基于“新工科”建设的化工学科研究生线上课程教学实践与探索

在化工学科“新工科”建设背景下,为适应疫情防控常态化的新形势,选取了哈工大化学工艺专业四类研究生课程开展研究生课程线上教学实践。通过调整更新课程知识体系,改革线上教学、课下教学和考核评价等来提升疫情常态化防控期间研究生线上课程的教学效果。另外,结合本次教学探索和实践,提出了“新工科”建设背景下我校化工学科研究生线上课程教学改革和建设的关键问题。     

解读生命健康及抗击新冠疫情中的表界面物理化学知识*

以表界面物理化学的视角看待和解读抗疫科研成果,充分挖掘生命健康,讨论新冠疫情事件中的病毒检测和传播、护目镜起雾及口罩防护涉及到的知识点,结合物理化学6个章节中的热力学第一和第二定律、胶体化学、表面化学、相平衡和溶液等内容来理解。抽象概念和理论与现实抗疫元素的有机结合,使学生能够学以致用。     

钯碳催化法合成4,4'-二甲基-2,2'-联吡啶

以4-甲基吡啶为原料, 钯碳催化合成了4,4'-二甲基-2,2'-联吡啶. 通过¹H NMR, GC-MS, 元素分析对产物进行了表征, 对催化反应进行了分析, 并且讨论了钯碳催化反应的机理.     

航天探月工程科研成果转化的教学实验：仿生荷叶掺铝氧化锌薄膜应用于月尘防护

面向国家航天探月重大需求,将科研项目“仿生荷叶超疏水微纳结构防月尘性能研究”转化为本科生实验,主要内容为利用原子层沉积技术制备铝掺杂氧化锌(AZO)薄膜,结合水热法制备具有二级微纳结构的AZO涂层材料。该实验航天背景特色强,涉及化学、材料、航天等多学科交叉融合。学生从薄膜制备、表征技术、探讨除尘以及晶体生长机理等4个方面接受基本科研训练,与探月工程同频共振,有利于增强学生实践能力,使学生潜移默化感知社会脉搏,引导学生从事航天事业。     

MoS_2@Co_9S_8蛋黄壳复合材料的制备及其电化学性能

近年来,过渡金属硫化物已成为锂离子电池理想的负极材料之一。其中,MoS_2具有的独特二维层状结构使得其能够让Li+在电化学反应中可逆地嵌入和脱出,且拥有较高的理论储锂容量(670 m A·h/g)而受到广泛关注。但MoS_2作为典型的半导体材料,电导率低下且在锂离子嵌入-脱出的过程中会发生较大程度的体积收缩膨胀,所以具有较差的倍率性能和循环性能,限制了其商业化的使用。很多研究通过优化MoS_2结构或与其它导电材料复合来克服上述缺陷。Co_9S_8具有较高的电导率,但由于其迟缓的离子传输动力学表现出低的首次库仑效率及较差的循环稳定性,基于此,将MoS_2与Co_9S_8结合利用二者协同效应来提高复合材料的电化学性能。本文采用溶剂热与气相沉积法制备得MoS_2@Co_9S_8蛋黄结构复合材料电极。MoS_2与Co_9S_8均匀分布于整个蛋黄壳结构,这有利于电子和锂离子的快速传输,从而有效地提升了电极的循环性能和倍率性能。其次,蛋黄壳的空穴有效缓解了在充放电过程中的体积膨胀,及其活性位点有效缩短了离子和电子的传输距离,提高了电极反应动力学并获得高比容量。MoS_2@Co_9S_8蛋黄壳复合物的循环性能与倍率性能在同等条件下均高于Co_9S_8和MoS_2,在电流密度为0.2 A/g下循环500圈后,放电容量仍能维持在631.5 m A·h/g。     

工科化学类研究生材料热力学课程教学体系改革研究

"材料热力学"是哈尔滨工业大学化学化工、材料科学与工程等相关专业的研究生学位课。通过精选教材、调整教学内容、探讨材料热力学课程课堂教学与前沿科研成果有机结合的教学模式,融汇基础与前沿,优化热力学教学内容中基础知识和科研成果的最佳结合途径,改变学生应试教育的学习方式,培养学生的创新兴趣、多元化思维及科研素质,全面提高学生的综合能力和独立工作能力。     

利用原位氟化保护层改善三维锡锂合金/碳纸负极贫电解液下性能

金属锂具有最高的理论比容量(3860 mAh·g^?1)和最低的还原电势(?3.04 V),是新型高能量密度电池负极材料的最佳选择之一。然而由于金属锂负极表面自发生成的固态电解质界面(SEI)十分不稳定,导致锂枝晶的产生和电池容量快速衰减,严重限制了锂金属电池的商业化应用。因此,本工作利用碳酸双(2,2,2-三氟乙基)酯(DTFEC)添加剂在三维锡锂合金/碳纸负极(SnLi/Cp)表面原位构筑了高机械强度和离子穿透性的含氟化物(LiF和SnF2)保护层,有效地改善了锂负极的倍率性能和循环稳定性。结果显示,SnLi/Cp对称电池在8 mA·cm^?2的电流密度下经过100次循环后过电位仅为90 mV。当将电解液降低到12μL(1.5μL·(mAh)?1)时,在5 mA·cm^?2的电流密度下对称电池仍具有优异的稳定性;SnLi/Cp||NMC811电池在1C(1.5 mA·cm^?2)条件下能稳定循环300圈以上,库伦效率高达98.1%。这种方法能够显著改善锂金属负极的循环稳定性,有助于实现高能量密度锂金属电池的实际应用。     

钌配合物敏化La3+掺杂纳米多孔TiO2电极的光电性能研究

在染料敏化太阳能电池中,TiO2膜和敏化剂决定着电池的总体效率和机械性能。本文以4-甲基吡啶为原料,经过偶联、氧化、配位和配体交换反应合成了cis-RuL2(SCN)2, (L=2,2’-联吡啶-4,4’-二羧酸),通过溶胶-凝胶法制备了TiO2膜。为了提高TiO2膜的光电性能,将不同浓度的La(NO3)3 (0.1%、0.3%、0.5%和0.7%) 加入到溶胶中,采用cis-RuL2(SCN)2将掺杂前后的TiO2膜进行敏化。利用X射线衍射仪、原子力显微镜和X射线光电子能谱对所得薄膜进行结构表征。结果表明,当La离子的浓度为0.5%时,太阳能电池的效率最高,短路电流和开路电压比未掺杂的分别提高了0.54 mA/cm2和30.41 mV。     

科研项目式实验教学设计:废弃口罩变防伪标识荧光碳点

将废弃口罩转化成高价值的防伪加密荧光碳点材料科研项目设计转化为本科实验。该实验交叉化学、材料和环境多学科知识,融合新颖性、创造性和实用性,提供了一种环保策略,而且揭示了碳点的组织结构、表面化学态、电子跃迁及光学性能知识。通过该实验,可以培养学生基于电子-分子-纳米尺度的材料化学视角分析解决问题的能力,提升学生对理论知识的理解力、实验操作的执行力、团队协作的连接力和科学素养的创造力。     

火星探索中“水”问题的物理化学知识点

火星题材的电影和科学研究中,水一直是一个热度不减的课题。最新Science报道火星南极冰盖下存有液态水,结合物理化学中的相图,三相点和冰点区别,克拉贝龙方程,稀溶液凝固点降低公式等知识点分析,可以更好地理解文献报道的内容,激发学生的兴趣,利用科研热点和知识点结合的模式,从而全面提高学生的综合能力。