材料化学课程教学改革的实践与探索*

材料化学是一门新兴的交叉学科,其教学内容尚未得到一致认同。围绕材料化学专业人才培养的目标,对材料化学课程的教学改革进行了一些探索,如选择合适的教材和教学内容,推动教学方式的现代化、多样化,培养学生实践能力,以及改革创新考核方式等方面。     

从α-三氟甲基苄溴合成烷基硫酸盐——脱卤亚磺化反应的延伸

脱卤亚磺化反应是引入氟烷基基团的一种常用方法.探索了α-三氟甲基苄溴在脱卤亚磺化条件下的反应,发现产物并不是亚磺酸盐[Ar CH(CF_3)SO_2Na],而是烷基硫酸盐[Ar CH(CF_3)OSO_3Na].即使在烯烃的存在的条件下,α-三氟甲基苄溴在脱卤亚磺化条件下产生了自由基,也不与烯烃发生加成反应,而是直接生成亚磺酸盐,亚磺酸盐被空气氧化成烷基硫酸盐.     

TurboFlow在线净化/液相色谱-串联质谱法快速测定动物源性食品中聚醚类抗生素的研究

建立了Turbo Flow在线净化/液相色谱-串联质谱法快速同时测定牛奶、鸡肉和鸡蛋中拉沙洛菌素、盐霉素、莫能菌素、甲基盐霉素、马杜霉素和尼日利亚菌素残留的方法。样品提取液经在线净化柱Cyclone-p净化,Thermo Scientific Hypersil-Gold C8(150 mm×2.1 mm,5μm)色谱柱分离,电喷雾正离子模式测定,整个分析过程仅13 min。方法在1~100μg/L范围内呈良好线性关系(r≥0.999),定量下限为1μg/kg,在动物源性食品中3个加标水平下的回收率为71.9%~109.0%,相对标准偏差为1.5%~14.9%。     

银催化重氮酯与苯胺,亚胺的三组分反应（英文）

过渡金属催化重氮化合物的卡宾转移反应是有机合成反应的重要研究对象.在这一类反应中,包括环丙烷化、X-H(X=C,N,O,Si,S)插入以及羰基/亚胺叶立德环加成等反应得到了广泛的研究.2003年,胡文浩和Doyle课题组报道了一种新型的反应,即亚胺捕获看似不稳定的氨基叶立德中间体,合成具有高非对映选择性的1,2-二胺化合物.之后,他们又报道了一系列有关氨基叶立德和氧叶立德的研究,与不同的捕获剂,如酮,醛,β,γ-不饱和α羰基羧酸酯和偶氮二酸酸酯等发生反应,生成多种多样的产物类型,基本上都是采用Rh(Ⅲ)催化剂.迄今为止,没有采用其他类型的过渡金属催化剂的报道.最近,本课题组研究发现,银盐可以作为重氮化合物卡宾转移反应的催化剂,实现了重氮化合物与醛的[2+1]环加成反应合成环氧乙烷类化合物,及重氮化合物与醛、炔/烯三组分的[2+2+1]环加成反应合成二氢呋喃/四氢呋喃类化合物,在这些反应中,加入不同的配体可以调节Ag(Ⅰ)催化剂的催化活性,从而实现不同的反应过程.基于此,本文将探索Ag(Ⅰ)做催化剂催化重氮化合物与芳基胺及亚胺的三组分反应合成一系列1,2-二胺类化合物.研究发现,采用AgOTf/双噁唑啉配体配体作为催化剂组合,可以顺利地实现Ag(Ⅰ)催化重氮酯、芳基胺及亚胺的三组分反应.尝试了不同的配体,包括膦配体、卡宾配体以及双噁唑啉配体,最后发现,双噁唑啉配体配位的Ag(Ⅰ)催化反应的效果最好,极大地提高了Ag(Ⅰ)催化剂的催化活性,其具体的作用机理值得进一步研究.反应中,Ag(Ⅰ)催化剂的Lewis酸性对二胺产物的非对映选择性有较大的影响.其中,在对硝基苯基亚胺的反应中,产物的非对映选择性很高,大于铑催化反应的结果;而在其他类型亚胺的反应中,反应的非对映选择性较差.另一方面,由于Ag(Ⅰ)的Lewis酸性,反应过程中发生亚胺与芳基胺的氨基交换反应,从而导致氨基交换的二胺副产物的生成.本文对不同反应底物的各种效应进行了比较详细的研究.     

V2O5/MO-Al2O3（M = Mg，Ca，Sr，Ba）催化剂用于正丁烷催化氧化脱氢反应

采用浸渍法制备了不同V2O5担载量的V2O5/MO-Al2O3(M = Mg, Ca, Sr, Ba)催化剂,钒物种的前驱体为偏钒酸铵.对制备的催化剂进行了一系列表征,并对催化剂上正丁烷选择性氧化脱氢制取丁烯进行了反应研究.表征结果(包括比表面积、X射线衍射、傅里叶红外光谱、氢气程序升温还原和拉曼光谱)显示,不同碱土金属元素掺杂的催化剂显示不同的钒价态信息和催化性能.其中掺杂Ca, Sr, Ba的催化剂,正钒酸盐相很难被还原,因此催化剂的氧化还原循环难以建立,导致以上三种催化剂在正丁烷氧化脱氢反应中活性较低.然而, Mg掺杂的催化剂却显示出较高的催化活性和选择性.实验结果表明：在Mg掺杂的载体上担载5% V2O5的催化剂上600°C时可获得高达30.3%的正丁烷转化率和64.3%的烯烃总选择性.这与V2O5担载量为5%时,在获得高度分散的钒氧化合物物种时可使MgO晶相稳定存在密切相关.     

内爆炸下钢管混凝土结构变形与破坏的试验分析及数值模拟

钢管混凝土结构由于具有良好的力学性能和低经济成本而受到广泛应用,因此对它的研究很多,但对它在爆炸作用下尤其是内爆炸作用下的研究很少,故分析钢管混凝土结构在内爆炸下的变形与破坏具有重要意义.本文通过试验与数值模拟方法,分析了内爆炸下钢管混凝土结构在具有二条预制狭缝时的变形与破坏情形.结果表明,钢管变形主要发生在靠近狭缝处,变形大小随药量的增加而增大,最终导致钢管在狭缝两端出现约45°方向的裂纹,引起钢管混凝土剪切破坏.     

扩散型气柱界面R-M失稳中混合率的实验研究

Richtmyer-Meshkov(R-M)不稳定性普遍存在于众多工程问题中,激波管实验是研究R-M失稳问题的主要手段.高精度的平面激光诱导荧光(planar laser-induced fluorescence,PLIF)技术具有分子量级的示踪能力,可获得界面气体浓度(摩尔分数)分布,为研究界面失稳混合问题提供了有力工具.在弱激波(Ma=1.25)冲击扩散型气柱界面实验中,采用PLIF技术对R-M失稳引起的SF6-Air界面混合问题进行了研究.通过改变椭圆形初始界面的长短轴比,得到了3种扩散型初始界面失稳演化过程中气体摩尔分数,观察到了斜压机制下界面的简单拉伸、二次不稳定性、挤压射流等现象.利用浓度分布进一步得到了界面的瞬时混合率,通过瞬时混合率、界面整体平均混合率以及混合率的概率密度分布,分析了界面在不同演化阶段的界面混合特征,初步讨论了界面失稳混合的机制.演化初期,界面在斜压涡的作用下发生拉伸卷曲,通过增大浓度梯度来促进界面的混合.当演化进一步发展,二次不稳定性出现后,界面通过小尺度对流的方式达到湍流混合状态,而浓度梯度驱使的分子间混合逐渐减弱.由浓度梯度引起的扩散与由二次不稳定性引起的对流存在着"竞争"关系,二者共同主导了界面的混合.     

微型燃料电池制备及其微通道摩擦性能的研究

阐述了微型燃料电池的制备过程,结合传统燃料电池数学理论和微流体力学,建立了微型质子交换膜燃料电池(μPEMFC)的数学模型,分析了微通道特性(如摩擦系数和水力直径等)对微型燃料电池性能的影响.结果表明:运用Fluent软件对模型进行计算的仿真结果与公开实验数据基本符合,验证了模型正确性;而传统模型的仿真结果小于真实值;当气道的水力直径Dh从348降至100时,电池性能有所上升;而当Dh值降至61.1时,其性能有所下降.     

12MeV LIA励磁恒流源的改进

为改善12MeV直线感应加速器励磁恒流源的性能．采用串联线性调整电源技术．使恒流源负载在0．06～0．1Ω、输出电流在300-500A及电网在士10％之间变化时．输出电流稳定度好于0．1％，输出纹波小于0．2％。并采用屏蔽盒等措施增强恒流源在强电磁场和X射线辐射环境中的抗干扰能力。     

复杂阴极保护体系三维有限元建模研究

滨海电厂常以天然海水作冷却水,其碳钢水室和钛管凝汽器在实施阴极保护过程中,要求钢电位应低于-0.85V(vs.SCE),电位过正则碳钢保护不足,而钛的电位则须高于-0.75V(vs.SCE),电位过负则易使钛管发生氢脆损伤.研究牺牲阳极阴极保护,需先得出两种金属在阴极保护过程中的电位分布.本文在设计室建立碳钢水室钛管模型,根据该实验体系阴极保护过程的(稳态极化和恒电流极化)测定获得两种金属有效的边界条件,用有限元(FEM)计算在一个牺牲阳极阴极保护状态得到三维电位分布.计算结果和测量结果基本一致,为优化阴极保护设计提供了理论依据.