综合化学实验设计:RGO/Mn_3O_4复合材料的合成及其电化学性能考察

本综合化学教学实验采用回流法制备RGO/Mn_3O_4复合材料,采用XRD、Raman、TEM等测试方法对复合材料进行结构表征,利用电化学工作站及三电极反应体系研究复合材料的电化学性能。本实验可以使学生掌握一般无机固体材料的常规合成方法,了解纳米材料的基本测试手段,以及利用电化学工作站研究材料电化学性能的基本步骤。本实验内容包含无机化学、分析化学、物理化学等学科的知识,有利于学生对化学知识的进一步掌握及提升科研素养。     

红色氮化碳光催化剂的合成及其降解双酚A性能的考察

本实验旨在科研实验基础上构建一个综合性的化学教学实验。1.通过简单的煅烧法获得红色氮化碳光催化剂;2.采用X-射线衍射(XRD)光谱、红外(FTIR)光谱、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)光谱等表征手段对红色氮化碳的组成、结构进行了分析;3.以双酚A作为目标污染物、在模拟太阳光的光源(氙灯)照射下,研究红色氮化碳光催化去除无色污染物的能力。本实验的教学目的在于让学生学习和了解光催化的基本原理及相关知识,基本掌握制备光催化剂材料的方法(煅烧法),常用的材料测试手段,及光催化剂降解环境污染物性能的评价方法。     

非金属光催化剂氮化碳的合成及其降解染料性能的考察

本实验设计将科研实验转变为综合化学教学实验。(1)采用煅烧法制备g-C3N4光催化剂;(2)通过红外(FT)光谱、X-射线衍射(XRD)光谱、紫外可见漫反射(DRS)光谱、元素分析(EA)等测试手段对g-C3N4组成、结构进行分析和确定;(3)以亚甲基蓝染料为目标污染物、氙灯为模拟太阳光的光源,考察催化剂g-C3N4光催化降解有机染料的活性。通过本实验,学生学习光催化的基本知识、煅烧法制备催化剂、材料的常用表征手段,以及光催化材料降解污染物能力的考察方法。实验涉及多个学科知识,有利于拓宽学生的知识面,培养学生的科研兴趣和探索能力。     

MOFs制备镍钴氢氧化物及其性能研究的实验设计

随着超级电容器在储能领域的广泛应用,电极材料的研制越来越受到产业与科学界的关注.通过金属-有机骨架(MOFs)设计了制备超级电容器用过渡金属氢氧化物的实验,运用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜对产物的结构与形貌进行表征,并用循环伏安法进行相应的电化学分析.该实验可以让学生了解MOFs材料的基本特性以及电容器的储能原理和测...     

硅烷偶联剂对纳米氧化铝的疏水改性综合实验

为使学生了解纳米材料与纳米技术的前沿研究领域,设计了"硅烷偶联剂对纳米氧化铝的疏水改性"综合实验。首先以硅烷偶联剂KH-560为改性剂,对纳米氧化铝(Al_2O_3)表面进行化学改性,然后采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析(TG)等手段对改性前后的纳米Al_2O_3进行表征。实验的材料制备部分可使学生熟悉硅烷偶联剂的水解、缩合反应原理,以及无机纳米材料表面改性方法,对产物的性能测试和表征部分可以加深学生对红外光谱法和热重分析法的理解,既锻炼了学生的动手操作能力,又培养和激发了学生的科研兴趣。     

科教融合的基础化学综合实验项目设计

针对新能源材料的研究热点,设计了一个融入科研课题的基础化学综合实验项目——席夫碱的电化学氧化还原研究,探索了有机小分子光伏材料——席夫碱的性质、结构与电极电势的关系,体现了无机、有机、分析、电化学等多种化学学科知识的融合和交叉。该实验项目涵盖了学生自主研究的实验内容。通过该项目实验研究,学生可掌握有机化合物制备方法和表征技术,红外、紫外光谱仪和核磁共振仪的工作原理和使用技术,以及谱图解析方法、数据分析方法和origin作图技巧等多个知识点及实验技能,提高自主学习积极性和创新思维能力,从而达到培养学生综合能力和素质,提高教学质量的目的。该实验项目贴近真实科研且成本低,所需实验设备和实验条件要求不高,不受专业设置和研究方向限制,可在不同的化学及化工类专业开设,普适性高,可作为综合化学实验开设。     

由钴氨配合物的合成谈化学实验教学中理论和实践的互动

本文以钴氨配合物的合成实验改进为载体,展示了化学实验教学过程中化学基本理论和方法与化学实验的互动。通过对经典实验的改进,突出了氧化还原电极电势、光谱化学序列等概念和晶体场理论对实验方案设计的指导作用,在配合物组分测定过程中训练了学生筛选知识、解决问题的能力,采用现代测试技术跟踪实验过程并表征产物,激发了学生的科研热情。     

光响应茶皂苷元纳米胶囊的制备及其抗菌活性研究综合实验

介绍了以科研为导向,设计和开设的"光响应茶皂苷元纳米胶囊的制备及其抗菌活性研究"研究性综合实验。通过本实验,学生体验了查阅文献、了解实验原理、确立研究思路和策略、制备产品、表征性能、处理数据、分析讨论、撰写实验报告等完整的科研过程,掌握了天然产物的水解和提纯、纳米胶囊的制备、物质的化学反应性质、光谱表征、抗菌活性研究等相关知识。实践表明,本实验选题针对性强,有助于提高学生学习的积极性、主动性和综合实验技能,有利于培养学生的创新意识和科学精神。     

有机发光小分子制备及性能表征综合实验

将有机光电领域的最新科研成果引入实验教学,设计了有机发光小分子制备及性能表征综合实验。利用核磁共振波谱仪分析表征了其化学结构,利用热重分析仪对其热性能进行了表征及分析,最后通过紫外可见吸收光谱仪、荧光光谱仪、电化学工作站等现代分析测试手段对样品的光物理和电化学性能进行了表征与分析。结果表明,所制备的发光分子显示了较好的热稳定性和光物理性能。该实验涵盖知识点多且简单易行,有利于提高学生的动手操作能力、综合分析能力和科研能力。     

NiCo-LDH电极材料的合成及其超级电容性能综合实验设计

本实验采用水热法及不同沉淀剂,在泡沫镍表面原位生长出不同形貌的镍钴层状双金属氢氧化物(NiCo-LDHs)电极材料,通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜对样品进行物相及形貌表征,利用电化学工作站对电极材料的超级电容性能进行评价。实验结果表明,在其他反应条件相同情况下,以六亚甲基四胺(HMT)和尿素作为沉淀剂,所得产物形貌分别为纳米片和纳米线,而NiCo-LDH纳米片的超级电容性能优于纳米线。该实验设计简单,涵盖纳米材料合成、表征及电化学性能评价等诸多知识点,有助于学生理解纳米材料形貌与性能间的关系,提升学生的科研意识和综合实践能力。     

Co(OH)_2/rGO电极储能动力学实验设计

随着能源在现代社会的作用日益凸显,储能电极材料的研究越来越受到关注。越来越多的新型电极材料显示出既不是纯电容性(超级电容器,表面电容控制)也不是纯法拉第性(电池,扩散控制)的电化学特性。为了阐明电极的这2种电化学储能行为差异,该文采用在实验课堂上就可以进行的简单快速的方法制得Co(OH)_2/还原氧化石墨烯(rGO)复合电极。在1 mol/L KOH水溶液体系中,对该电极进行了不同小扫速下的循环伏安测试(CV)。根据电流i与扫速v的幂律关系对电极反应的表面控制与扩散控制贡献进行定量计算,并探讨其与Co(OH)_2电极在相同测试条件下的电化学行为差异。该实验将当前的储能研究热点整合成一个物理化学实验,有利于学生学会电池材料、超级电容器材料及其储能原理等相关概念,掌握电极材料储能动力学分析方法和原理,学习一种储能电极材料的制备方法,由此激发学生科学研究的兴趣。     

激光还原石墨烯材料制备及应用综合型实验设计

介绍一种采用激光还原方法来制备石墨烯材料的综合型实验设计。该实验包含氧化石墨烯的制备、激光光源的选择、氧化石墨烯的还原等内容,采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪和X射线衍射仪等仪器对其形貌结构和化学结构进行了表征。利用该材料构建电化学传感器并应用于酚类化合物的检测。该合成方法简单,涉及多种分析仪器的操作,制备出的材料应用性强,可有效进行酚类化合物的检测,是一个综合性很强的实验。该实验可作为创新性实验项目,使学生熟悉石墨烯材料的制备及其应用,激发学生的科研兴趣,提高学生的科研素质及创新实践能力。     

科研实验转化成综合化学教学实验的探索

探索了由生物无机化学中较为成熟的科研实验"羧酸氧钒化合物的制备与表征"设计转化成研究型综合化学实验。采用芳香羧酸配体与简单的钒原料化合物反应,通过探索与优化实验过程中各步骤的最佳反应条件、处理方法以及适当的实验时间,以达到现象稳定、重复性好的教学实验要求。同时对制备的目标产物羧酸氧钒化合物,采用红外光谱和热重分析手段进行表征工作。该实验可以帮助学生巩固配合物制备基本原理,掌握旋转蒸发仪、微波炉、红外光谱仪、热重分析仪的工作原理及操作技能,培养学生相关的化学基础知识、实验操作、仪器分析等方面的综合能力以及相关的科学素质和研究能力。     

开放式化学实验设计——多金属氧酸盐配合物的合成及光催化性能研究

本文设计了一个开放式化学实验,利用水热技术制备多金属氧酸盐配合物,通过X-单晶衍射、FT-IR、TG、EA等表征手段对配合物的组成和结构进行表征。同时利用Uv-vis技术考察该配合物降解有机染料的效果。通过本实验操作和学习,学生可以了解水热法的操作步骤,配合物的常用表征手段及考察配合物降解染料效果的方法。该实验综合了化学理论知识、无机化学和分析化学中的实验技能,有利于培养知识广、基础扎实、能力强、素质高的优秀大学生,同时激发大学生的科研兴趣和创新能力。     

碳纳米管基复合膜的气体分离性能实验设计

设计了碳纳米管基复合膜气体分离性能的研究性实验。该实验采用化学氧化法、水热法及溶液浇铸法和溶剂蒸发法等多样化学方法制备复合膜材料,利用透射电子显微镜、X-射线衍射仪和X-光电能谱仪对材料进行表征,最后研究复合膜的气体渗透实验并对结果进行分析。该实验能扩大和丰富学生们的学术视野和科研思维,提高学生的实践能力,加深对已掌握的专业知识的理解及对知识的融会贯通,培养了学生的科研素养。     

基于低共熔溶剂的反溶剂沉淀法制备纳米结构材料

以尿素、氯化胆碱形成的低共熔溶剂为反应介质、乙醇/水为反溶剂,由市售Zn O制备纳米结构Zn O的材料化学实验。所制备的样品用XRD、SEM、EDS等分析手段进行表征,提出了溶解-沉淀过程的基本原理。结果表明,Zn O具有六方纤锌矿结构,表面形貌为纳米棒构成的菊花状三维有序结构。本实验对材料、化学等相关专业高年级学生、研究生学习和掌握材料制备与表征的基本方法以及认识低共熔溶剂、反溶剂沉淀、纳米结构材料等知识点起到良好的作用。     

十二烷基甜菜碱制备及表征

结合气质联用仪对十二烷基甜菜碱的制备实验中间产物N,N-二甲基十二烷基胺进行定性定量分析,将绿色化学应用到精细化学品制备实验教学中,增强学生的环保意识。对精细化学品制备实验中的实验进行改革和创新,如开设十二烷基甜菜碱的制备及表征实验,并将产物用于后续的复配实验等,在让学生熟悉有机精细化工科研中所使用的合成方法与表征手段,了解科学研究工作的基本过程。     

环氧苯乙烷的水相电化学还原反应

以高效、绿色环保为目标,开展了"探索性实验"项目——环氧苯乙烷水相电化学还原反应。实验采用微量化反应,水为溶剂,以Zn-Zn为电极体系,电子作为氧化剂或还原剂,利用现场制备的具有三维空间结构的纳米锌,将环氧苯乙烷还原成苯乙烯目标产物。通过气相色谱、1 H NMR和13 C NMR等手段对产物进行表征并验证,产率达到95%。将该科研成果引入本科生实验教学,学生通过接触科学前沿以提高学习兴趣,培养学生的科研素质和增强学生的科研能力,教学效果好。     

邻菲罗啉铜配合物的综合化学实验设计与教学分析

介绍了一个综合化学实验，该实验以1,10-邻菲罗啉为配体，通过调控配体与氯化铜的反应比例，合成了两个结构完全不同的邻菲罗啉铜配合物，并利用高分辨质谱仪对其进行了表征。同时，利用紫外-可见吸收光谱法测定了配合物与牛血清白蛋白的结合能力。实验内容涉及配合物合成、产物质谱表征、配合物性质测定等综合实验内容，旨在通过完整的科研过程激发学生的科研兴趣和探索精神，训练学生的综合实验操作技能，培养学生的创新思维和科研能力。实验具有反应原料简单易得、合成方法简便、产率高、用时短、实验操作安全可靠等特点，为实验项目的顺利开展提供了便利。     

MOFs电极材料的制备及其电化学性能

设计了直接利用金属有机骨架化合物(MOFs)材料制备超级电容器电极的实验，并研究了影响其电化学性能的关键因素。先通过一步搅拌加热法制备MOFs材料，并添加碳材料改善MOFs材料的导电性能，进而提升电化学性能；再以X-射线衍射仪、扫描电子显微镜对产物的结构与形貌进行表征，并用循环伏安法、恒流充放电法进行相应的电化学分析。实验结果表明：所制备的MOFs材料为片状结构，加入不同的碳材料后MOFs电极性能得到了明显的提升，其中加入石墨烯的提升效果最为显著；不同浓度的前驱体、石墨烯的用量以及不同的反应条件均会影响MOFs材料的电化学性能。该结果为直接利用MOFs作为电极材料应用于超级电容器中提供参考。