高中化学“自然资源开发利用”的项目式教学——生物质橘皮果胶的提取及工艺流程设计

以“生物质橘皮果胶的提取及工艺流程设计”为主题,聚焦“生物质资源利用”社会热点问题,围绕有机化学、实验化学、工艺流程等高中化学重点知识开展项目式教学。引导学生完成有机物结构与性质探析、实验设计与优化、果胶提取及工艺流程设计等活动,深化对“结构决定性质”的理解,形成物质分离提纯的一般思路,构建工艺流程思维模型,体会生物质资源利用的途径和意义,提升其化学学科核心素养及问题解决能力。     

基于表面优先型相变过程构建TiO_2(B)/锐钛矿异相结纳米纤维及其光催化性能（英文）

近年来,随着光催化研究的逐渐深入,人们发现有效的电荷分离往往是提高半导体光催化材料活性的关键步骤.其中,在多晶相半导体材料中构建异相结结构是提高其活性的最有效途径之一.在TiO_2四种稳定晶相中,Ti O2(B)是发现最晚且研究较少的,并且目前对它的研究主要集中于锂离子电池方面,而在光催化领域中研究较少.然而,该材料特殊的晶相结构带来的各向异性和较大的比表面积都表明其在光催化领域同样具有潜在应用前景.本文通过三步合成法,包括水热过程、离子交换、退火过程,研究了TiO_2(B)向锐钛矿转变的相变过程,同时构建了具有TiO_2(B)/锐钛矿异相结结构的纳米线.在材料退火过程中,通过X射线衍射(XRD)和表面灵敏的紫外拉曼光谱(UV-Raman)分别监测了样品体相和表面相的晶相结构变化过程.发现了XRD与UV-Raman结果的不同步性.同时,通过对样品扫描电镜和透射电镜的形貌表征可知,TiO_2(B)纳米线在退火过程中部分结构发生坍塌,且逐渐转化成锐钛矿相,而相变过程很可能首先发生在坍塌结构处.高分辨电镜结果表明,纳米线中同时存在着TiO_2(B)结构和锐钛矿结构,并形成很好的异相结.根据相结构变化和形貌观察结果,我们推测TiO_2(B)向锐钛矿转变过程为表面优先型的相变过程,即材料表面相先于体相先发生相变过程,由此得到的材料表面相含有较多的锐钛矿,而体相中含有较多的TiO_2(B).为了验证构建的异相结材料的光催化活性,采用光催化产氢和降解污染物双重反应对样品进行了表征.结果发现,单独的TiO_2(B)材料活性较锐钛矿材料相差较多,但其混相结构能较大幅度地提高光催化活性.其中,通过逐渐退火过程形成的体相为24%的TiO_2(B)、表面为100%的锐钛矿相的催化剂活性最高,其产氢活性可达4.82 mmol/(h?g),降解污染物反应速率常数为0.0402 min~(-1).采用光电流测试、电化学阻抗和荧光光谱表征了材料在光催化过程中的载流子动力学行为.结果表明,最优活性的催化剂中体相的异相结结构对光生电荷的分离、传输都起到良好地促进作用,而表面的锐钛矿相主要负责高活性的表面反应,二者共同对高活性的光催化反应起到推动作用.     

基于多平台的线上实验教学——光伏发电驱动高效催化水分解制氢气虚拟仿真实验

在“以学生为中心”的核心思想和以能力为先的人才培养理念指导下,运用腾讯会议、虚拟仿真实验以及BLACKBOARD多样化平台,并辅以微信群构筑在线课堂,结合问题导学和探究互动教学方式,选择光伏发电驱动高效催化水分解制氢气作为开展线上教学的素材,为化学实验的线上教学提供案例参考。通过对在线实验教学的精准设计和过程实施,做到了教学课堂灵活可控,在提升学生的创新意识和科研素养方面进行了探索。     

单金属密封间隙两相流动及密封性能研究

基于单金属密封热-流-固耦合模型计算结果，建立多工况下单金属密封间隙三维非均一液膜计算模型.利用多相流模型(VOF)、用户自定义函数(UDF)和动网格技术研究单金属密封端面液膜特性及泥浆侵入行为，探讨稳、动态条件下环境压力和转速对单金属密封间隙两相流动及密封性能的影响规律.结果表明：外侧泥浆受动环旋转影响侵入密封间隙的倒角区和密封区外侧，在低环境压力和高转速条件下泥浆侵入愈明显；受周期性振动影响，泥浆向密封区内部侵入延伸且逐渐累积，长周期工作时泥浆经由密封间隙进入轴承系统的可能性大大增加；随着环境压力的升高，润滑油泄漏率均值不断增加而振幅逐渐减小，摩擦力均值及振幅均减小.