化学类专业无机化学课程群设置与教学内容——以厦门大学为例

无机化学类课程是化学类专业学生的主要课程之一,对培养目标与毕业要求的达成起到重要的支撑作用。本文以厦门大学为例,对无机化学课程群课程设置与教学内容进行了探索。

硒化镉量子点与C_(60)间的光致电子转移动力学研究

结合稳态和时间分辨光谱技术,研究了CdSe量子点与富勒烯C_(60)构成的模型太阳能电池体系中,荧光发射猝灭以及基态漂白恢复的动力学过程,发现二者间的荧光猝灭是由CdSe量子点与C_(60)间的光致电子转移所引起的,并且电子转移的速率随着量子点粒径的增大而减小:4.3×10^(9)s^(-1)(3.0 nm),1.1×10^(9)s^(-1)(3.5 nm),0.60×10^(9)s^(-1)(4.0 nm).该结果为设计、构筑以CdSe量子点为中心的光电转化体系,以及提高其光电转化效率提供了实验依据.

将铂(Ⅱ)-四(4-羧基苯基)卟啉组装到光捕获金属有机框架中增强可见光驱动的产氢效能

氢气析出反应的分子催化剂因能够将其整合到用于光催化水分解的光捕集复合物中而受到广泛关注.研究者期望通过构建吸光网络,提高分子催化剂的光催化产氢效能.本文报道了以[(TCPP)Pt^(Ⅱ)][TCPP=meso-四(4-羧基苯基)卟啉]络合物作为光催化产氢的分子催化剂.采用氯冉酸(CA)作为电子牺牲剂可以很好地稳定光催化剂,使CA被氧化为[CA-H·]自由基.当使用三乙醇胺作为电子牺牲剂时,[(TCPP)Pt^(Ⅱ)]分解形成Pt纳米颗粒.电化学循环伏安实验结果表明,光催化产氢的第一步是质子偶联电子转移,以获得[(TCPP)Pt+H]0.然而,第二个电子转移-1.02 V的氧化还原电位不随添加三氟乙酸而位移,表明该电子转移未与质子转移耦合,得到[(TCPP)Pt+H]-.此外,第二次电子转移的峰值处产生催化波,表明氢气是由[(TCPP)Pt+H]-的质子化生成,然后再生[(TCPP)Pt^(Ⅱ)]并释放氢气.密度泛函理论计算结果表明,[(TCPP)Pt^(Ⅱ)]分子催化剂光催化产氢的机理可能先经过质子耦合电子转移反应,形成[(TCPP)Pt^(Ⅰ)]-NH,然后依次经过电子注入和质子化形成[(TCPP)Pt^(Ⅱ)-H]-NH中间体,最终释放H2.由于整个催化循环过程涉及多个电子的注入,光捕获网络的引入有助于提供多个光电子.因此,本文通过将[(TCPP)Pt^(Ⅱ)]掺杂生长到主要由[(TCPP)Zn^(Ⅱ)]构筑的金属有机框架中,构筑了与分子催化剂连接的光捕获网络,从而将其活性提高了约830倍.纳秒瞬态吸收光谱和时间分辨的磷光光谱表明,向[(TCPP)Pt^(Ⅱ)]均相溶液中加入氯冉酸会因电荷转移而缩短3[(TCPP)Pt^(Ⅱ)]*寿命.同样现象在金属有机框架体系中也被观察到.然而,在磷光猝灭后,瞬态吸收光谱观察到均相溶液中[(TCPP)Pt+H]0及[CA-H·]自由基信号迅速衰减,在微秒时间尺度上衰减为0,表明大部分还原的[(TCPP)Pt+H]0迅速与氧化后的[CA-H·]复合,限制了光催化氢气析出的光量子效率.然而,在金属有机框架体系中,磷光猝灭后纳秒瞬态吸收光谱在较长时间尺度观察到残留吸收带,表明随后消耗CA,向反应体系中注入电子,推动了反应的完成.本文研究了能量转移对光催化H2析出的影响,并强调了光捕获网络在多电子注入中的重要性.

自动化和智能化的化学合成

自动化技术已在现代制造业中广泛应用,但化学合成研发工作的自动化程度较低,仍大量依赖于化学工作者的手工操作.这主要是因为经典的自动化技术的智能化程度不高,难以应用于具有流程多样性和结果不确定性的化学研发.然而,以物联网、协作机器人、人工智能为代表的新一代自动化技术已经能够实现更灵活的部署和更智能的运作,具备了与化学合成与材料研发深度融合的条件.以“无人实验室”为目标的自动化和智能化的化学合成系统正在蓬勃发展.本文对该领域近年来的发展进行了梳理,并对未来的发展进行了展望.