光,赋予自然生命;色彩,赋予自然斑斓。桃红柳绿、青山白水、五光十色……这些在人们眼中习以为常的颜色现象,其实都是生命体对光的独特响应而发生的转化与变化。在光的作用下,色素分子发生能量变化或电子变化,进而在生命体中发生系列转化,引起人眼观感物质色彩的不同。本文从化学角度阐述来自生命体中不同类型色素分子和与之相关的作用与转化关系。

摩擦纳米发电机(TENG)可以有效地将环境中的机械能转换成电能,从而达到直接利用或者进行储能的目的。金属有机框架(MOFs)因其独特的可调结构特性,能够增加电极有效接触面积,在提高TENG性能方面得到了深入研究。介绍了基于MOFs的TENG的结构设计优势,解释了MOFs微结构对增强TENG输出性能的影响。详细阐述了4种典型结构的MOFs材料,介绍了它们在摩擦发电方面增强输出性能的方法和应用。总结展望了MOF-TENG在商业化方面的优势以及可能应用,为落地实用化迈进一步。

芘稠环基团常作为有机共轭骨架,具有功能化修饰方式多、发光效率高和光物理性质丰富等特点,在有机固体发光、荧光传感及生物成像等领域被广泛研究。本文聚焦芘稠环共轭结构的功能化及光物理性质,阐明分子功能结构与光物理性质之间的关联,为设计制备新型含芘稠环结构单元的高性能有机光电材料提供理论指导。

比较了部分《分析化学》教材中的有效数字加减运算规则,发现这些规则具有表述多样性现象。通过对规则主谓宾进行拆分、对比和归纳发现,这些规则存在2类主语、谓语和宾语,并由此发现了内涵完全不同(多义性)的2类规则——含“运算结果的小数位数”的规则1和含“运算结果的有效数字位数”的规则2。对规则2进行了重点讨论,发现该规则表述不完整,逻辑不严密且存在多义性。对规则2多义性问题研究表明:(1)无论关键数的小数位数还是有效数字位数,都不能决定“运算结果的有效数字位数”;(2)关键数只能决定运算结果的小数位数;(3)加减运算结果必然具有特定的“有效数字位数”,但该“有效数字位数”与关键数无直接因果关系;(4)规则2本质问题是其将主语表述为“运算结果的有效数字位数”。最后,建议对规则2进行修订或统一采用规则1。

催化剂具有降低反应活化能、加快反应速率等特点。催化化学是物理化学领域的一个重要分支。催化剂的作用原理是催化化学知识体系的基础。为了具象理解该原理,设计了“碘化钾催化下的L-半胱氨酸氧化反应”。该实验通过温度、催化剂2个变量验证了催化剂的作用;通过变色反应检测中间物,理解催化剂改变了反应历程;用原电池电动势测定方法验证了催化剂不改变反应的平衡常数和吉布斯自由能的热力学特性。通过设计创新实验将催化剂作用原理展现得淋漓尽致。该实验将动力学、催化化学和电化学的知识融会贯通,巩固了学生的理论知识水平,锻炼了学生运用知识的能力。设计非金属氧化还原反应电池电动势测定装置,激发了学生的创新能力。

苯炔的制备和反应实验同时融合了苯炔和Diels-Alder反应相关知识,是大学有机化学实验教学的重要内容之一。传统的实验方案以邻氨基苯甲酸为原料首先制得取代芳基重氮盐,通过重氮盐的热分解产生苯炔,然后与蒽发生Diels-Alder反应。但邻氨基苯甲酸属于第一类易制毒化学品,为本实验的开展带来不便。同时传统方案还存在诸多不足,如存在潜在的爆炸风险,需要使用到危化品试剂,产品纯化难度大且操作繁琐等。本改进方案通过改变苯炔前体和苯炔捕获试剂克服了原有方案的不足,并且实验原料易得、时长合适、条件温和、反应重复性好,适合本科有机化学实验教学。更为重要的是,通过设计对照实验引入探索性讨论学习内容,有利于学生综合能力的提升和科学思维的培养。

在高分子化学实验中,模仿工业生产中制备高吸水性树脂的过程,即采用复合引发剂,在较高的单体浓度、非恒温、无搅拌、不通氮除氧等条件下,进行低能耗、高效率的聚合反应。对凝胶挤出造粒,并进行表面交联处理。该实验改进更加贴近工业生产,弥补了现有实验教材内容的空白,有利于学生加强对专业知识的运用和理解。同时,该实验改进对标生产一线,能深化育人模式改革,提升学生的培养质量和技能水平。

设计了氢键供体调控低共熔溶剂捕集二氧化碳机理的教学实验。制备低共熔溶剂所使用的氢键受体为四乙基铵4-甲氧基苯酚盐([Et₄N][4-MP]),氢键供体为乙二醇(EG)和咪唑(Im)。核磁共振谱、红外光谱表征结果表明,[Et₄N][4-MP]∶EG (1∶2,物质的量比,下同)和[Et₄N][4-MP]∶Im (1∶2)具有不同的碳捕集机理。CO₂与溶剂[Et₄N][4-MP]∶EG (1∶2)的阴离子[4-MP]^-和EG都发生了反应。但是,CO₂与溶剂[Et₄N][4-MP]∶Im (1∶2)的阴离子[4-MP]^-发生了反应,未与Im反应。该实验既能培养学生的文献检索、合成操作以及谱图分析等能力,又能够使学生认识和理解物质的结构对反应机理的重要影响,同时使学生了解“双碳”热点问题,有利于学生的学习兴趣和科学研究能力的培养。

PCK是教师教育领域内的重要概念。本研究在不预设理论框架的前提下,从Shulman提出的PCK原始概念出发,设计访谈问题,调查职前化学教师的PCK观念,通过扎根理论质性编码,尝试构建我国职前化学教师的PCK模型。研究发现,职前化学教师的PCK包括10个组分,分为主题专属PCK和一般性PCK。我国职前化学教师的PCK模型与国际上传统PCK模型既有一致性又有差异性;职前化学教师最关注的组分是教学策略知识和学生特点,对评价知识、资源知识、教师情感等组分较少提及。

针对中药化学实验课程中理论与实践脱节,教学与考核方式单一等问题,基于培养高素质创新型技能人才的目的,通过构建“基础性实验—综合性实验—专业设计性实验”递进式实验教学体系,引入现代化教学资源,合理构建实验考核体系,拓展校企合作,提高学生实践能力和创新意识,实现课程教学质量和学生综合素养的双提升。

全面落实立德树人的根本任务,立足中药学人才培养目标,在中药学专业有机化学教学中,根据学生认知基础和课程思政目标,挖掘马克思主义哲学原理、科学精神、人文素养、传统文化、抗疫知识、中医药文化自信教育等课程思政元素,基于OBE理念,以R/S构型教学为例展示课程思政、中医药文化自信教育的实施途径,实现知识传授、价值塑造和能力培养多元统一,构建全程全方位育人大格局,培养具有坚定中医药文化自信的德才兼备的中药学人才。

本实验是针对爆炸案件中烟火药的快速、精准判别而设计的,改进了原有实验教材中单一检验方法(扫描电子显微镜/能谱法)信息不完整、误判率高等缺点;引入红外光谱法检验含氧酸盐的种类,对烟火药中氧化剂和还原剂成分进行直接定性分析。双重仪器分析方法提高了检测结果准确性,为诉讼证据提供了技术支撑。本实验的改进,增加了学生的科学创新能力,拓展了学生的综合分析思维,建全了以审判为中心背景下的鉴定规范化意识。

电极电势是化学基础课教学中重要的物理量和基础数据,将现代信息化Python技术与电极电势教学深度融合,自主设计、开发了一款图形用户界面电极电势计算器。结合具体应用实例,以物料平衡和电荷平衡2个基本定量关系为基础,利用电对的电极还原反应和电极电势Nernst方程,首先介绍了计算器分别从标准电极电势和条件电极电势出发快速计算获取非标准状态下电极电势的2种途径,之后重点讨论了盐效应作用或酸效应、沉淀生成效应和配合物生成效应等副反应存在下电对条件电极电势的估算。电极电势计算器界面设计简洁,操作方便,具有较强的开放性、灵活性和普适性,无需安装和专业编程知识,可直接在Windows平台上运行,便于教师教学和学生自主探究学习。

石油化工工艺学是介于理论和生产实践之间的一门“桥梁”课程,围绕课程中绿色化学工艺内容,在教学中引入“环氧乙烷反应精馏制取乙二醇”工程案例。引导学生利用Aspen Plus对环氧乙烷制取乙二醇的传统水合工艺和新型的反应精馏工艺进行模拟优化,并分析对比2种工艺的经济性和绿色性,通过教学,加深了学生对绿色化学工艺的理解,培养了学生工程实践能力和节能降耗意识。

以VESTA软件为例,探讨了三维可视化软件在晶体材料教学中的应用,强调其在抽象概念与形象认知之间的桥梁作用。VESTA的三维可视化功能有益于对晶体结构、晶格参数和对称操作等教学内容的理解,实现沉浸式教学并提升学生的参与度。电子结构教学中使用VESTA展示电荷分布,便于学生理解能级、能带和态密度等抽象概念。具体分析了将VESTA融入晶体材料教学的创新方法、潜在挑战与应对策略。总之,VESTA可视化软件通过促进交互学习、视觉理解和独立探索,有望改变晶体结构、电子结构等化学、材料学科知识点的教学方式,使学生能够有效解读晶体材料的复杂性。

在分析化学多年教学过程中发现大量学生对有效数字保留和量器选择存在一些易混淆问题,即数据记录和处理时不能正确保留有效数字,实验时不能选择合适准确度的量器。针对这些问题进行了分析讨论,提出了对应的教学策略,希望能够帮助学生厘清这些易混淆问题,在此基础上能够正确和灵活运用。

1798年,法国化学家沃克兰通过对“绿柱石和祖母绿”分析研究,捕捉到未知元素存在的迹象,提出铍元素假说;19世纪,原子-分子论和元素周期表的建立使铍元素的原子量得以确定,形成“Be”的符号表征,推动了铍元素假说的发展。1898年,法国化学家勒博利用电解法成功制备出铍金属单质,使铍元素假说得到证实。20世纪20年代,铍同位素的发现,使人们对铍元素有了新认识。总之,铍元素及其同位素的发现史,既是铍元素概念形成和发展的历程,也是科学思想进步和科学方法发展的结晶。