元素化学课堂教学的设计：碳的结构与性能及其应用

以"碳的结构与性能及其应用"为例说明元素化学课堂教学中的方法,引导学生在复习碳元素的结构与性质的基础上,组织学生开展课堂讨论,引导学生对不断涌现的新型碳材料的关注和兴趣。同时,分组讨论碳氧化物的结构与化学性质之间关系及其有效利用,即模拟光合作用实现CO2的光催化还原和基于费托合成实现CO为原料制备燃料,鼓励和推进学生开展碳材料及其应用的本科生科研训练,实现课堂知识与科学研究衔接。     

过渡金属氮化物在锂离子电池中的应用

锂离子电池因其卓越的性能已成为当前使用最广泛的二次电池。过渡金属氮化物因具有低而平的充放电电位平台、可逆性能好与容量大等特点,被广泛应用于锂离子电池负极材料。本文简要综述了过渡金属氮化物在锂离子电池中的应用现状和研究进展。重点介绍了过渡金属氮化物及其复合物的物理和化学制备方法及其在锂离子电池中的应用研究进展,并且指出过渡金属氮化物应用于锂离子电池中目前面临的问题以及相应解决方案。     

基于知识体系整合的元素无机化学教学改革

元素无机化学是大学化学及相关专业无机化学课程的核心内容。如何教好、学好元素无机化学的知识一直是教学工作者研究的课题。为改变教学现状，提高教学效果，培养学生的逻辑思维和科学创新能力，提出一种整合元素无机化学知识的思路，即：以化合物类型为主线对元素无机化学知识进行系统化整合，并以氧化物部分为例加以说明。     

元素无机化学教学内容扩展

从拉近化学知识与其在人类生活中的应用的距离出发,提出扩展元素无机化学教学内容的教学改革方法,即在适当章节加入化合物应用实例,从化合物的性质入手,说明其应用原理及在生产生活中的作用和意义,加深学生对化学学科实用性及对改善人类生活的重要性的认识。     

自组装多级结构在锂离子电池中的应用

锂离子电池作为比能量最高的二次电池,在可持续能源领域扮演越来越重要的角色。为寻求下一代更高性能的锂离子电池,人们在探索许多高比容量电极材料。然而,这些材料通常具有锂化前后体积变化大、电极阻抗大等缺点,需要制备成纳米结构才能够获得较好的电化学储锂性能。而纳米结构具有比表面积高、振实密度低等缺点,导致电池的首次库仑效率低、循环寿命短和比能量低。将纳米材料组装成多级结构能够有效地降低整体的比表面积、从而限制固体界面膜形成对锂的消耗量,提高首次库仑效率;与纳米颗粒的无序堆积相比,多级结构材料往往具有较高的堆积密度和接触面积,进而提高电池的能量密度。本文主要介绍锂离子电池中多级结构的制备及其在锂离子电池中的应用：制备方面主要介绍了溶剂热法、乳液法、喷雾干燥法和模板法,以及相关参数对最终多级结构的影响;在应用方面,主要针对不同多级结构材料以提高锂离子电池性能为主线进行综述。     

改进元素无机化学教学方法的尝试

元素无机化学是化学专业及相关专业的一门基础课 ,教学对象是大学一年级学生 ,其内容多而杂 ,包括物质的存在与制备、元素通性、化合物性质及反应性等描述性内容 ,还有许多化学反应方程式及众多化学事实 ;看懂不难 ,掌握却不容易。因此 ,曾有人主张从本科教学安排中剔除元素无机化学课程。我们认为 :元素无机化学是基础无机化学的核心内容 ,如果抽掉元素无机化学内容 ,无机化学原理就成了空壳 ;元素无机化学的重要性还在于 :学生在大学阶段的学习中再也不会遇到系统地介绍元素的课程了[1] ,倘若一个化学专业的毕业生欠缺了元素无机化学方面…     

软硬酸碱理论与元素的存在形式

在无机化学元素部分教学中,元素的存在形式既是该元素化学性质的重要组成部分,又决定了元素单质和化合物的制备与合成方法。运用离子的电子结构知识及化学基本原理分析元素在自然界中的存在形式,既可以加深学生对化学基本知识和基本原理的理解,又可以将元素知识形成知识链以减少记忆量。本文利用软硬酸碱理论和地球环境的基本状况来分析元素在自然界的存在形式,得到了与实际较为符合的结果,表明这是一种简单实用的思路和方法。     

元素的生物效应在元素化学教学中的渗透与融合

基于大量素材探讨如何将元素的宏观生理效应、药用价值及其配合物生物效应的构-效关系等基础知识和前沿研究动态渗透到相关的元素化学的教学中,以使学生提高对元素化学学习的兴趣,加深对元素结构和性质的认识,激发学生对科学研究的热情。     

锂离子电池隔膜的功能化改性及表征技术

随着锂离子电池在动力和规模化储能等新能源领域应用的不断拓展,具有特殊功能且满足特定使用需求隔膜的设计准则、制备/改性方法及表征技术亟需系统深入研究。针对锂离子电池高性能和高安全性的要求,研究人员已通过结构设计和表面化学改性等策略优化了隔膜的本征特性,并通过系列表征技术探讨了隔膜的功能化改性对锂离子电池电化学性能的影响。基于以上背景,本文从离子传输、枝晶形核与生长、及安全性能三个方面详细探讨了隔膜对电池性能影响的关键因素及其改性方法,并系统总结了隔膜结构、物化特性、力学性能、热学性能以及电化学性能的表征技术,以期为功能隔膜的合理设计,从而优化锂离子电池性能提供理论和实践指导。同时,本文对隔膜未来的进一步研究和发展提出了展望。     

锂电池极片微结构优化及可控制备技术进展

锂离子电池是应用最广泛的电化学储能器件,目前,经济的快速发展对其提出了更高的要求。 电极微观结构对电池性能影响显著,电极微结构精细设计及可控制备成为锂离子电池领域的研究热点之一。 本文结合锂离子电池最新发展趋势,总结了锂离子电池电极反应基本过程及电极微结构的表征技术,然后概述了近几年电极微观结构的设计与优化,并分析了电极微结构的关键特征。 基于理想的电极结构,综述了电极可控制备技术的最新进展。     

固态锂电池中正极/电解质界面的密度泛函计算研究（英文）

锂离子电池的广泛应用对储能器件的能量密度、安全性和充放电速度提出了新的要求.全固态锂电池与传统锂离子电池相比具有更少的副反应和更高的安全性,已成为下一代储能器件的首选.构建匹配的电极/电解质界面是在全固态锂电池中获得优异综合性能的关键.本文采用第一性原理计算研究了固态电池中电解质表面及正极/电解质界面的局域结构和锂离子输运性质.选取β-Li_3PS_4(010)/LiCoO_2(104)和Li_4GeS_4(010)/LiCoO_2(104)体系计算了界面处的成键情况及锂离子的迁移势垒.部分脱锂态的正极/电解质界面上由于Co-S成键的加强削弱了P/Ge-S键的强度,降低了对Li+的束缚,从而导致了更低的锂离子迁移势垒.理解界面局域结构及其对Li+输运性质的影响将有助于人们在固态电池中构建性能优异的电极/电解质界面.     

无机化学元素部分教学探索——以氯元素为例

通过对无机化学教材知识的整合,绘制自由能变-氧化值图和各物质间转化图,由点到线,由线连网,将氯元素零散的知识点归纳成知识体系,以期学生能更好地掌握元素相关内容,提高教学质量。     

一种应用前景可观的新能源材料——尖晶石型Li4Ti5O12 *

各种锂离子电池电极材料作为十分重要的新能源材料近些年来受到前所未有的广泛关注。负极材料尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂由于其特殊的“零应变”性等优良性质越来越多地受到研究者的青睐,成为一种应用前景可观的锂离子电池用负极材料。同时,其很多性能也很符合电动汽车用储能器件对电极材料的要求,也被研究用于新近提出的非对称超级电容器中。本文介绍了Li₄Ti₅O₁₂的结构和性能;从制备方法（溶胶-凝胶法、固相合成法等）、掺杂改性和与其他材料复合等几个方面介绍了国内外关于Li₄Ti₅O₁₂的制备和改性方面的研究进展;并对Li₄Ti₅O₁₂在各种器件中的应用研究进展做了介绍。     

元素化学教学内容与模式的重构策略

无机化学课程是高校化学及其近源专业一门重要的专业核心课程,教学内容中元素及其化合物的性质及应用部分知识点分散、信息量大,学生难以将化学反应原理等与具体的化合物性质、递变规律相结合,易产生畏难情绪,课堂教学效率低。本研究聚焦元素化学课程内容与教学模式的重构,通过梳理教学内容和有效的教学设计,以点带面,高效组织课堂教学,打破传统课堂对于课时数的依赖,同时帮助学生构建系统、完整的元素化学知识体系;通过TBL教学法的引入,建立“以学为中心”的理念和思路,强化学生自主学习的能力和效率,增强学生对相关理论知识的分析、理解、运用等综合能力,推动学生的价值增值。     

三维虚拟仿真技术在锂离子电池实验教学中的应用

把三维虚拟仿真技术引入到锂离子电池实验教学中,制作了锂离子扣式电池制作与性能测试虚拟仿真实验,介绍了仿真实验的设计过程。该仿真实验使用3Ds Max软件构建仪器和工作原理的模型及动画,用Unity3D软件构建一个高度仿真的虚拟实验室场景并模拟了实验操作的整个流程,使操作者可以轻松完成锂离子扣式电池制作与性能测试虚拟仿真实验过程。三维虚拟仿真技术在锂离子电池实验教学中的应用,可以弥补锂离子电池传统实验教学的不足,提高学生学习兴趣,丰富课堂实验教学手段,有效提高教学质量和教学效果。     

锂离子电池电极材料选择

商用锂离子电池发展至今已有20年,为了满足不同方面的社会需求,人们迫切需要新型锂离子电池电极材料.本文首先简要介绍了锂离子电池的相关知识,随后对多种新型锂离子电池正负极材料的制备、改进方法及电化学性能做了详细介绍,最后对各种电极材料的优缺点进行了简要的总结.本文还对锂离子电池在未来的应用进行了展望,以期待锂离子电池更好...     

高能量密度的锂离子混合型电容器

锂离子混合型电容器兼有锂离子电池和超级电容器的优点,在电化学储能领域具有广泛的应用前景. 但其产业化仍存在一系列的基础及工艺方面的问题,具体包括器件结构设计、电极材料筛选、预嵌锂工艺和电解液与电极的界面等. 本文结合作者课题组的研究工作介绍了近年来高能量密度的锂离子混合型电容器的研究进展,内容涉及锂离子电容器正/负极材料的筛选、预嵌锂工艺的优化、内并联结构的锂离子电池型超级电容器复合正极组成材料的调控、隔膜的选择、电解液的组成、以及器件的高/低温性能,分析了锂离子电容器的容量衰减机制,探讨了锂离子电池型超级电容器的储能机制,提出了未来对高能量密度的锂离子混合型电容器研究的展望.     

固态锂电池中正极/电解质界面的密度泛函计算研究

锂离子电池的广泛应用对储能器件的能量密度、安全性和充放电速度提出了新的要求. 全固态锂电池与传统锂离子电池相比具有更少的副反应和更高的安全性,已成为下一代储能器件的首选. 构建匹配的电极/电解质界面是在全固态锂电池中获得优异综合性能的关键. 本文采用第一性原理计算研究了固态电池中电解质表面及正极/电解质界面的局域结构和锂离子输运性质. 选取β-Li₃PS₄ (010)/LiCoO₂ (104)和 Li₄GeS₄ (010)/LiCoO₂ (104)体系计算了界面处的成键情况及锂离子的迁移势垒. 部分脱锂态的正极/电解质界面上由于Co-S成键的加强削弱了P/Ge-S键的强度,降低了对Li⁺的束缚,从而导致了更低的锂离子迁移势垒. 理解界面局域结构及其对Li+输运性质的影响将有助于我们在固态电池中构建性能优异的电极/电解质界面.     

用于锂离子电池聚合物电解质的组成、结构和性能

聚合物电解质是全固态锂离子电池的重要组成部分, 其电导率对电池的性能有很重要的影响.本文综述了聚合物电解质的组成、结构和性能对锂 离子电池导电率影响的最新研究进展,特别是介绍了聚合物-碱金属盐复合电解质和聚离子体电解质两个体系的研究进展.     

电化学原位同步辐射技术在锂离子电池电极材料研究中的应用

同步辐射光源及其相关的谱学技术因其亮度高、单色性好及能量可调等突出特点,为锂离子电池材料组成-结构-性能关系的解析,尤其是其充放电循环过程的电化学反应机理、电极老化及失效的原位、实时动态研究提供了强有力的分析手段. 本文主要结合本课题组的研究工作,并综述同步辐射的电化学原位技术在锂离子电池及其相关材料研究的应用. 重点总结、分析及评述电化学原位XRD及XAFS等技术在电池充放电循环过程中结构演化、离子荷电态及反应动力学过程.