华大学混合式教学法的应用及对我国环境工程高等教育的启示

通过参加国家留学基金委资助的"高等教育教学法出国研修"项目,在渥太华大学进行了为期6个月的学习,对渥太华大学混合式教学法的体系及应用有了深入的了解。本文对渥太华大学的混合式教学法进行了归纳总结,并分析了其在工程类专业中的应用方式,结合自身教学过程所遇到的问题进行了反思。

浅谈扫描电子显微镜在材料化学教学实践中的应用

阐述了扫描电子显微镜在本科教学实践的重要性和必要性,分析了原有大型仪器在本科教学中的现状和不足,通过扫描电镜在本科教学实践中的改革,激发了本科生的强烈的兴趣,加深了学生对扫描电镜的认识,提高了学生的创新意识和创新能力,也提高了扫描电镜的利用率和机时数。为学生以后考研或者就业提供了强有力的支撑,达到了用人单位对人才的要求。