高校实验教学质量提升的思考与路径探讨*

实验教学是高校多类专业本科教育和人才培养的重要实践环节之一,实验教学质量关系着本科教育的成效,是一个系统化的工程。实验教学必须坚持践行“学生中心、产出导向、持续改进”三大质量建设理念。基于此,高校应进行全方位审视,明确影响实验教学质量的因素及其提升路径,制定和落实可行的改革举措,着力加强实验教学质量标准化建设,更精、更细、更实地做好实验教学质量管理的各项工作,提高高校人才培养的产出和效能,为培养满足新时代社会主义现代化建设需求的高层次专业人才做出应有贡献。基于近几年海南师范大学化学国家级实验教学示范中心的教学实践,就实验教学质量提升问题做了多视角的深入思考与探讨,提出的改进路径可供同行们参考。     

水热法合成Bi2Te3一维纳米线的研究（英文）

通过水热法以Na2TeO3为Te源和SDBS为表面活性剂在不同反应温度和反应时间下合成了半导体材料Bi2Te3的一维纳米线粉体.纳米线粉体通过XRD衍射仪分析物相,扫描电镜分析其表面形貌.分析结果表明反应温度和反应时间对Bi2Te3的纯度和表面形貌均有很大的影响.最佳的反应条件为反应温度150℃,反应时间为24小时.在此条件下制备的Bi2Te3纳米线的长度为500~1000nm左右,直径仅为30~50nm.同时也对不同形貌Bi2Te3晶体的成核和生长机理进行了研究.     

Eu掺杂Si纳米线的光致发光特性

利用Si(111)衬底, 以Au-Al为金属催化剂, 基于固-液-固生长机理, 在温度为1100℃, N₂气流量为1.5 L/min、生长时间为30–90 min等工艺条件下, 制备了直径约为100 nm、长度为数微米的高密度、均匀分布、大面积的Si纳米线(～10¹⁰ cm^-2). 对Si纳米线进行了Eu掺杂, 实验研究了不同长度的Si纳米线以及不同掺杂温度、掺杂时间等工艺参数对Eu离子红光发射的影响, 利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对Si纳米线表面形貌和Eu掺杂后Si纳米线的结晶取向进行了测量和表征; 室温下利用Hitachi F-4600型荧光分光光度计对样品的激发光谱和发射光谱进行了测试和分析. 结果表明: 在Si纳米线生长时间为30 min、掺杂温度为1000℃、 最佳激发波长为395 nm时, 样品最强荧光波长为619 nm (⁵D₀→⁷F₂); 同时, 还出现了576 nm (⁵D₀→⁷F₀), 596 nm (⁵D₀→⁷F₁), 658 nm (⁵D₀→⁷F₃)和708 nm (⁵D₀→⁷F₄)四条谱带.     

金和银的晶格反演势的构建及应用

如何确定精确的原子间作用势一直是模拟计算的重要基础问题. 以面心立方金属金和银为对象, 采用第一性原理方法, 分别得到金和银的晶格内聚能-原子距离曲线及基态原子能曲线. 根据陈-莫比乌斯(Chen-Möbius)晶格反演理论和自编程序, 得到了精确的反演对势曲线. 对该曲线进行拟合, 通过比较不同势函数的拟合结果, 提出了双指数型的势函数解析式, 并得到具有全局性且高精度的拟合效果. 为了验证反演势的有效性, 利用反演势结果计算了金和银的声子谱并与Sutton-Chen提出的嵌入原子势和第一性原理计算得到的声子谱做比较. 分析表明, 反演势能够合理反映原子间的相互作用. 最后, 利用得到的结果, 计算了金和银的热膨胀系数和弹性模量等物理量, 计算结果与实验数据基本符合, 表明构建的金和银的反演势是准确有效的.     

金属微结构纳米线中等离激元传播和分光特性

本文从理论和实验两方面探讨了具有微结构的金属纳米线系统中表面等离激元传播规律和分光特性. 我们由麦克斯韦方程组出发, 利用严格耦合波近似和有限元差分等方法首先从理论上给出了金属纳米线系统中等离激元的色散关系和能带特征, 然后基于微结构的银纳米线及其等离激元能带结构, 设计并制备出等离激元分光原型器件, 实验展示其将不同频率的光在微小空间分离的特性. 该研究结果是我们前期相关工作的延续和补充, 可应用于构造多功能集成的光子芯片和新型亚波长光电材料和器件.     

金纳米粒子降低吸附态细菌叶绿素a荧光量子效率的机理研究

本文通过比较细菌叶绿素a(BChl a)吸附于Au纳米颗粒表面前后吸收光谱、荧光光谱、绝对量子产率和荧光寿命的变化,研究金纳米颗粒表面对吸附态细菌叶绿素a(BChl a)自发荧光辐射过程的影响。结果表明,BChl a吸附到Au纳米颗粒表面后,单体和二聚体BChl a吸收峰位均红移约3nm;BChl a单体发射的荧光峰位置从784nm红移到791nm,BChl a二聚体发射的荧光峰位置从684nm红移到689nm,二者荧光均发生淬灭;荧光量子效率降低;荧光寿命在误差范围内保持不变。原因可能来自两个方面:(1)BChl a吸附到Au导电表面后使得与自发辐射跃迁速率相关的光子能态密度变小,从而使BChl a自发辐射速率降低;(2)BChl a与纳米Au颗粒表面间的无辐射能量转移导致吸附态BChl a非辐射速率增大。     

Gd掺杂ZnO纳米线磁耦合性质的第一性原理研究

本文利用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了钆(Gd)掺杂氧化锌(ZnO)纳米线的磁耦合特性. 讨论了两个Gd原子替换ZnO纳米线中不同位置Zn原子的各种可能情况. 计算发现, ZnO中掺杂的Gd原子处于相邻的位置时它们之间的相互作用是铁磁性的, 并且体系的铁磁性可以通过注入合适数目的电子来得到加强. 同时发现Gd掺杂ZnO纳米线后s-f耦合作用变得显著, 使得体系的铁磁性变得更加稳定, 这也是Gd掺杂ZnO纳米线呈现铁磁性的原因. 这些结果为实验上发现的Gd掺杂ZnO纳米线呈铁磁性提供了理论依据.     

自支撑纳米多孔金薄膜制备研究

采用磁控溅射镀金银膜,长时间热处理合金化制备前驱体合金,以渐进浓度的硝酸自由腐蚀去合金化成功制备出具有自支撑结构的纳米多孔金薄膜。采用扫描电镜和X射线能谱仪对去合金腐蚀前后样品的形貌和成分进行了分析,结果表明:400℃,36h的热处理使得薄膜样品完全合金化,获得了结晶致密的Au42Ag58合金膜;渐进浓度的自由腐蚀避免了薄膜的完全开裂,获得了样品尺寸大于15mm×15mm、厚度400~500nm、孔隙率约56%、具有自支撑结构的纳米多孔金薄膜,其微观结构为连续的三维多孔结构,系带尺寸40~140nm,80~100nm的系带达58%。     

Pt-Ag合金纳米线热力学性质的分子动力学模拟研究

基于原子嵌入势(EAM),采用分子动力学方法,对临界尺寸下的Pt_(0.95)Ag_(0.05)合金纳米线多边形结构的熔化行为进行了计算模拟.结果表明:径向尺寸对Pt_(0.95)Ag_(0.05)合金纳米线的熔点影响较为显著,而长度对其影响较小;引入林德曼因子得到的熔点和用势能-温度变化曲线找到的熔点基本一致;合金纳米线的染色原子由外向内运动;综合分析发现Pt_(0.95)Ag_(0.05)合金纳米线以先外后内的模式进行熔化.     

多肽修饰的纳米金加速油-水界面酶促反应

用固相合成法制备阳离子氨基酸组成的多肽,再将其连接到巯基化合物上,用于纳米金表面配体交换,制备阳离子多肽修饰的纳米金,并研究了这种纳米粒子对油-水(O/W)乳液界面酶促反应速度的影响.结果发现,将含有荧光底物的乳滴同酶直接混合时,45 min内溶液中未检测到荧光信号变化,但向该溶液中加入纳米粒子后溶液中荧光信号立即增强.出现该现象的主要原因是,当乳液界面酶促反应体系中含有纳米粒子时,纳米粒子表面的阳离子多肽同时吸附带负电荷的酶和乳液,迅速屏蔽酶与乳液之间的电荷排斥,使酶与乳液中的底物能有效接触,加速酶促反应进行;通过选用不同的油相制备乳液,调控纳米粒子与乳液之间的氢键作用,还可使酶促反应速度进一步提高.