无机化学实验教学融入前沿科研成果初探——以TiC负载Ir的合成及其在电解水中的应用为例

无机化学实验是培养应用化学专业本科生发散性思维和辩证唯物主义世界观的关键训练环节之一,鉴于纳米无机材料在新能源领域的广泛应用,结合本科生学习特点,本文以典型的无机材料合成教学内容为例,首先设计碳热还原法和液相还原法合成Ir/TiC催化剂,通过X射线粉末衍射仪、透射电镜仪器对催化剂晶型和形貌进行表征分析,之后应用电化学工作站和电解槽系统评价了催化剂的性能。设计成综合化学实验教学,不仅增强学生无机材料制备分析能力的同时,而且助力学生与科学前沿研究成果“接轨”,提升科学素养。

不同晶型和形貌二氧化锰的可控合成及催化性能

以Mn(NO3)2为锰源,(NH4)2S2O8为氧化剂,通过控制水热反应条件,可控合成了2种晶型和不同形貌的MnO_2。运用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜和化学吸附仪对制备的MnO_2进行了表征,并以二甲醚的催化燃烧为探针反应考察了2种晶型MnO_2的催化活性。结果表明:反应物浓度和水热温度主要影响MnO_2的形貌。硝酸锰浓度达到0.2 mol/L时,α-MnO_2形貌由棒状转变成海胆状;(NH4)2S2O8浓度超过0.1 mol/L有助于形成均一的海胆状α-MnO_2。硫酸能影响MnO_2的晶型,当向反应体系中加入1 m L浓硫酸(溶液中硫酸浓度达到0.61 mol/L)时,会使MnO_2从γ相向α相转变。相比于α-MnO_2,海胆状γ-MnO_2在二甲醚燃烧反应中表现出更优异的催化性能(T10为145℃、T90为236℃)。