基于OBE理念的分析化学课程思政的探索与实践

为把课程思政纳入成果导向教育(OBE)的实践研究领域,介绍了笔者所在的教学团队在课程思政改革中所做的探索与实践,将课程思政与高校化学类专业的分析化学有机结合,构建了分析化学课程思政的OBE教学,制定了“个人修养、职业素养、理想信念”三个层面的课程思政培养目标,挖掘课程思政元素,设计思政教学案例,改进课程思政评价,以达到课程思政的目的和效果,同时促进分析化学课程的进一步精品化、共享化。

锂离子电池电极材料Li_(4)Ti_(5)O_(12)@TiO_(2)的制备及性能

用水热法制备Li_(4)Ti_(5)O_(12)@TiO_(2)复合材料与同样方法制备的尖晶石型Li_(4)Ti_(5)O_(12)进行对比.对2种材料采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、光电子能谱仪(XPS)进行表征;N_(2)吸附-脱附曲线进行比表面积分析;恒电流充放电测试和电化学交流阻抗(EIS)技术进行电化学性能分析.结果表明,Li_(4)Ti_(5)O_(12),和Li_(4)Ti_(5)O_(12)均呈颗粒状,粒径分别约为50和70nm.XPS分析显示Li_(4)Ti_(5)O_(12)@TiO_(2)中的Ti为+4价态.电化学测试结果显示Li_(4)Ti_(5)O_(12),复合了锐钛型TiO_(2)后其充放电比容量较纯Li_(4)Ti_(5)O_(12)高,主要原因是嵌入到尖晶石型Li_(4)Ti_(5)O_(12)晶格中的Li_(4)Ti_(5)O_(12)分析显示Li_(4)Ti_(5)O_(12)复合TiO_(2)后降低了欧姆接触电阻和电化学反应中的电荷转移电阻,提高了电极表面与电解液间的固-液界面双电层电容,有利于Li的嵌入和脱出,增大其可逆比容量.两种材料中Li的扩散系数分别为3.36×10^(-10)和2.03×10^(-12 )cm^(2)/s.比表面积分析显示复合TiO_(2)后的Li_(4)Ti_(5)O_(12)具有较大的比表面积(73.65m/g),纯Li_(4)Ti_(5)O_(12)的比表面积为56.23m/g.Li_(4)Ti_(5)O_(12),复合TiO_(2)后作为锂电池的阳极材料更有利于Li扩散,为Li的脱嵌提供较好的通道,其比容量也得到提高。

溶胶-凝胶法制备Li_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)电极材料及电化学性能研究

溶胶-凝胶法制备Li_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)作为锂离子电池正极材料并对其形貌、晶型表征、电化学性能分析。结果显示:产物为类球形结构的纳米材料,平均粒径10-20nm之间,分散性较好。随着锻烧温度升高,有利于Li_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)形成较好的结晶度。但温度达到750℃之后,其晶粒逐渐变得粗大,且易烧结成块,因此最佳温度为650℃。XRD分析结果显示:产物与单斜晶系结构的Li_(3)Fe_(2)(PO_(4))_(3)(ICDD43-0526)相一致,属于P2_(1/n)空间群。恒电流(电流密度为50mA/g)充放电测试显示:首次充放电比容量分别为170mAh/g和172mAh/g;经250次循环后,其充放电比容量仍为103mAh/g和124mAh/g。循环稳定性测试显示:低倍率下循环稳定性较高倍率下好,可能与电极材料在大电流密度条件下充放电易出现粉化导致电极表面电阻增大有关。通过交流阻抗谱结合等效电路进一步分析电极界面动力学阻抗参数(R_(1),R_(2),W_(s)),充分证实了这一点,即充放电电流密度增大,对应的阻抗均增大,这为探讨脱嵌锂离子机理提供了基础数据。

BiVO_(4)光催化剂制备及降解罗丹明B研究

采用化学沉淀结合煅烧法制备BiVO_(4)光催化剂,并用于对罗丹明B催化降解。环境扫描电子显微镜进行形貌表征,考察光催化时间、光催化剂用量及罗丹明B初始浓度对降解率的影响。结果表明:制备BiVO_(4)为纳米颗粒,平均粒径约50-70nm,颗粒间分散性较好。光催化实验结果表明,罗丹明B溶液的浓度随着光照时间的增加而不断减小,并且BiVO_(4)的光催化效果明显优于空白样品。光催化时间为200min,光催化剂用量5g·L^(-1)时,罗丹明B溶液的初始浓度为40mg·L^(-1),光催化降解率较高,可以达到最大为93%。

环境友好型PLA复合材料的界面结构与性能及其用作3D打印的研究

使用聚氨酯预聚体(PUP)作为天然高分子材料聚乳酸(PLA)的增韧剂和增容剂,制备了复合材料.力学性能测试结果表明:PUP的添加量质量分数仅为1%时,所得材料的伸长率就可以达到33.9%;随着PUP质量分数的增加,改性后的PLA复合材料的断裂伸长率和冲击强度随之升高,并且将之运用于3D打印过程中,也表现出较好的效果.通过XRD和DSC结果表明,改性得到的复合材料的结晶性能良好.

静电纺丝法可控合成Bi_(4)Ti_(3)O_(12)及光催化降解甲基橙研究

采用静电纺丝法可控合成Bi_(4)Ti_(3)O_(12)。该法通过施加高电压,使Bi_(4)Ti_(3)O_(12)分子处于静电场中并带上静电荷,穿越加速电场时会因电场的作用力而使Bi_(4)Ti_(3)O_(12)小分子被拉伸、劈裂,形成细长的纤维丝。SEM表征显示产物虽呈纳米纤维状,但由于静电场环境温度不够均匀且不足以使Bi_(4)Ti_(3)O_(12)材料形成完整的晶粒结构,因此将静电纺丝技术结合高温锻烧法可以使产物晶型得到进一步完善。XRD分析显示锻烧后的Bi_(4)Ti_(3)O_(12)纳米纤维为Bi_(4)Ti_(3)O_(12)斜方晶系结构,与Bi_(4)Ti_(3)O_(12)标准的XRD谱线(JCPDS No.035-0795)一致。将此材料用于对甲基橙降解,测得甲基橙在λ=490nm处的吸光度,进而获得降解率,并优化实验条件,结果显示:当光照时间为60min,甲基橙浓度为8mg/L时,Bi_(4)Ti_(3)O_(12)投入量为0.7g/L时,光催化降解率达到最大值为72.69%。

水性聚氨酯活性及其对复合材料性能影响的探究

通过合成未封端型水性聚氨酯(WPU)并控制其保存时间发现其反应活性可控,然后将反应活性不同的WPU与淀粉密炼制备一系列水性聚氨酯-淀粉(WCS)复合材料,并对所得复合材料的基本性能进行表征,以此来探索WPU作为反应型增容剂的可行性.研究发现WPU的活性随时间的变化趋势为:未封端型WPU在不超过3 d的时间内仍保持反应活性,超过3 d就表现出失活的特性.进一步探究活性不同的WPU制备的WCS复合材料的基本性能,发现具有活性的WPU由于含有—NCO反应性基团可以与淀粉的—OH基团之间形成氨基甲酸酯键和部分氢键,从而使制得的WCS复合材料体系的界面具有很好的相容性.研究中使用WPU作为复合材料的反应型增容剂是一种新的尝试,可以克服传统制备聚氨酯需要加入有机溶剂而不环保的缺点,而且其操作过程也更为简便.此外,本工作也为具有反应活性的WPU在复合材料方面的应用奠定了一定的基础.

天然橡胶对聚乳酸的改性研究

为了更好地将聚乳酸(PLA)这种可以完全降解的环境友好型高分子材料应用在环保塑料这个领域中,并克服其固有的脆性.选用具有良好的韧性、生物相容性以及低成本可再生的天然橡胶(NR)来对PLA进行改性.采用动态硫化熔融加工的方法制备不同NR含量(5%~15%)的NR-PLA复合材料.通过机械性能测试发现,加入10%NR后,断裂伸长率由7.3%(PLA)升高到41.1%,表明NR对PLA具有显著增韧的效果;并且通过SEM发现两者之间相容性较好.本研究对进一步更好地应用PLA具有推进作用.

聚氨酯预聚体熔融改性水溶性壳聚糖的制备及其结构性能研究

以水为增塑剂,聚氨酯预聚体为改性剂,成功在密炼机中改性水溶性壳聚糖,并对改性后材料的结构及性能进行了测试.结果表明,聚氨酯预聚体与壳聚糖之间有很强的相互作用,材料的柔韧性随着聚氨酯含量的增加而提高;同时,随着聚氨酯预聚体含量的增加,材料的吸附性能逐步降低,说明在改性的过程中,部分氨基参与了反应.由于密炼之后,得到的材料是一种热塑体,因此可以使用加工设备对其进行二次加工(膜压,发泡等),扩大了壳聚糖材料的使用范围.该工作为壳聚糖材料的改性提供了一种新的加工方法.

生物模板法合成钠离子电池Na_(2)Ti_(3)O_(7)/C负极材料及其储钠性能

以天然螺旋藻为生物模板合成钠离子电池Na_(2)Ti_(3)O_(7)/C负极材料,并与水热法合成Na_(2)Ti_(3)O_(7)纳米材料进行对比。结果表明:该法制备的Na_(2)Ti_(3)O_(7)/C负极材料呈良好的网络条状结构,其上有少量碳残留,首次充放电比容量分别是109.3 m A·h/g和117.6 m A·h/g。而水热法制备的Na_(2)Ti_(3)O_(7)材料首次充放电比容量分别为89.3 m A·h/g和86.3 m Ah/g。250次循环后其充放电比容量平均保持率在70%左右,明显优于水热法制备的Na_(2)Ti_(3)O_(7)负极材料(平均为35%),且有更好的循环稳定性和更高的Coulomb效率。通过对合成的Na_(2)Ti_(3)O_(7)/C和Na_(2)Ti_(3)O_(7)在不同倍率下进行20次循环后分析其放电比容量,结果表明:两者在小电流条件下放电衰减比较快,大电流放电时电化学性能相对较稳定,且在相同倍率下Na_(2)Ti_(3)O_(7)/C电极材料的稳定性较之水热法合成的Na_(2)Ti_(3)O_(7)材料好,这为大功率混合动力电车提供了较好的动力支撑。交流阻抗对比分析显示:模板法获得的Na_(2)Ti_(3)O_(7)/C在充放电过程中其电极和电解液总阻抗、电极接触电阻、钠离子电荷转移电阻、Na+在电解液中半无限扩散Wurburg阻抗均比水热法制备的Na_(2)Ti_(3)O_(7)材料要小,进一步表明以天然螺旋藻为模板合成的纳米网络条状结构可以有效提高电极材料的电化学性能且锻烧中残留碳可提高其导电性,这为新型钠电池开发和应用的提供基础支持。

溶剂热法可控合成NiCo_(2)O_(4)锂电池负极材料及储锂机制研究

溶剂热法可控合成NiCo_(2)O_(4)锂电池负极材料,进行XRD、ESEM、电化学性能分析并获得分散性好、晶型完整的尖晶石型NiCo_(2)O_(4)纳米片。充放电测试显示:首次比容量分别为1376mAh/g和1544mAh/g;经150次循环后,容量保持率约70%。低倍率下(0.05~2C)稳定性明显高于高倍率(10C)下,与Li+在电解液中的扩散电阻增大有关,这在交流阻抗(EIS)中得到证实。循环伏安(CV)为进一步弄清脱嵌锂机理提供了依据。EIS等效电路拟合结果显示:60次循环后,电极电阻(R1)由357Ω·cm^(2)下降到154Ω·cm^(2),与电极材料活化有关。但电解液扩散电阻(WS)从345Ω·cm^(2)增大到467Ω·cm^(2),与电极材料被破坏粉化有关。为了更好平衡这两个相互矛盾的变量,有效控制合成NiCo_(2)O_(4)电极材料十分关键,本法获得的NiCo_(2)O_(4)负极材料其电化学性能较优异。