环境科学与工程专业物理化学课程教与学的探讨

物理化学的学习前提是具有良好的高等数学知识基础及较强的逻辑推理能力,因此物理化学普遍被视为最难学的化学学科。本文紧扣金课标准,以环境科学与工程类专业学生为授课对象,基于近年来作者在物理化学教学内容和方法方面的探索,分析物理化学中的教与学中存在的问题及解决方法。     

丙烯直接环氧化Cu基催化剂的研究进展与挑战

作为一种重要的化工原料,环氧丙烷年产量近千万吨,然而目前工业上制备环氧丙烷的方法仍然面临着成本高、副产物多以及污染严重等问题。直接氧气氧化法进行丙烯环氧化因为具有原子经济、环保等优点受到了越来越多的关注。但是,催化过程中丙烯的α-H和环氧丙烷都具有很高的活性,使得在高转化率的条件下提升环氧丙烷选择性成为一个巨大的挑战。研究者们发现相较于其他币族金属,Cu基催化剂表现出更优异的丙烯直接环氧化反应性能。本综述总结梳理了近年来关于Cu基催化剂催化丙烯直接环氧化反应的研究成果,聚焦于Cu基催化剂改性方法,并对Cu基催化剂依然存在的问题和挑战进行深入探讨。     

高指数晶面纳米催化剂的电化学制备及应用

催化剂的性能与其表面结构及组成密切相关,高指数晶面纳米晶的表面含有高密度的台阶原子等活性位点而表现出较高的催化活性. 本文综述了电化学方波电位方法用于Pt、Pd、Rh等贵金属高指数晶面结构纳米晶催化剂的制备、形成机理及其电催化性能的研究. 针对贵金属利用率问题,还着重介绍了具有较高质量活性的小粒径Pt二十四面体的制备. 在此基础上,还介绍了电化学方波电位方法用于低共熔溶剂中制备高指数晶面纳米晶,以及高指数晶面纳米催化剂的表面修饰及应用;最后对高指数晶面纳米催化剂的发展做出了展望.     

中空核壳结构Ni1.2Co0.8P@N-C钠离子电池负极材料的制备及拉曼研究

本文设计制备了一种新型的氮掺杂碳包覆镍钴双金属磷化物中空核壳结构纳米立方体(Ni_1.2Co_0.8P@N-C)作为钠离子电池负极材料. 该材料以镍钴类普鲁士蓝(PBA)纳米粒子为模板,先后经水热法、磷化法和高温碳化处理后合成. 将其作为活性材料应用在钠离子电池中,该材料展现出优异的循环稳定性,当以100 mA·g^-1的电流密度循环至200圈时,该材料的库仑效率保持在99.3%. 进一步通过对不同电位下Ni_1.2Co_0.8P@N-C材料中的氮掺杂碳进行原位拉曼光谱测试,结果显示钠离子在氮掺杂的碳壳中的脱嵌行为具有较大程度的可逆性,研究结果对钠离子电池充放电过程的后续电化学研究提供了有价值的信息.     

受激双层石墨烯量子点中的激子耦合动态变化

有机聚集体中分子间相互作用决定了聚集体的光物理性质,从而显著影响基于此类材料的光伏器件性能. 分子间激子耦合(或电偶极耦合)是一种常见且重要的分子间相互作用. 本文利用瞬态吸收光谱研究了石墨烯量子点二聚体(一种大稠环芳烃的π-π堆叠二聚体)中的激子耦合作用. 发现了瞬态吸收谱随泵浦-探测延时的演化起源于二聚体激发态中激子耦合强弱的动态变化. 通过拟合瞬态光谱,进一步证实了可利用最低能量的两个振动吸收峰的瞬态吸收动力学直接表征二聚体中激子耦合强度的动态变化.     

草酸根桥联手性双核铜的合成、表征、结构与磁性

分别以(8R,10R)-(-)-[4,5]-pineno-2,2′-bipyridine或(8S,10S)-(+)-[4,5]-pineno-2,2′-bipyridine(LRR和LSS)为手性配体合成双核铜络合物[Cu2(μ-ox)(LRR)2(H2O)2(ClO4)2](1)、[Cu2(μ-ox)(LRR)2(CH3COCH3)2(ClO4)2](1a)、[Cu2(μ-ox)(LSS)2(H2O)2(ClO4)2](2)和[Cu2(μ-ox)-(LRR)(LSS)(CH3COCH3)2(ClO4)2](3)(ox2-=草酸根),并探讨了其反应机理.由元素分析、电导率、紫外可见谱(UV-vis)、圆二色(CD)谱和晶体结构分析推测:该系列络合物具有草酸根桥联的双核结构,两个铜(II)离子与草酸根几乎成共平面;1a和3的晶体结构分析表明,每个Cu(II)的配位构型为拉长畸变八面体,双核分子中轴向的两个溶剂分子和两个高氯酸根互为反式配位.对映体络合物1和2的溶液CD光谱大致呈镜像对称,在可见区的极弱CD吸收峰可能源于LRR和LSS蒎烯基上的手性中心对Cu(II)d-d生色团的手性微扰产生的邻位效应.采用最小二乘法和Bleaney-Bowers方程对络合物1的变温磁化率测试数据进行拟合,求得交换积分J=-338.41(4)cm-1,表明铜(II)离子间有较强的反铁磁自旋交换作用.     

热处理对高硫化氢合成气一步法制甲硫醇K2MoO4-NiO/SiO2催化剂结构及性能的影响

 在不同焙烧温度和焙烧气氛下对共浸渍法制备的 K2MoO4-NiO/SiO2 催化剂进行热处理, 并采用 X 射线衍射、热重-差示扫描量热、氢气程序升温还原、拉曼光谱和电子自旋共振波谱等手段对催化剂进行了表征, 同时考察了催化剂催化高硫化氢合成气一步法制甲硫醇的性能. 结果表明, 由于催化剂中所含柠檬酸氧化放热, 空气中焙烧的催化剂发生严重烧结. 随着焙烧温度的升高, 八面体配位的 Mo(Oh) 逐渐向四面体配位的 Mo(Td) 转变, 导致催化剂的还原能力降低, 配位不饱和 Mo (CO 吸附位) 减少, 因而 CO 转化率降低. 甲硫醇的生成与 Mo–S–K 相密切相关, 而 MoS2 晶相表面主要生成烃类. 与氮气中焙烧的催化剂相比, 空气中焙烧的催化剂表面的 MoS2 相较多, 而 Mo–S–K 相较少, 因此具有更高的烃类选择性和更低的甲硫醇选择性.     

水滑石负载钯催化剂上的醇无氧脱氢反应

 研究了多种载体负载 Pd 催化剂上苯甲醇无氧脱氢反应. 结果发现, 以兼具较强酸性和碱性的水滑石 (HT) 为载体时, Pd 催化剂具有优异的苯甲醇转化活性和苯甲醛选择性, 当 Pd 含量为 0.32%~0.55% 时催化性能最佳. Pd/HT 催化剂可重复使用, 且对于含推电子取代基的芳香醇、2-噻吩甲醇、α,β-不饱和醇与环状脂肪醇等的直接脱氢反应均具有较好催化性能. HT 表面的 Pd(II) 物种反应后转变为平均粒径为 2.0~2.5 nm 的 Pd 纳米粒子或纳米簇. 具有较高分散度的 Pd(II) 物种易转变为较小的 Pd 纳米粒子, 从而具有较佳的催化性能. 本文推测, 催化剂表面的碱性位可促进苯甲醇 O–H 键的活化, 形成 Pd-苯甲氧基中间体, 该中间体进一步脱氢生成苯甲醛和 Pd-H 物种; 而催化剂表面的质子酸位可与 Pd-H 作用, 促进 H2 的脱除.     

芴二聚体三重激发态能量转移的理论研究

利用电子结构计算和电子转移速率理论,研究了芴二聚体的三重激发态能量转移过程. 应用限制性密度泛函理论构造得到非绝热态后,计算了控制能量转移的两个重要参数{电子耦合强度和重组能. 电子耦合强度的波动利用电子动力学模拟计算. 通过对上述参数相关函数的计算,成功得到了体系哈密顿量的对角元和非对角元波动,并应用微扰理论和波包扩散方法得到了能量转移速率. 结果表明,静态和动态的波动都明显地增加了能量转移速率,但是动态波动导致的速度增加却小于静态波动.