经典实验中融合科研方法训练的教学设计——格氏反应实验

以有机化学实验中格氏反应实验为例,介绍了以经典基础实验为依托开展科研方法训练的教学案例。将文献阅读归纳、数据处理分析、问题探究设计、科学写作等科研方法训练主题融入到实验教学的各个环节之中,在夯实学生实验技能的同时,训练科研方法、培养科学素养、建立科学思维。     

非终点滴定法与其应用

为了实现滴定分析的快速和自动化,本文借鉴以往研究的经验针对其不足[1~8],提出了一种新的分析方法,滴定中只要加二次标准液,将采集到的数据通过适当的数学计算,即可得到样品液的浓度,本法不需要已知反应常数、电极转换系数等,对中和度没有严格要求[9~11],故具有可操作性和实用性。本法不需要确定终点,不需要全过程滴定,为滴定分析的自动、快速化提供了充分的条件,特别适合冶金、环境、食品、药品的大批量快速分析和在线分析。根据该方法的原理即可开发出一种新的自动分析仪。     

煤酸浆态床异构化制对苯二甲酸

在分别使用有机高沸点分散剂联苯和联三苯的条件下,以苯甲酸锌为催化剂,进行了煤氧化产物煤酸(水溶酸WSA)钾浆态床异构化制对苯二甲酸(TPA)的研究。主要考察了反应温度、催化剂用量、分散剂用量、二氧化碳初压和反应时间对TPA产率的影响。结果表明,在催化剂存在下煤酸可以转化成TPA。单独煤酸钾异构化时,以联苯为分散剂时较佳反应条件为温度420℃、压力3MPa、催化剂苯甲酸锌用量3%、分散剂用量60%、反应时间1h、TPA收率24.1%。以联三苯为分散剂时较佳反应条件为温度380℃、压力1MPa、催化剂苯甲酸锌用量3%、分散剂用量60%、TPA收率25.2%。煤酸钾与苯甲酸(BA)钾混合异构化时,以联苯为分散剂TPA产率可达60%,以联三苯为分散剂TPA产率可达62%。采用气相色谱对反应产物进行了定性和定量分析。     

油页岩热解过程中铅的挥发性研究

油页岩是矿物机体中含有固体可燃有机质的细粒沉积岩,含油率为3.5%～30%,灰分的质量分数大于40%,属于腐泥类煤,由水生物等浮游植物、低等浮游动物经腐败作用和煤化作用而生成[1],油页岩中含有重金属元素及其化合物.国内外根据各元素热力行为的不同,将痕量元素分为三类,易挥发性元素、中等挥发性元素、低挥发性元素.     

β-MnO2纳米带的制备及其电催化氧还原活性

在150℃水热条件下,以十六烷基三甲基溴化铵为模板,用HMnO4氧化MnSO4,得到的反应产物通过X射线衍射和扫描电镜测试表明为β-MnO2纳米带.分别用β-MnO2纳米带和电解二氧化锰(EMD)作为氧还原催化剂冷压制成气体扩散电极,在6 mol/L KOH水溶液中进行稳态极化测试.结果表明,β-MnO2纳米带的电极电位比EMD正移30~60mV,当催化膜中β-MnO2纳米带的含量在35%时催化活性最高.在一般锌/空气电池的工作电流密度40 mA/cm2下,通过电池放电测试得到β-MnO2的工作电压达到1.12V.     

气流诱导多晶铁纤维的可控制备及生长机理

仅通过控制Fe(CO)₃的热解温度(T_d),用气流诱导法制备了化学组成与结构可控的多晶铁纤维。研究了热解温度对多晶铁纤维的结构和化学组成的影响规律以及多晶铁纤维的形成机理。结果表明,多晶铁纤维的直径为100～300 nm、长径比为10～40,随热解温度的升高,多晶铁纤维的晶型结构更完整,晶粒尺寸在8～61 nm 内增大,组成多晶铁纤维的纳米晶粒子在600 ℃由颗粒状变为层片状,且在较高和较低的热解温度下易于获得铁元素含量高的多晶铁纤维。多晶铁纤维的形成是由于自发磁化的铁纳米晶粒子在气流的诱导作用下自组装成一维结构。     

利用高校优势,开展不同层次化学科普工作

北京大学化学国家级实验教学示范中心一直致力于探索和实践有效的科普方式,通过建设科普基地、完成多项科普项目和参加不同类型的科普活动,逐步积累了一些有效的科普模式。本文以展示日常生活与化学的关系为科普的出发点,从科普基地建设和产品开发两方面讨论了科普的内容和形式,以及不同科普活动针对的群体,期望高校和科研院所发挥自身优势,在科普工作中承担引领者和标杆的角色。     

Er3+,Yb3+共掺杂NaY(WO4)2上转换荧光粉的制备及其发光性能

应用传统水热法合成出具有四方白钨矿结构的NaY(WO_4)_2微米颗粒及一系列Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂NaY(WO_4)_2上转换荧光粉。利用XRD、SEM、TEM、HRTEM、粒度分布和上转换发光光谱对样品的物相、形貌及上转换发光性能进行分析表征。结果表明,p H值对于制备具有同一形貌的纯相NaY(WO_4)_2微米颗粒发挥重要作用。随着pH值的升高,可以完成从八面体到拟立方体再到片状颗粒的形貌转变。在980 nm近红外光激发下,观测到525及553 nm处的强绿光发射,对应Er~(3+)的~2H_(11/2)→~4I_(15/2)与~4S_(3/2)→~4I_(15/2)跃迁,以及650~680 nm范围内的弱红光发射,对应Er~(3+)的~4F_(9/2)→~4I_(15/2)跃迁,且绿、红光上转换发射均属于双光子过程。此外,通过调节NaY(WO_4)_2∶Er~(3+),Yb~(3+)荧光粉中Yb~(3+)的浓度,可实现对绿光色度的有效控制。     

基于2-(4'-羧基苯基)咪唑-4,5-二羧酸构筑的三个镉/锌配位聚合物的合成、拓扑结构、荧光光谱及DNA作用

以2-（4''-羧基苯基）咪唑-4,5-二羧酸（H₄CPhIDC,C₁₂H₈N₂O₆）为配体,用溶剂热合成了3种配位聚合物{[Cd₂（CPhIDC）（bimb）]·H₂O}_n（1）、{[Cd₂（CPhIDC）（phen）₂]·3H₂O}_n（2）、{[Zn₂（CPhIDC）（bpp）]·1.5H₂O}_n（3）（bimp=1,4-双咪唑基-丁烷,phen=1,10-菲咯啉,bpp=1,3-双（4-吡啶基）-丙烷）。用元素分析、红外光谱、粉末X射线衍射和单晶X射线衍射对配合物进行了表征和结构分析。结构分析表明,主配体以完全去质子化CPhIDC^4-的形式与中心金属离子形成以μ₄和μ₅为配位模式的二维及三维聚合物。配合物1和3是三维网络结构,同时呈现（3,4,5）-连接的（5·6·7）（4·5²·6·7²）（4·5²·6·7⁴·8²）拓扑结构,两者的不同之处是中心离子和辅助配体。配合物2是二维波纹状渔网结构,呈现4⁴·6²拓扑结构,在其空间填充上又类似于DNA双螺旋链的单螺旋结构。测定了产物的固体荧光光谱;用EtBr荧光探针法研究了配体及配合物与ct-DNA的相互作用。     

Rapid Determination of Dissolved Phosphorus in Environmental Waters Using Inductively Coupled Plasma Tandem Mass Spectrometry

Dissolved phosphorus (P), an important bioavailable nutrient element, is one of the key indicators of eutrophication levels, and has been routinely measured for decades in aquatic environments. The current EPA recommended colorimetric method has been criticized for its time-consuming step of sample preparation and generation of toxic waste through the use of heavy metal catalysts. In this study, a fast, accurate, and interference-free method for the determination of dissolved P in environmental waters based on inductively coupled plasma tandem mass spectrometry (ICP-MS/MS) was developed. This ICP-MS/MS was operated in the MS/MS mode to provide an interference-free measurement. The developed method exhibited excellent linearity (R² = 0.9999) over a concentration range of 0.5–500 μg L^?1, with a limit of detection of 8.1 ng L^?1 in 5% nitric acid solutions. The recoveries (90%–105% in water samples) and the concentrations determined by this method were in good agreement with those determined using the recommended colorimetric method. Comparing with the colorimetric method, the proposed method for determination of dissolved P exhibited great advantages such as shorter experiment time, lower limit of detection and higher sample throughput.