多功能变色材料紫精化合物的合成与可视变色传感

变色材料广泛应用于航空航天、能源化工、日用食品、国防及科学研究等诸多领域。紫精化合物(N-取代的-4,4’-联吡啶季铵盐,V)能在外界光、电、热等激发下表现出多样的变色性质,是一类重要的变色材料。本文将紫精变色材料的科学前沿成果引入本科实验教学,创新设计了一个面向本科低年级学生开设的大学化学基础实验。该实验以激发学生的好奇心与探索欲,培养学生对化学的学习兴趣,开阔学生的视野,提高学生对化学的认知为目的,合成了邻羟基苯乙酮取代基紫精,研究了它的溶剂化显色、热致变色及对NH3的可逆显色反应。实验的特点是反应原料简单易得、合成方法简便、反应时间短、产率高、实验操作安全可靠、变色现象均可以不借助仪器而裸眼直接观察、变色过程快速且灵敏。这些优势为实验项目的应用与推广提供了极大的便利。     

综合化学实验:变色传感金属有机框架材料的制备

为了有效提升学生在化学实验过程中的学习积极性及效果,特推荐一个综合型化学实验--变色传感金属有机框架材料的制备。该实验设计思路是将前沿科学研究内容与本科生实验教学相结合,使学生在学习本科基础知识的同时又能了解科学研究的前沿领域。该实验涉及了有机物合成、无机领域金属有机框架材料的制备,还包括了红外、热重、X射线粉末衍射、紫外可见等仪器的使用及分析。鉴于本实验内容涵盖面较广,建议作为高年级本科生综合化学实验设置。     

联二炔囊泡的光致聚合、热致变色及应用

物理化学实验为各大高校本科化学教学的主干实验课程之一。虽然各高校的物理化学实验内容已十分丰富,但仍然缺乏将不同章节知识点融会贯通以及与学科前沿密切联系的综合型实验内容。我们根据南开大学郭东升教授课题组发表的一篇有关联二炔程序性响应检测胆碱酯酶的工作设计了“联二炔囊泡的光致聚合、热致变色及应用”的物理化学实验,涉及到联二炔缔合胶体的制备、联二炔的紫外光致聚合反应和聚联二炔的热致变色,进而显示其在防伪领域的潜在应用价值。希望通过此实验,使学生对物理化学中的缔合胶体、光化学、热力学、动力学等章节有更深一步的贯通性掌握,并了解自组装、光聚合、变色材料和防伪等相关研究领域的前沿动态。     

基于热致变色微胶囊的科普实验方案

颜色是缤纷世界的重要组成部分,热致变色微胶囊的颜色随温度变化而变化,具有“可视、可玩、可教”的特点。本科普实验以热致变色微胶囊制备为切入点,从分子结构选择到微胶囊制备和表征,讲述热致变色现象中的化学原理,提高中学生对生活现象的观察力和探知力。本实验操作过程简单、实验现象贴近生活、实验原理易于推广,可以培养学生的基础操作能力,有利于提高学生从理论到实践的转换水平,提升科创探索的设计和动手能力。     

“元素化学实验”中的热致变色现象(一)——部分Co(Ⅱ)化合物的热致变色现象及其变色机理探讨

以探讨Co²⁺鉴定实验过程中意外发现在适量CoCl₂溶液中加入适量NH₄SCN溶液的体系具有可逆热致变色现象为切入点,在分析和探讨其热致变色机理的基础上,顺势通过"先做后教、以做定教"实验教学的"翻转课堂"模式,即学生完成元素化学实验,具有亲身经历和切身体会后,以"问题"为导向,以生动直观的演示实验现象为基础,引导学生直观认识一些Co(Ⅱ)化合物的热致变色现象及其影响因素,启发学生应用化学原理与化学知识解释和探讨热致变色现象产生的本质,以加深学生对配合物的结构、性质以及分裂能概念的理解,培养学生的观察、分析、判断、归纳、推理、总结和探索规律的能力以及"批判性"思维能力。     

热致变色自旋转换材料的制备与表征

设计包含Fe(II)自旋转换配合物的合成及热致变色性质研究,探究了温度、溶剂对配合物自旋状态的影响;进一步制备了具有一定加工性能的热致变色复合高分子材料,并通过多种手段加以表征。实验从验证基本原理到设计改性实用材料,涉及无机、分析、高分子、材料等多学科交叉,通过合成–表征–性质调控–应用的全流程实现对学生知识、技能、素养的全面训练。     

“生物降解型水凝胶的制备与表征”综合实验设计

针对材料化学综合实验本科教学,以学生掌握吸水性水凝胶的制备、表征和性能测定方法为目的,以安全、实验历程适合课堂教学为原则,以羧甲基纤维素钠、丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺为主要原料,采用自由基接枝聚合的方法,制备了尿素缓释凝胶。利过傅里叶变换红外光谱对水凝胶的化学结构进行了表征,采用淋溶法测定了尿素缓释凝胶的缓释性能。该实验安全性高,易实施,操作难度适中,为材料化学相关本科实验教学提供参考。     

热致变色材料智能涂层

能源与环境现状迫切要求开发出具有节能特性的新一代智能建筑窗户,以有效降低建筑能源消耗。热致变色材料能够根据外界温度变化改变自身光学性质,智能地调节进入室内的太阳辐射能量,且不消耗其他能源,在建筑节能方面具有极大的应用潜力。常见的热致变色材料包括水凝胶、离子液体、钙钛矿、超材料、液晶和VO₂等。其中VO₂在相变前后透过率在近红外区域明显降低而在可见光范围内保持不变,是热致变色智能窗材料的理想选择之一。本综述概述了热致变色涂层相关材料的工作原理、构筑方法及最新研究进展。首先介绍了常见热致变色材料的结构特性和相变机制。之后以VO₂为例,阐明了智能窗涂层表面工程设计和优化方法,讨论了不同构筑手段对光学性能的影响。最后,梳理了目前热致变色智能涂层所存在的不足及面临的困难,并对未来的研究方向进行了展望。     

DOPA-PSPMA仿生共聚物综合探究性实验研究

为提高本科学生的创新创业能力,通过高分子化学实验教学使学生深入了解仿生共聚物的制备及性能的相关知识,设计了综合探究性实验。通过原子转移自由基聚合法制备仿生共聚物,并将其修饰在多种材料表面。采用X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、生物显微镜分别对修饰材料进行表征。该实验通过共聚物的制备使学生掌握高分子化学中活性可控自由基聚合制备共聚物的方法;掌握仿生共聚物设计及构筑方法;使学生学习科研仪器的操作方法,切实提高学生的实践能力。该实验重复性好、创新性及拓展性强,将共聚物设计制备及应用有机结合,适用于高分子专业本科生综合探究性实验。     

传统铜化合物制备实验教学的重新设计

如何结合新时代大学生核心素养培养,特别是化学学科核心素养内涵的新要求,对传统基础无机化学实验进行重新设计与改进显得十分必要。在本论文中,我们以传统的铜盐制备实验为基础,重新设计了一个包括产物合成、性质鉴定及成分分析在内的综合性实验。该实验以碱式碳酸铜为原料,合成了两种化合物：醋酸铜与氟硼酸二(N,N-二乙基乙二胺)合铜。通过这两种化合物的对比制备,加深学生对无机盐合成方法,特别是其中涉及的结晶过程理解,夯实其基本实验技能。同时,利用化合物的颜色变化,特别是配合物热致变色实验,强化他们对晶体场理论的认识。此外,将碘量法这一传统滴定分析方法,融入原料碱式碳酸铜的组成分析中,使该实验成为一个集无机与分析于一体的综合实验。上述改进将有利于培养学生科研思维与创新能力,特别适合低年级本科生开设(8学时)。     

钼酸铋纳米片的制备以及光催化性能测试*

以硝酸铋与磷钼酸为原料,通过水热反应制备高催化活性光催化剂,应用X射线衍射和扫描电子显微镜进行材料表征,通过以氙灯为光源研究材料对四环素的表面光催化降解的特性。本实验涉及无机纳米材料的水热合成、结构表征以及有机类污染物光催化降解应用,将无机化学、物理化学、有机化学和分析化学的理论内容、实验方法与科学研究前沿相结合,能够全方位提升本科大学生的综合实验技能及科学研究水平。     

具有荧光和抗菌双重功能的苦味酸吡啶季铵盐的制备综合实验

介绍了一项涉及苦味酸吡啶季铵盐制备与性能研究的综合性实验.以吡啶、苦味酸、4-溴苄基溴和碳酸钾等为原料,合成了苦味酸-4-溴苄基吡啶季铵盐([4BrBzPy][PIC]),利用红外光谱、紫外-可见光谱、电喷雾质谱、粉末X-射线衍射和单晶X-射线衍射技术进行了表征,并对其固态荧光和抗菌性能进行研究.该实验项目来源于科研,...     

钒酸铋黄色颜料的制备——推荐一个无机化学教学实验

该实验以Bi(NO_3)_3和NH_4VO_3为原料,采用液相沉淀法,制备钒酸铋黄色颜料。学生通过控制反应物初始浓度、溶液pH、温度与时间等条件制备分散性良好、颗粒细小、组成均匀的钒酸铋。实验涉及溶液配制、加热搅拌、简易回流、控温、调pH、检验、抽滤、洗涤、干燥等操作。钒酸铋是一种绿色环保的黄色颜料,且具有降解污染物的光催化性能,因此,该实验不仅对于提高学生无机制备实验能力具有很好的教学效果,还在实验教学中渗透了环保理念。     

多酸配位聚合物的制备与表征——推荐一个综合化学实验

介绍了一个综合化学新实验--多酸配位聚合物的制备与表征。通过杂多酸和有机配体的合成、多酸配位聚合物的制备和性能表征,使学生了解多酸配位聚合物这一无机合成化学前沿领域,在引导学生进行材料合成及性质表征的过程中,提高学生对已学知识融会贯通的能力,提升学生学习化学的兴趣。本实验综合了无机、有机化学知识点以及实验、仪器操作和数据分析能力的培养,可纳入高年级综合化学实验。     

单质铁纳米颗粒的液相还原制备

采用水合肼作还原剂, 在有柠檬酸存在的情况下, 以FeCl2为铁源, 通过液相化学还原制备粒径为15~50 nm的单质铁纳米颗粒. 采用X射线衍射(XRD)、X射线能谱仪(EDS)和场发射扫描电镜(FESEM)对制备的Fe纳米粒子的结构、组成和形貌进行了表征, 并使用超导量子干涉仪(SQUID)对制备的Fe纳米粒子的磁学性能进行了表征. 研究结果表明, 在柠檬酸存在下, 可以用肼在常温常压下液相还原亚铁离子制备出单质铁纳米颗粒, 改变络合剂后还原无法进行, 并对可能的反应机理进行了讨论.     

钼酸铵溶液配制方法的探讨及优化

本文针对无机化学实验中钼酸铵溶液的配制方法及使用过程中存在的问题进行了理论分析与实验探究,提出了一种简便可行的钼酸铵溶液配制方法。磷酸根离子鉴定实验结果表明,新方法所配制的钼酸铵溶液检验现象明显且无干扰,在教学实践中取得了理想的效果。该溶液放置一定时间后,检验磷酸根现象与之前无异,便于实验室长期储备。     

水热法制备纳米TiO_2及其在水相介质中分散性的研究

以硫酸法钛白粉生产工艺的中间体偏钛酸为原料,采用水热法制备了纳米TiO2粉体。研究了磷酸、硫酸、反应温度及反应时间对TiO2粉体的晶型、粒径及形貌的影响,考察了其在水相介质中的分散性。并借助XRD、SEM、动态激光粒度分析仪和动电位及静态激光粒度分析仪对其进行了表征。     

甲基丙烯酸甲酯悬浮聚合实验教学的改进

选用氢氧化镁为分散剂,甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体,进行悬浮聚合反应,研究了分散剂用量、引发剂用量、水和单体比、搅拌速度、反应温度及反应时间对聚合物珠粒大小、均匀程度和产率的影响。结果表明:与目前高分子实验教材普遍选用的以聚乙烯醇(PVA)为分散剂的悬浮聚合反应相比,以氢氧化镁为分散剂,具有操作简单、聚合时间短、体系稳定性高等优点,可代替原有的悬浮聚合反应实验,作为高分子化学实验的教学课程内容。     

酞菁蓝B合成综合实验设计与教学实践

以邻苯二甲酸酐、尿素、氯化亚铜为原料经氨解、取代、络合、缩合反应生成酞菁蓝B,通过镜像显微镜观察产品的形态,红外/紫外光谱法表征官能团结构和解析谱学特征峰,并考查产品的光稳定性。通过该实验将不同化学单元操作汇集为知识链,不同类型反应融汇贯通,达到了创新意识启发、综合知识提升及实践技能提高的目的。     

Shape memory polymer based on chemically cross-linked poly(vinyl alcohol) containing a small number of water molecules

In this paper, shape memory polymers based on poly(vinyl alcohol) (SM-PVA) cross-linked with different contents of glutaraldehyde were prepared. Because PVA is a hydrophilic polymer, all samples prepared always have a small number of water molecules exposed to air, and the water molecules are helpful for shape memory characteristics. The influences of water contents on the prepared materials were investigated. The properties of SM-PVA were investigated by dynamic–mechanical analysis, differential scanning calorimetry, and thermogravimetric analysis. Shape memory behavior of SM-PVA, depending on the switching of chain segments, occurred at around T _g. Thermo-mechanical cycle test was performed to investigate shape memory properties, including the percentage shape recovery, shape recovery ratio, and percentage shape fixity. The studied materials show promising shape memory and cyclic behavior indicative of potential applications of SM-PVA as shape memory materials.