“以人为本”的化学综合实验室管理机制的构建与探索

以实验教学资源开放共享为基础,以实验改革为核心,以培养学生实验创新能力和提高教学质量为宗旨,在遵循学院实验室管理制度的基础上,对如何建立“以人为本”的化学综合实验室管理机制进行了探索研究。通过加强实验室教学和管理人员的管理和教学队伍的建设,完善实验教学管理制度,完善贵重仪器操作上岗培训制度,加强综合化学实验室育人环境建设,加强化学综合实验室信息化管理,加强实验室安全文化体系的建设等构建化学综合实验室的管理机制。

氮掺杂层次孔碳纳米材料的合成及其电化学储能

为了制备性能优良的电化学储能电极材料,利用分子自组装技术,将甲基丙烯酸甲酯和丙烯腈聚合后的产物进行碳化和活化,得到具有大孔、介孔和微孔的氮杂层次孔碳纳米材料.分别采用扫描电镜、透射电镜、氮气吸附脱附、X线光电子能谱、恒流充放电、循环伏安及交流阻抗等测试方法和手段对材料的形貌、结构及电容性能进行表征.实验结果表明:所得氮杂孔碳纳米材料比表面积为698 m^2/g,孔容为0.42 cm^3/g.在电流密度为0.2 A/g时,该材料比电容量为241.9 F/g,且具有较好的循环稳定性,在2 A/g下循环5 000圈后,比电容值仍能保持在初始容量的93.6%.将其组装为对称超级电容器,能量密度和功率密度分别达到19.6 W·h/kg和200 W/kg,高于目前一些商业化的电容器数值,说明该氮杂层次孔碳纳米材料在超级电容器方面展示出很好的应用前景.

TiO2纳米光催化材料的研究进展

在环境污染物的光催化分解中,高活性光催化剂的使用是关键环节.本文综述了近年来TiO2光催化材料改性的重要方法以及新型TiO2光催化剂的研究进展.TiO2光催化剂的改性方法主要有复合半导体、染料光敏化、贵金属沉积、金属离子掺杂、非金属掺杂、多元共掺杂等.新型光催化剂种类主要有钙钛型光催化剂、层状金属氧化物光催化剂、隧道结构化合物光催化剂等.未来可以考虑利用普鲁士蓝类纳米配合物和金属-有机框架材料(MOFs)对TiO2光催化材料进行改性,得到新型的具有高催化活性的的TiO2光催化剂.

碳量子点-半导体复合光催化剂研究进展

碳量子点(CQDs)作为碳纳米家族的新成员,具有独特的结构和物理化学性质,如较宽的吸光范围、上转换发光行为和良好的电子传输性能等,因而作为半导体光催化剂的复合材料,可用于拓宽半导体的光响应区间,增加光生电子-空穴对的数量,促进光生载流子的分离和转移,并增加对污染物的吸附量.本文综述了近年来CQDs与各种半导体光催化剂的复合,主要介绍了不同的制备方法及优缺点,尤其使光催化活性得以提高的机理,从各个角度进行了详细分类和深入剖析.

三氟丙酮酮醇互变异构反应机理的量子化学理论研究

为了解三氟丙酮水溶液中酮式构型向烯醇式构型转变的可能性,采用二阶M覬ller-Plessset微扰理论研究了三氟丙酮的酮醇互变异构反应机理.三氟丙酮的烯醇式构型和酮式构型都可与水分子通过分子间氢键形成复合物,这些分子间氢键的形成有效降低了酮醇互变异构反应的活化能,从而使得三氟丙酮更容易由酮式构型转变为烯醇式构型.进一步使用CPCM溶剂化模型研究溶剂对酮醇互变异构反应的影响,结果发现,酮醇互变异构反应在水溶液中比在气相中更容易进行.计算三氟丙酮由酮式构型向烯醇式构型转化的活化能,结果表明,酮醇互变异构反应的活化能偏高,不会影响中性水溶液中酮式构型的主导地位.

锌电极氧化法制备ZIF-8

室温下,在以锌片作为工作电极和含2-甲基咪唑水溶液为电解液的三电极电化学体系中,通过氧化金属锌电极生成锌离子与2-甲基咪唑配位,制备具有较高结晶度的以锌为中心离子的ZIF-8。借助X射线衍射、扫描电镜、红外光谱、热重和吸附测试对制备的ZIF-8粉末的晶型、微观形貌、稳定性和比表面积等进行了分析。结果表明,金属锌电极的氧化电压对ZIF-8粉末的结构和形貌影响显著,改变外加电压值,能改变反应体系中的锌离子浓度。形成的ZIF-8的颗粒尺寸随着外加氧化电压的不断增加,逐渐变小。

新型1,6-二(1,2,4-三唑-1-基)己烷的Ag(Ⅰ)配合物合成及其对阴离子污染物吸附性能的表征

为了获得高效去除阴离子污染物的新型金属有机框架材料,首先制备1个具有良好柔韧性的1,2,4-三唑类多齿衍生物功能配体1,6-二(1,2,4-三唑-1-基)己烷(L),在此基础上采用水热合成法制备了1个结构新颖的Ag(Ⅰ)配合物,即{[Ag(H_2O)(L)]·NO_3}n,产率为53%.对该配合物的晶体学结构进行表征,并且使其与Cr_2O_7^(2-)和MnO_4^-发生阴离子交换,考查配合物去除阴离子污染物的性能.研究结果表明,配合物{[Ag(H_2O)(L)]·NO_3}n具有新颖的一维链状结构.吸附2种阴离子后配合物的颜色变深,而对应的阴离子溶液颜色变浅.吸附24 h后Cr_2O_7^(2-)和MnO_4^-浓度分别下降了53%和67%,配合物的NO_3^-离子浓度也出现降低.这一结果证实了该配合物确实能够通过离子交换反应有效捕获溶液中的Cr_2O_7^(2-)和MnO_4^-阴离子污染物.

新型π共轭有机氟硼络合物的研究进展

π共轭有机氟硼络合物作为重要的荧光染料之一,以其较高的荧光量子产率和较大的摩尔吸光系数、良好的化学和光学稳定性备受关注,在有机合成、药物化学、新型材料、生命科学等领域应用广泛.本文综述了近年来π共轭有机氟硼络合物的合成研究,主要是N,N二齿、O,O二齿和N,O二齿类络合物,介绍了一些重要化合物的结构特点、主要性能及应用情况.

对乙酰氨基酚-水复合物中氢键作用的理论研究

为了解对乙酰氨基酚(AP)在水溶液中的构象,在MP2/6-311++G(d,p)水平上研究了AP与水分子通过不同种氢键作用形成的6种AP-H2O复合物.首先分析这些复合物的几何结构、能量和振动频率,然后运用分子中原子的量子理论(QTAIM)、自然键轨道理论(NBO)和定域分子轨道-能量分解分析(LMO-EDA)等理论和方法对AP-H_2O复合物中的氢键相互作用进行定性和定量分析.研究结果表明:(1)AP分子中的—CH基团与羰基氧原子之间形成的C8H8A···O2A分子内氢键在多数AP-H_2O复合物中被保留下来;(2)AW1和AW6中的分子间氢键强于其他氢键;(3)AP的羰基氧原子是最有可能与H_2O分子形成氢键的位点,第2个最有可能与H_2O分子形成氢键的位点是AP的酚羟基,前者中H_2O是质子供体,而后者中H_2O则是质子受体;(4)AP-H_2O的形成过程中,氢键作用与结构畸变都会在一定程度上决定AP-H_2O复合物的相对稳定性,但前者的作用更大.

偶氮吡咯化合物的合成及其比色阴离子识别特性

以邻氨基苯酚与吡咯为底物,制备了2种偶氮吡咯化合物,利用UV-Vis光谱和核磁滴定法研究了2种化合物对F-、Cl-、Br-、I-、AcOˉ、HSO4ˉ、NO3-、H2PO4-8种阴离子的识别作用. UV-Vis光谱研究表明:化合物1在DMSO溶液中对Fˉ有着专一性的识别作用;化合物2的识别能力大于化合物1,在DMSO溶液中对F-、AcO-和H2PO4-离子都有识别作用,其中,化合物2对F-的识别作用大于对其他2种阴离子的识别.化合物1和2在阴离子识别的同时,伴随着明显的溶液颜色变化.核磁滴定研究表明,2种化合物均通过氢键与阴离子形成1∶1的配合物.这些结果说明,偶氮吡咯化合物可以作为一类新型的阴离子比色传感器.

4,6-二氨基-5-醛基嘧啶与间苯二甲酸为共配位的金属镉(Ⅱ)配合物的合成

采用水热合成法制备了基于4,6-二氨基-5-醛基嘧啶(dcp)和间苯二甲酸(H2ip)的镉(Ⅱ)配合物{[Cd(dcp)(ip)(H2O)2]·H2O}n,通过单晶和粉末X-线衍射、元素分析、红外光谱、热重分析对其结构和热稳定性进行了表征.配合物结晶于三斜的Pī空间群,a=0. 674 59(7)nm,b=1.007 41(11)nm,c=1.189 01(12)nm,β=100.923(2),V=0.790 73(14)nm3,Z=2.相邻的镉(Ⅱ)中心通过2个间苯二甲酸二价阴离子采取μ3-桥联模式形成一维链状结构,通过8种分子间氢键,配合物从一维链状结构拓展为三维超分子结构.热重分析表明,该配合物具有较好的热稳定性.

铜金属配合物和质子酸在可见光下催化喹啉与异喹啉的偶联反应

为了优化喹啉和异喹啉化合物的偶联反应,降低反应成本,以可见光为能源,2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-邻菲啰啉碳硼烷双二苯基膦一价铜配合物(Cu1)和质子酸为双催化剂,引发2-甲基喹啉和N-苯基四氢异喹啉的偶联反应.最佳反应条件为:催化剂Cu1的用量为3.0μmol,质子酸的种类为间甲基苯甲酸,其用量为6.0μmol,溶剂为甲醇与乙腈的等体积混合物(各1.0 mL),反应时间为35 h.在此条件下,选用分别带有不同取代基的2-甲基喹啉和四氢异喹啉为反应底物,成功合成了15种化合物,产率为27%~91%.结果表明,在Cu1和质子酸的催化下,可见光可以成功引发喹啉和异喹啉的偶联反应.

烷基桥联双苯并咪唑化合物的合成与表征

在氢化钠存在下,用苯并咪唑与1-溴代烷烃反应生成1-烷基苯并咪唑,然后再与1,6-二碘己烷反应制得双苯并咪唑盐[1,6-二(1’-乙基-3’-苯并咪唑)己烷]二碘化物(Ⅰ)和[1,6-二(1’-正丁基-3’-苯并咪唑)己烷]二碘化物(Ⅱ).化合物Ⅰ和Ⅱ分别与不同比例的Hg I2反应得到阴离子配合物[1,6-二(1’-乙基-3’-苯并咪唑)己烷]四碘合汞酸盐(Ⅲ)和[1,6-二(1’-正丁基-3’-苯并咪唑)己烷]六碘合二汞酸盐(Ⅳ).化合物Ⅲ和Ⅳ的晶体结构通过X-线单晶衍射分析、~1H NMR和^(13)C NMR得到确认.在化合物Ⅲ和Ⅳ的阳离子单元中,每个阳离子上的2个苯并咪唑环形成的二面角分别为70.2(1)°和0°.在化合物Ⅲ的阴离子单元[HgI_4]^(2-)中,汞(Ⅱ)离子与4个碘离子配位形成四面体构型.在化合物Ⅳ的阴离子单元[Hg_2I_6]^(2-)中,2个汞(Ⅱ)离子和2个桥碘离子形成一个平面的四边形结构,另外4个碘离子位于四边形的两侧.在化合物Ⅲ和Ⅳ的晶体堆积中,其二维超分子层和三维超分子建筑是通过分子间弱相互作用形成的(包括C——H···I氢键、I···π作用和π-π作用).对化合物Ⅰ~Ⅳ的荧光特性的研究表明,Ⅰ和Ⅱ中加入汞离子后并未导致配合物Ⅲ和Ⅳ中产生重原子效应.

8-羟基喹啉与2,2′-二甲基丙酸共配位的异金属配合物的合成、结构及磁性能

采用溶剂热方法制备了1个新颖的8-羟基喹啉(Heq)与2,2′-二甲基丙酸(piv H)共配位的异金属配合物[Dy_6Co_3(EtOH)_3(μ_3-OH)(μ_6-CO_3)(μ_5-CO_3)_3(NO_3)_3(piv)_6(eq)_6],并通过单晶和粉末X-线衍射、元素分析、红外光谱、热失重以及变温磁化率测定等技术对配合物的结构、热稳定性和磁性能进行表征.该配合物结晶于三方晶系R3空间点群,a=1.662 33(4)nm,b=1.662 33(4)nm,c=7.606 40(4)nm,V=18.203 1(12)nm^3,Z=18.配合物中6个Dy~Ⅲ离子和3个Co~Ⅱ离子通过1个μ_3-OH^-、3个μ_5-CO_3^(2-)阴离子以及1个μ_6-CO_3^(2-)阴离子桥联形成1个封闭笼子状的九核金属簇,九核中心的外围被6个piv-配体和6个eq-配体包围,形成1个球形的分子结构.分子内相邻的Dy~Ⅲ和Co~Ⅱ离子之间呈现弱的反铁磁相互作用,当外加场为零时该配合物交流磁化率的虚部低温区出现频率依赖,表明配合物具有慢磁弛豫行为.

三氟甲磺酸促进联苯基氮丙啶重排芳构化反应合成菲环

为了拓展菲环化合物的合成方法,利用Suzuki反应、Wittig反应和氮杂环丙烷化反应3步合成了一类新型的联苯取代磺酰基氮丙啶.在三氟甲磺酸催化下,联苯取代磺酰基氨丙啶并未发生分子内亲核开环反应,取而代之的是反应体系中微量的水极容易地与氮丙啶发生开环,继而在酸促进下重排和芳构化,最终得到菲环产物.以2-([1,1′-联苯]-2-yl)-1-对甲苯磺酰基氮丙啶为底物进行反应条件优化,筛选出最佳的反应条件为:三氟甲磺酸(0.2 mmol),溶剂DCE(10 mL),H_2O(0.2 mmol),氮丙啶5(0.2 mmol),室温条件下反应1 h.在此条件下,拓展了这一反应的底物范围,成功合成了9种菲环化合物,产率为33%～65%.

铜金属配合物在可见光下催化胺与芳香腈的偶联反应

为了寻求一种能够替代昂贵的铱催化剂(Ir(ppy)3)催化胺与芳香腈偶联反应的新型催化剂,以邻菲啰啉类配体、双(2-二苯基磷苯基)醚、四乙腈四氟硼酸铜等为底物人工合成一种光催化剂2,9-二丁基-1,10-邻菲啰啉双(2-二苯基磷苯基)醚一价铜配合物(Cu1),产率为70%.以对苯二腈(芳香腈)和1-苯基吡咯(胺类)为底物,筛选出最佳的Cu1催化剂用量(5.0μmol)、碱的种类(Na OAc)和反应时间(12 h).在此条件下,选用不同种类的胺和不同种类的带有拉电子取代基的芳香腈作为反应底物,以Cu1为光催化剂,成功合成了8种化合物,产率为68%~91%.这些结果表明Cu1确实可以取代Ir(ppy)3催化胺与芳香腈的偶联反应,得到同样的偶联产物.

玉米面衍生的三维孔碳电极材料的绿色合成与超级电容器性能

为了获得性能优异的超级电容器电极材料,选择廉价的玉米面作为碳前驱体,利用简单的硬模板方法,以容易水洗去除的碳酸钠为大孔模板、氢氧化钾为活化试剂,制备了兼具大孔、介孔和微孔的三维分级孔碳材料.分别采用扫描电镜、氮气吸附脱附、恒流充放电、循环伏安及交流阻抗等测试方法,对材料的形貌、孔结构和电化学储能性能进行表征.结果表明:所得孔碳材料具有良好的分级孔结构特点,其比表面积高达1 365.2 m2/g.电流密度为0.5 A/g时,比电容高达245 F/g;电流密度为20 A/g时,电容量保持率为93.5%.在5 A/g的电流密度下,循环10 000圈后,电容量仍能保持在97.3%.组装所得对称超级电容器的能量密度和功率密度分别达到29.2 W·h/kg和500.6 W/kg,说明该孔碳材料在超级电容器方面具有很好的应用前景,合成方法成本低、绿色环保,预计能够在大规模制备三维孔碳基纳米材料方面得到广泛应用.

通过三组分串联反应构建硫醚化吲哚衍生物

为了优化硫醚化试剂与吲哚类化合物构建碳-硫键的反应,以对甲苯磺酰氯、吲哚和水合肼为底物,以碘为催化剂,采用三组分串联法合成吲哚芳基硫醚,并对反应条件进行优化.在此基础上,选用连有不同取代基团的吲哚和苯磺酰氯,在最优反应条件下进行串联反应合成硫醚化的吲哚类化合物.在最优条件下吲哚芳基硫醚的产率为68%.利用连有不同取代基团的苯磺酰氯和吲哚合成了14种硫醚化吲哚衍生物,产率为41%~86%.这些结果表明,三组分串联反应是合成硫醚化吲哚的一个简洁有效的方法.

一个新型苯并三唑锌(Ⅱ)配合物的合成、结构和荧光性质

通过水热合成法构筑了一例以苯并三唑(HBTA)刚性分子和二元羧酸丁二酸(H2suc)为桥联配体的zinc(Ⅱ)配合物[Zn(BTA)(suc)0.5]n,通过单晶和粉末X-线衍射、元素分析、红外光谱、热失重分析、荧光光谱等对其结构和性能进行表征.该配合物属单斜晶系P21/c空间群,a=0.47663(8)nm,b=1.83320(3)nm,c=0.95939(16)nm,β=97.340(3),V=0.8314(2)nm^3,Z=4.去质子化的BTA通过μ1,3-桥联配位模式连接相邻的Zn(Ⅱ)中心,沿着c轴方向形成一维螺旋Zn-BTA的"Z"字型链.丁二酸中2个羧基采取桥联双齿配位模式,连接相邻一维"Z"字型链使其在bc和ab平面得到拓展,得到三维外消旋结构.配合物具有较好的热稳定性和较强的荧光性,可作为良好的发光材料.

基于半刚性不对称配体的Cu^((Ⅱ))配合物的合成及选择性染料吸附性能

在高温水热的反应环境下,以不对称的5-(4-((1-氢-1,2,4-三唑-1-基)甲基)苯基)-1-氢-四唑(简称HL)为半刚性配体,合成了一个新型的金属有机配位聚合物[Cu(μ_2-L)_2(H_2O)_2]·2HL·6H_2O·(H_4SiW_(12)O_(40))]_n(1).利用X-线单晶衍射、傅里叶变换红外、元素分析、X-线粉末衍射对配合物1的结构进行表征.配合物1是一个新颖的Cu(Ⅱ)-L--杂多酸配位框架,在水溶液中可以选择性地吸附刚果红染料分子,其吸附容量达到65.1 mg/g.对配合物1吸附刚果红染料的可逆性进行研究发现,被吸附的刚果红不会被释放,说明二者间形成了较强的配位键.