理论研究Cu@C_(2)N催化剂表面上水分子对电催化CO_(2)还原反应机理的影响

电催化CO_(2)还原反应(CO_(2)RR)的反应途径涉及多个质子-电子对转移,在水溶剂条件下,质子的来源是水分子,考虑水分子对质子-电子对的转移机制十分必要。本研究提出水辅助氢穿梭模型,与常用的以氢原子作为氢源的直接加氢模型对比,研究水分子在CO_(2)RR中对质子-电子对转移的影响。采用密度泛函理论,系统地研究了铜原子嵌入C_(2)N单层催化剂(Cu@C_(2)N)和石墨烯作为衬底的Cu@C_(2)N/石墨烯复合催化剂(Cu@C_(2)N/G)表面上不同加氢模型的CO_(2)RR反应机理。在水辅助氢穿梭模型中,氢原子与水分子结合形成水合质子,水合质子将自身的氢原子转移到催化剂表面的反应物上形成反应中间体,增强了中间体与催化剂之间的相互作用。此外,在Cu@C_(2)N/G催化剂中,石墨烯将电子转移到表面的Cu@C_(2)N上,提高了催化剂的CO_(2)RR催化活性。进一步,计算了Cu@C_(2)N和Cu@C_(2)N/G催化剂上CO_(2)RR和析氢反应的极限电位,讨论催化剂的活性和选择性。结果表明CO_(2)在低电位下容易生成HCOOH,施加高电位时可以生成CO、CH3OH和CH4并伴随着H2的生成。

Co_3O_4/聚吡咯/石墨烯碱性溶液中电化学还原氧（英文）

燃料电池具有较高的能量密度和发电效率,以清洁能源为原料,零污染排放,是一种具有发展前景的能量储存和转化装置.阴极氧还原反应(ORR)在燃料电池中起着关键作用.ORR广泛采用贵金属铂基催化剂,但是它们价格昂贵,电子动力学转移速率慢,碱性条件下易团聚,这些亟需解决的问题阻碍了燃料电池商业化进程.近期,一些非贵金属催化剂被广泛研究,例如氮掺杂碳材料、Fe/N/C和Co/N/C材料等,它们有可能在未来替代铂基催化剂.我们的目标是合成新型高催化活性的Co/N/C及其衍生非贵金属材料,用于ORR催化反应.由于石墨烯具有独特的形貌、较大的比表面积和良好的导电性,其表面含有功能化的官能团,所以我们选择石墨烯作为碳载体.首先,用改性休克尔方法合成了氧化石墨烯(GO),为了提高其催化活性,采用聚吡咯作为氮源对其进行了氮掺杂,制备了聚吡咯/氧化石墨烯(Ppy/GO).通过ORR催化性能测试发现,GO对ORR具有一定的催化活性,它的起始电位和阴极电流电位分别为–0.31 V vs SCE和–0.38 V vs SCE;Ppy/GO的起始电位和阴极电流电位分别为–0.20 V vs SCE和–0.38 V vs SCE,氮掺杂对GO的催化活性有所提高.采用水热法沉积氧化钴合成了Co_3O_4/聚吡咯/氧化石墨烯(Co_3O_4/Ppy/GO).其形貌为Co_3O_4分散在氮掺杂GO表面.在KOH电解质(0.1 mol/L)中测试,Co_3O_4/Ppy/GO的起始电位和阴极电流电位分别为–0.20 V和–0.38 V vs SCE.经过800°C高温煅烧处理后,Co_3O_4/Ppy/GO-800的催化活性明显提高,起始电位和阴极电流电位分别达到–0.10 V和–0.18 V vs SCE.ORR电子转移数为3.4,接近于4电子反应途径.Co_3O_4/Ppy/GO对ORR的催化活性及4电子催化选择性较高,可能是由于纳米形态的Co_3O_4和Ppy/GO之间具有较强的表面作用力,聚吡咯掺杂的氧化石墨烯具有较强的电子储存及释放能力.综上,我们通过水热法制备了钴、氮共掺杂的GO,并研究了其对ORR的催化活性和电子转移选择性.结果表明Co_3O_4/Ppy/GO是一种高效的非贵金属电催化剂,在碱性电解质中具有很高的ORR催化活性,在燃料电池阴极催化剂方面很有前景.

粒子能级序列图用于解析统计热力学教学难点

粒子配分函数,是统计热力学研究的核心。本科物理化学教学中,学生常常由于对粒子不同运动形式的能量序列缺乏理解,而对诸多统计热力学基础问题产生疑惑。本文建议将粒子能级序列图引入教材和教学。该能级序列图便于学生准确理解该统计热力学教学的核心内容和难点内容,能有效地提高教学效果。

基于MOOC的物理化学翻转课堂教学改革与实践

慕课作为一种新型在线教育模式,为高等教育带来了挑战和机遇。为提升学时相对较少的工科物理化学课程的教学效果,我们依托“物理化学”中国大学慕课,采用翻转课堂与传统讲授相融合的混合教学方式,实现优势互补。根据知识点的难易程度,构建不同层次、不同形式的翻转课堂教学模式,增强了学生主动获取知识的能力,有效提高了课程教学质量。

基于物理化学MOOC的混合式教学实践

介绍大连理工大学在"物理化学"中国大学慕课(MOOC)建设及应用于本科教学的一些举措和经验,推广至省内跨校共享,建立了"1+M+N"混合教学新模式。实践表明,开展"线上-线下"混合式教学,应贯穿教学全过程、发挥MOOC的"教学增效"作用,才能更好地培养学生的素质和能力,提升教学质量。

泥碳基氮掺杂多孔炭用于光热辅助可见光光解水制氢

光催化析氢反应被认为是最有前途的制氢方法之一。炭材料是大规模、低成本光解水制氢的潜在催化材料,然而目前其光催化活性仍旧较低,还不足以满足实际应用要求。本文以廉价易得的泥炭为原料,通过与尿素共炭化制备了一种氮掺杂多孔炭,作为光热辅助可见光催化剂,利用炭材料优异的光热效应提高体系温度,进而提高光催化活性。在可见光照射下,这种泥碳基炭材料可使体系温度在15 min内从室温提高至55℃,光催化活性提高25%左右。系统考察了结晶度与氮掺杂含量对炭材料光催化性能的影响,发现在光热效应的促进下,N含量为4.88 at%且有适宜结晶度的炭材料表现出优异的光催化性能,析氢速率达到75.6μmol H_(2) g^(−1) h^(−1)。

MOFs荧光探针检测炸药分子研究

烈性炸药的探测是一项重要的研究课题,基于金属有机骨架化合物(MOFs)的荧光探针近年来受到研究者的广泛关注。本文采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)研究了金属有机骨架化合物[Zn(sfdb)(bpy)(H2O)]n的发光机理及其与硝基苯分子之间的氢键相互作用。运用TDDFT方法探究氢键在激发态下的行为,结果表明分子间氢键在激发态下增强,促进分子间电荷转移,导致荧光淬灭。这项研究工作表明分子间氢键对于荧光过程具有重要影响,这为设计合成探测炸药分子的MOFs荧光探针提供了新的思路。

发光共价有机骨架LCOF-NDT1荧光识别甲醛的理论研究

基于密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT),探究了发光共价有机骨架LCOF-NDT1与甲醛之间的分叉氢键作用.发现LCOF-NDT1与甲醛氢键作用后发光机理发生改变.氢键复合物的电子激发能减小,激发态下的氢键键长变短,氢键质子供体的~1H-NMR移向高场,氢键质子供体和受体的振动频率发生红移,均表明电子激发态下的氢键增强.氢键复合物的荧光速率系数减小,内转换速率系数增大,阐明电子激发态下氢键的增强有利于非辐射跃迁,不利于辐射跃迁,从而导致LCOF-NDT1荧光减弱或猝灭.计算结果表明LCOF-NDT1在荧光识别甲醛方面有潜在的应用前景.