利用新颖高效气体发生装置以氯气氧化法制备高锰酸钾实验设计及效果*

基于一种新颖高效气体发生装置,设计了以氯气为氧化剂,理论产率接近100%的将锰酸钾高效转化为高锰酸钾的实验方案。实验结果表明:使用本设计制备高纯度高锰酸钾,既可保证高锰酸钾的理论转化率,减少歧化反应副产物对纯度的影响,同时得到的副产品次氯酸钠及氯水可用做无机教学实验的基础试剂,符合“循环经济”指导思想。     

化学镀钴和超级化学镀填充的研究进展

随着半导体集成度的不断提高,铜互连线的电阻率迅速提高。当互连线宽度接近7 nm时,铜互连线的电阻率与钴接近。IBM和美国半导体公司（ASE）已经使用金属钴取代铜作为下一代互连线材料。然而,钴种子层的形成和超级电镀钴填充7 nm微孔的技术工艺仍是一个很大的挑战。化学镀是在绝缘体表面形成金属种子层的一种非常简单的方法, 通过超级化学镀填充方式, 直径为几纳米的盲孔可以无空洞和无缝隙的方式完全填充。本文综述了化学镀钴的研究进展,并分析了还原剂种类对化学镀钴沉积速率和镀膜质量的影响。同时, 在长期从事超级化学填充研究的基础上, 作者提出了通过超级化学镀钴技术填充7 nm以及一下微盲孔的钴互连线工艺。     

凸显哲学思维与科学方法的氟单质制备及发现

氟作为卤族元素的首个元素被广泛应用于农药、医药、原子能、火箭技术、石油精炼等方面,在人类社会生产生活的诸多领域起到不可取代的作用。本文主要通过介绍氟单质的首次制备及在自然界中首次发现的过程等内容,普及更新一些氟化学知识。通过氟单质典型事件的叙述体现哲学思想和科学研究方法在化学中的应用。     

面向一流课程多维度推进无机化学实验课程改革与实践

详细总结陕西师范大学化学化工学院在无机化学实验课程改革的实施情况,从教学内容、考核模式、教学平台、课程思政以及教学总结等方面进行阐述,并通过典型案例“二氧化碳分子量的测定”介绍了各项改革内容如何具体实施,希望为相关课程的改革提供借鉴。     

体现“两性一度”的无机化学卤族元素课程设计*

基于对“两性一度”的科学理解,认为“卤族元素”课程设计的改革应将“如何切实体现‘两性一度’”作为重点突破方向较为合理。比较旧教材,这里应在注重核心内容主线突出、进行内容结构重组、发展学科融合作用和充分发挥教育功能等4个方面下功夫。新的讲授内容应是以利于促进学生科学素养发展的视角为出发点,突出创新思维和科学研究方法,以教师好使用、学生好自学为努力方向,以提高教学质量促进人才培养为目标实施“两性一度”。改革目的在于通过学习卤族元素后, 使学生在获得基础知识的同时,能学到些许科学的思想方法、学习方法和研究方法。     

非金属元素砷的同素异形体研究进展*

依据砷化学的快速发展,分别对砷元素3种典型单质(灰砷、黑砷、黄砷)以及多种新型结构的砷同素异形体的制备、结构、化学特性及应用等方面进行综合介绍,为砷元素的教学及科研提供全新且丰富的素材。     

非金属元素氮的同素异形体概述

依据全氮物质的研究进展对非金属氮元素的同素异形体进行了归纳,按结构不同可将其分为分子氮、聚合氮、金属氮和原子簇氮等4类。分别对各种同素异形体的组成、结构、存在与合成进展以及应用进行了综合介绍,为丰富氮元素的教学和扩展应用研究提供重要素材。     

表面相结结构在促进光催化电荷分离中的应用

二十世纪八十年代以来,特别是近十年,光催化研究在利用可再生能源太阳能的道路上飞速发展。越来越多的研究表明,相结结构的构筑是有效提高半导体光催化剂性能的重要策略。其中, TiO2作为重要的模型光催化剂,其相关研究成果呈现出指数增长的趋势。本综述围绕TiO2模型光催化剂,主要介绍TiO2表面相结的研究成果,包括TiO2表面相的表征、锐钛矿：金红石TiO2相结用于光催化产氢研究、TiO2相结在光催化中作用的最新认识等。在表征方面,通过表面灵敏的紫外拉曼光谱研究了TiO2相变过程中表面相结构的变化,结合可见拉曼以及XRD表征揭示了TiO2独特的相变过程,即相变始于锐钛矿粒子的界面处,小粒子逐渐团聚为大粒子,致其相变从大粒子体相开始最终扩展到整个粒子。使用CO, CO2探针红外光谱,根据锐钛矿和金红石表面吸附物种的差异,进一步证实了锐钛矿：金红石表面相结结构,为紫外拉曼光谱的表面表征特性提供坚实证据。同时,利用发光光谱观察到锐钛矿晶相的可见发光带和金红石晶相的近红外发光带,并基于此给出了TiO2材料表面相结结构的荧光表征新方法。此外荧光光谱还提供了锐钛矿、金红石相中载流子动力学信息,揭示了束缚态在光催化中的作用。在光催化应用方面,观察到混相结构TiO2较单独锐钛矿及金红石相具有更高的光催化产氢活性,通过在较大金红石颗粒上担载纳米锐钛矿粒子,证明了相结结构在提高光催化活性中的核心作用,并首次提出了锐钛矿：金红石表面异相结结构概念,推断其对电荷分离的促进作用是最终提高反应活性的原因。之后将此概念应用到改善商品TiO2(P25)光催化活性中,通过可控热处理精细调控P25的表面相结构,在光催化重整生物质衍生物产氢实验中,成功将P25光催化产氢活性提高3?5倍。之后发展了新的TiO2表面控制方法,通过加入Na2SO4等相变控制剂,延缓了TiO2从锐钛矿向金红石的相变过程,在较高温度下实现TiO2相结结构的调控,最终可将P25光催化重整甲醇制氢的活性提高6倍,同时通过高分辨电镜清晰观察到锐钛矿：金红石相结的原子层生长接触。在相结作用机理方面,多种时间分辨光谱技术以及理论计算被用作探索锐钛矿：金红石相结处的电子转移机理。通过时间分辨红外光谱对TiO2表面相结结构作用的研究,特别是利用锐钛矿、金红石不同的瞬态吸收光谱特征,证明了锐钛矿：金红石相结处的载流子转移过程,存在锐钛矿向金红石的电子转移过程。模型光催化剂TiO2相结的研究成果,加深了对光催化机理的认识,促进新型高效光催化体系的设计合成。     

端面宽度对机械密封极限pcv (pressure×velocity)值的影响

端面宽度是机械密封的重要设计参数,为了研究端面宽度对机械密封极限p_cv值(端面比压p_c×端面平均线速度v)的影响,本文作者选取浸呋喃树脂石墨与微孔常压烧结碳化硅作为密封摩擦副,采用定速度变载荷和变速度定载荷两种不同测试方法获取了五种端面宽度摩擦副的极限p_cv值,分析了不同端面宽度摩擦副在不同测试方法下的摩擦系数时变特性和密封介质温度时变特性,并通过扫描电子显微镜和三维激光形貌仪分析了摩擦副的表面磨损特征. 结果表明:在相同测试方法下,与较宽端面摩擦副相比,较窄端面摩擦副的极限p_cv值较高并且密封失效时摩擦系数较小而密封介质温度较高;在给定端面宽度条件下采用定速度变载荷方法测试时,较高速度15.68 m/s对应摩擦副的极限p_cv值相对于较低速度7.84 m/s时较高,其中极限p_c值较低;达到极限p_cv值时,摩擦副表面的磨损机理主要为黏着磨损,其诱因在于端面摩擦扭矩的突增引起端面过热,导致两密封端面因液膜汽化加剧发生干摩擦. 定速度变载荷和变速度定载荷两种方法均可用于测试机械密封极限p_cv值,但采用变速度定载荷方法测试时密封失效对应的摩擦系数突增幅度相对较不明显,失效的现象较难捕捉,石墨表面被破坏的程度也较轻. 在满足材料强度的要求下,减小端面宽度,有效避免端面过热,有利于机械密封达到更大的极限p_cv值. 本文为机械密封极限p_cv值的测量以及端面宽度的设计和密封的延寿方法提供了指导.      

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.