《有机化学》课程知识模块重构探究——以金属有机化合物和羰基化合物反应为例

《有机化学》课程知识内容庞杂,章节之间知识点内在关联多,易混淆,本文以金属有机化合物和羰基化合物反应为例介绍“知识模块重构”教学方法。该方法内容上不仅将跨章节具有联系的知识点进行深层次分析总结,重构成新的教学内容,还将实验、科研新成果和思政元素融入重构内容的基础教学中;教学上采用多维度启发、多种教学方法相结合,充分发挥学生的主动性;形成“新思维、多手段、全方位”的教学模式,达到全面提升学生专业素养和综合能力的目的。

超声法制备非金属及其化合物量子点研究进展

量子点(Quantum dots,QDs)晶粒直径在1~20 nm之间,是一种零维的纳米材料,具有尺寸可调、激发光谱宽、高量子效率、宽波长范围、光化学稳定性高、不易光解等优异的光学特性。当量子点的尺寸接近或小于激子波尔半径时,原有的连续能带结构量子化,其性质也发生显著变化,表现出优异的光电性能。本综述介绍了量子点的制备方法,其中,超声法作为一种常见的“自上而下”方法,因操作简单、对环境友好等优点被广泛使用。首先,概述了利用超声法制备非金属和非金属化合物量子点的机理和表征技术,并分析了分散剂、超声功率和时间等因素对其尺寸及形貌的影响。随后,对超声法制备的非金属和非金属化合物量子点在激光器、太阳能电池等领域的应用展开了讨论,并针对目前研究存在的一些挑战和难题,提出了自己的观点和见解。最后,对超声法制备非金属单质及非金属化合物量子点进行了总结和展望。

Fe-Al金属间化合物的第一性原理研究综述

Fe-Al金属间化合物具有密度低、比强度高、抗高温氧化和耐腐蚀性良好等优点,且成本低廉,成为镍基高温合金潜在的替代结构材料。综述了利用第一性原理计算研究元素掺杂/微合金化对Fe-Al金属间化合物及涂层的室温脆性、高温强度、界面结合、抗高温氧化及耐腐蚀性能影响的研究进展,设计了第一性原理研究B2型Fe-Al合金耐氯化盐腐蚀机理的理论计算方案,展望了第一性原理计算应用于Fe-Al合金及涂层材料研究的发展方向。

金属氧化物负载钌催化木质素衍生酚类化合物制备环己醇的研究

本研究采用初湿浸渍法,制备得到一系列钌负载于金属氧化物载体的催化剂(Ru/CeO_(2)、Ru/Nb_(2)O_(5)、Ru/ZrO_(2)、Ru/Al_(2)O_(3)和Ru/CeOx),用于木质素衍生酚类化合物苯酚提质加氢转化为环己醇的研究。通过采用X射线晶体衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对所制备催化剂进行结构和物化特征的表征,发现Ru/CeOx中含有的氧空位可以很好地吸附带有含氧基团的原料,从而有利于苯酚的高效加氢;同时XPS表明,Ru/CeOx中的有效活性中心RuO_(2)和Ru0是催化加氢的活性位点,因此,氧空位和金属活性位点的共同作用使得催化剂有较好的加氢活性。探究了反应温度、压力、时间对加氢效果的影响,发现催化剂能够在140℃下使苯酚完全转化,得到目标产物环己醇得率为90.2%,并对催化剂的循环特性进行考察,发现循环使用四次后催化剂仍表现出优异的加氢活性。同时采用GC-MS检测加氢过程的中间产物,进而推断出苯酚加氢过程的反应路径。

AlSc15中间合金中Al_(3)Sc金属间化合物的电化学行为及对局部腐蚀的影响

将过共晶AlSc15合金加热至液态,以10℃/h速率冷却得到毫米级尺寸的Al_(3)Sc金属间化合物。利用微区电化学和扫描开尔文探针力显微镜(SKPFM)研究了Al_(3)Sc金属间化合物在不同pH值的0.1 mol/L NaCl溶液中的电化学特征及对局部腐蚀敏感性的影响。结果表明,Al_(3)Sc金属间化合物存在自钝化现象,且在碱性环境中有明显的维钝区域;随着pH值的增加,Al_(3)Sc腐蚀电位逐渐降低,在中性和碱性条件下的腐蚀速率明显低于酸性条件下的;Al_(3)Sc金属间化合物与周围铝基体之间的伏打电位差约为40 mV,在铝合金中可能作为较弱的局部阴极,对电偶腐蚀的影响不大。

过渡金属催化卤代芳烃合成苯胺类化合物的研究进展

苯胺类化合物是一种重要的有机中间体和基本化工原料,广泛应用于医药、农药、染料和功能材料等研究领域。发展高效、绿色的合成苯胺类化合物一直是备受关注的研究热点之一。过去数十年,过渡金属催化卤代芳烃合成苯胺类化合物的研究由于具有底物适用广泛、官能团兼容性好及高的反应选择性等优点,引起了化学家的研究兴趣与关注。本文综述了过渡金属催化卤代芳烃合成苯胺类化合物的研究进展,主要内容包括:(1)钯催化卤代芳烃合成苯胺类化合物;(2)铜催化卤代芳烃合成苯胺类化合物;(3)镍催化卤代芳烃合成苯胺类化合物。

利用双金属接力催化策略合成环状有机化合物研究进展

环状有机化合物在有机化学、药物化学和材料科学领域具有广泛应用,过渡金属催化的成环反应是制备多种环状化合物的有效方法之一。近年来科学家在研究单一过渡金属催化成环反应体系的基础上,进一步开发了金属/金属组合的接力催化体系,双金属接力催化体系因其可以促进单一金属催化体系无法实现的转化而受到了极大的关注。本文综述了近五年来利用双金属接力催化策略实现环状有机化合物合成的研究进展,并对该领域的发展前景进行了展望。

铸造中熵金属间化合物FeCoNi_(2)Al组织、力学性能及工艺性

为进一步推动中/高熵金属间化合物的工程化应用,以FeCoNi_(2)Al中熵金属间化合物为研究对象,制备了16 kg级大尺寸合金铸锭,细致研究和分析了铸态合金显微组织和力学性能,并采用熔模精密铸造技术浇注了特征结构元件,评价了合金的铸造工艺性能。结果表明,大尺寸FeCoNi_(2)Al中熵金属间化合物铸锭具有良好的成分均匀性,铸态合金由具有树枝状形貌的B2初生相和枝晶间具有片层结构的L1_(2)+B2相共晶组织构成,室温下铸态合金抗拉强度达1115 MPa,伸长率为4.6%,650℃下合金抗拉强度为434 MPa,伸长率可达14.6%,FeCoNi_(2)Al中熵金属间化合物熔体的流动性低于TC4合金,优于TiAl-4822合金。当特征结构元件壁厚为2 mm时,板状试样出现欠铸且内部存在大量缩松型铸造缺陷,熔体以端部固相质点聚集堵塞为主的方式停止流动。相关研究结果为中/高熵金属间化合物熔模精铸成形工艺优化和工程化应用奠定一定技术基础。

金属-有机框架化合物在制备5-羟甲基糠醛中的应用进展

5-羟甲基糠醛(5-HMF)被认为是可由生物质原料制备、最具价值和潜力替代石化工业中基础化学品的生物基化合物,可用来制备诸多高附加值的化学品。金属-有机框架化合物(MOFs)具有独特的孔结构和极高的催化性能,在生物质催化转化领域拥有潜在应用价值。介绍了5-HMF的性质、用途及MOFs的合成和应用,综述了生物质制备5-HMF的主要途径以及MOFs在制备5-HMF中的应用进展,并展望了未来的研究方向。

以天然产物中有机化合物为配体的金属配合物研究进展

从天然产物中发现结构新颖、具有良好生物活性的化学成分,是当前新药研发的有效途径之一,但当前的研究主要集中于其中的有机化合物。现有研究表明,天然产物中的微量金属元素与有机化合物在提取过程中可能会形成多种多样的金属配合物,这些金属配合物对与对应的单体有机化合物相比药理活性可能会发生变化,因此,金属配合物很可能也是天然产物中重要的药效物质。本文对近年来以天然产物中有机化合物为配体的金属配合物及其药理活性研究进行了归纳总结,并对此类化合物发展趋势和应用前景作出展望,为其进一步深入研究及开发利用提供一定的参考价值。

Laves相稀土-过渡族金属间化合物Tb_(1-x)Dy_(x)Co_(1.95)的磁学性质及相变研究

主要研究了Tb_(1-x)Dy_(x)Co_(1.95)稀土-过渡族金属间化合物体系的磁学性质及相变性质。利用X射线衍射表征物相,利用磁学测量系统对材料的磁学性能及磁性相变的种类和温度进行测定,利用热机械分析仪(TMA)测试得到了材料的热膨胀曲线。结果表明:随着体系中Dy元素含量的增加,材料的晶格常数和居里温度均呈现降低趋势。Tb_(1-x)Dy_(x)Co_(1.95)体系在测试温度范围内发生了一级的铁磁相变,这弥补了相关领域的研究空白。除此之外,Tb1-xDyxCo1.95体系在发生磁性相变时的能量变化补偿了正常热胀冷缩,导致Tb_(1-x)Dy_(x)Co_(1.95)体系在一定温度范围内存在较小的热膨胀效应。

金属间化合物Al_(3)Ti多晶型性质的DFT理论研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理研究方法,考察了在DO_(22)、DO_(23)、DO_(19)和L1_(2)四种晶体结构下,Al_(3)Ti金属间化合物的热力学稳定性和力学性能。计算结果表明,四种结构的Al_(3)Ti生成焓均为负值,表明四者在热力学上均可以稳定存在。其中,DO_(23)-Al_(3)Ti的生成焓最负,热力学稳定性最高,其后依次是DO_(22)、L1_(2)、DO_(19)三种结构。力学性能计算表明,DO_(23)结构具有最高的杨氏模量E和体模量B。根据体模量B和剪切模量G的比值B/G,可知四种结构的Al_(3)Ti均呈脆性。各向异性指数A^(U)的排序为DO_(22)>DO_(23)>L1_(2)>DO_(19)。

基于应力调控的二维过渡金属硫族化合物光学性质分析

阐述应力对二维过渡金属硫族化合物光学性质的调控效应,分析晶格畸变对其的影响,以及应力引起的晶格畸变和相应的光学性质变化,为设计和制备特定光学性能的二维材料提供指导。

新型阴离子金属有机骨架化合物的合成及其对染料的吸附性能

以5,5′-(5,5-二氧化二苯并[b, d]噻吩-3,7-二基)二间苯二甲酸(H4DTPA)为有机配体,通过溶剂热合成方法构建一个结构新型的金属有机骨架化合物[NH_(2)(CH_(3))_(2)]·[Zn_(3)(DTPA)_(2)]·xsolvent.该化合物为1个{4,8}-连接的阴离子型的新型拓扑网状结构,具有良好的化学稳定性和热稳定性,并且对有机染料亚甲基蓝(MB)具有良好的选择性吸附性能.

N06200镍基合金与S32168不锈钢界面金属间化合物的生长行为

研究了N06200镍基合金与S32168不锈钢TIG焊接接头经焊后热处理后界面金属间化合物(Intermetallic Compounds,IMCs)的演变过程,并从热力学和动力学的角度分析界面IMCs的生成种类、先后顺序及生长动力学模型.结果表明,随着热处理温度的升高,接头的抗拉强度呈现先升高后降低的趋势;随着保温时间的增加,接头的抗拉强度随之增加.随着热处理温度的升高和保温时间的延长,界面IMCs的厚度增加.镍基合金与不锈钢界面IMCs主要由NiFe相、Ni2Cr相、FeCr相和Ni3Fe相组成,形成IMCs的顺序为NiFe→FeCr→Ni2Cr→Ni3Fe.界面IMCs的增长符合抛物线规律,经线性回归方法计算得出界面IMCs的生长动力学模型为W=1.725×10^(-13)·e[-45.98/(RT)]·t^(1/2).

大电流密度过渡金属硫族化合物析氢催化剂界面工程展望

氢能是未来可持续社会中理想的能量载体,利用可再生能源电解水制取绿氢的技术受到研究人员的广泛关注.电解水制绿氢技术由实验室向工业应用跨越的前提是发展大电流密度下性能优异且稳定的电催化剂.析氢反应(HER)是一种非均相反应,涉及催化剂-基底、催化剂-电解液、催化剂-气体三个界面.界面性质会影响电化学传质行为、电荷传输行为和催化剂的力学性质,从而影响大电流密度下制氢性能.因此,优化界面结构和性质是提升大电流密度下电解水催化剂性能并解决电解水技术工业应用挑战的关键.二维过渡金属硫族化合物(TMDCs)具有电子结构可调、活性位点丰富、合成方法多样等优势,自1976年首次应用于光电催化水分解反应、加氢脱硫反应以来,已有大量工作报道了TMDCs催化剂应用于HER.本文以TMDCs催化剂为例研究界面工程对大电流密度下HER的提升作用及机制.探讨了电化学反应中上述三个界面上发生的物理化学过程,系统分析了大电流密度下质量传输、电荷传输速率受限和力学强度不足三方面挑战,并总结了适用于大电流密度的催化剂性能描述符.分别归纳了针对以上三个界面的界面工程策略及相应作用,简要概括为:(1)催化剂-基底界面结合力增强、界面电阻降低、界面电子结构调控等策略;(2)催化剂-电解液界面形貌调控、表面化学、电解液环境调控等策略;(3)催化剂-气体界面疏气性调控、外场作用等策略.从反应机理研究、膜电极界面设计及电解槽界面性质调控三个角度对电解水反应界面工程未来的发展与应用提出了建议及展望.在反应机理方面,大电流条件下的界面性质如界面电阻、传质行为等仍需更深入的认识.在膜电极中,催化剂、离子交换膜、离子型聚合物、气体扩散层所形成的多元界面,尤其是催化剂-膜界面、催化剂-气体扩散层界面的结构仍需进一步优化以提升膜电极的活性及稳定性.在电解槽界面性质调控方面,催化剂-基底界面结合力等参数与催化剂寿命间的关系,电解过程中界面处的温度场及流场分布,适配于实际生产系统的电流密度等仍需深入研究.综上,本文从基本物理化学过程、策略及作用、挑战与展望等多个方面介绍了界面工程.本文有助于研究人员理解非均相电化学反应过程中界面的重要作用,提出催化剂、膜电极、电解槽界面设计新策略,并开发新型表征方法以深入对界面性质的认识,推动高效电解水技术的开发及应用.

Al-Ca-Cu三元合金体系中与铝平衡的金属间化合物

对三元Al-Ca-Cu合金体系中与铝固溶体平衡的(Al,Cu)_(4)Ca、Al_(27)Ca_(3)Cu_(7)和Al_(8)CaCu_(4)金属间化合物的结构和性能进行全面分析。基于Al4Ca相中部分Al原子被Cu取代,将(Al,Cu)_(4)Ca金属间化合物视为线性化合物。化合物中铜的溶解度达到10 at.%(19 wt.%),导致化合物的晶格结构、物理和力学性能发生显著变化。例如,化合物的密度从2.22 g/cm^(3)增加到2.79 g/cm^(3),显微硬度从HV 180增加到HV 250。将Al_(27)Ca_(3)Cu_(7)相视为具有严格化学计量比和BaHg11型初始晶体结构的三元化合物,其空间群为Pm3m,晶格参数为8.514Å,密度为3.45 g/cm^(3)。Al_(8)CaCu_(4)相也是严格化学计量比的三元化合物,具有Mn_(12)Th型晶格结构,最高的显微硬度(HV 505)和密度(4.57 g/cm^(3))。属于二元(Al)+(Al,Cu)_(4)Ca相场和准二元(Al)+Al_(27)Ca_(3)Cu_(7)截面的合金,有前景作为新型天然铝基复合材料的基材。

双金属钕镍有机框架化合物的制备及其电化学性能

[目的]稀土元素掺杂及双金属离子配位的金属有机框架化合物(MOFs)具有良好的电化学性能。[方法]以Nd、Ni元素为双金属离子源,均苯三甲酸(BTC)为有机配体,采用溶剂热法制备了具有棱柱状结构的双金属有机框架复合物材料(Nd Ni-MOFs)。采用循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)和电化学阻抗谱(EIS)考察了Nd Ni-MOFs的电化学性能。[结果]NdNi-MOFs电极在1 A/g电流密度下的比电容可达1 280 F/g,而在8 A/g电流密度下循环充放电5 000次后的比电容为1 145 F/g,电容保持率达88.3%。由Nd Ni-MOFs电极组成的对称电容器在功率密度204.2 W/kg下的能量密度达到175 W·h/kg,充放电循环稳定性良好。[结论]Nd Ni-MOFs有望用作电容器、电池等的电极材料。

金属羰基化合物参与催化反应的研究进展

在有机化学中,同时具备亲电中心和亲核中心的化合物一直是科研工作者的重点研究对象,而金属羰基化合物M-homoenolate(M为金属)在这类化合物中最具代表性,它可以作为一种碳亲核试剂与亲电试剂发生作用,实现羰基β位的碳碳键/碳杂键的偶联反应。由于羰基官能团广泛存在于醛类、酮类、酯类、酸酐类等化合物中,因此,对M-homoenolate的探索极具科学研究价值与市场应用价值;同时,它更是一类广泛应用于药物化学和天然分子合成中的中间体。

金属有机框架化合物ZIF-8基于QuEChERSGC-MS/MS测定禽蛋中21种有机磷农药

基于改良QuEChERS前处理方法结合气相色谱-串联质谱(GC-MS/MS),建立了禽蛋中21种有机磷农药残留量的检测方法。样品经乙腈提取,金属有机框架材料-沸石咪唑酯骨架(ZIF-8)净化,用GC-MS/MS测定,采用HP-5ms柱进行分离,电子轰击离子源(EI)多反应监测模式(MRM)检测,以空白基质提取液匹配标准溶液外标法定量。结果表明:21种有机磷农药的仪器检出限(LOD)在0.1〜5.6μg/kg之间,方法定量限(LOQ)在0.3〜9.6μg/kg之间,相关系数(R^(2))均在0.9959以上;在10、20和40μg/kg 3个添加水平下,21种有机磷农药在禽蛋中的平均回收率在85.9%〜118.0%之间,相对标准偏差在1.3%〜5.2%之间(n=6)。该方法快速、操作简便、灵敏度高、准确,在禽蛋中有机磷农药残留检测中具有良好的应用前景。