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锂离子电池的能量及功率密度预测软件开发及其在电化学教学中的应用

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化学教育（中英文） 2024年第12期45卷 95-104页

作者：练成焦美媛黄凯陈志云徐首红刘洪来华东理工大学化学与分子工程学院上海200237 华东理工大学化工学院上海200237

锂离子电池内部构造及其能量密度与功率密度之间的关系是电化学教学中较为抽象的知识点。利用Matlab开发的Forecast-Ragone计算器软件将实验室电极的研究结果与实际全电池的应用相联系,通过简单操作即可展示电池内部组成及其对电池的能... 详细信息

锂离子电池内部构造及其能量密度与功率密度之间的关系是电化学教学中较为抽象的知识点。利用Matlab开发的Forecast-Ragone计算器软件将实验室电极的研究结果与实际全电池的应用相联系,通过简单操作即可展示电池内部组成及其对电池的能量及功率密度的影响。在课堂上应用此软件,将科研成果与课堂教学有机结合,使教学内容的展示更简单形象。

关键词：电化学教学电池组成电池的能量及功率密度教学实践软件开发

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数字赋能加速实验教学中心内涵式发展

实验室研究与探索 2024年第7期43卷 107-110,175页

作者：刘金库张浩然黄婕熊焰葛云晓华东理工大学化学与分子工程学院上海200237 华东理工大学教务处上海200237

数字赋能实验教学中心是时代所需。通过数字技术对高等学校实验教学中心进行数字赋能,需要以学生为中心,以实验课程育人需求为导向,切实解决实验教育教学管理与运行中的“真”问题,推动实验教学中心内涵式发展。结合数字赋能实验教学中... 详细信息

数字赋能实验教学中心是时代所需。通过数字技术对高等学校实验教学中心进行数字赋能,需要以学生为中心,以实验课程育人需求为导向,切实解决实验教育教学管理与运行中的“真”问题,推动实验教学中心内涵式发展。结合数字赋能实验教学中心建设实践,提出了“数据采集无痕化”“日常管理智能化”“升级发展智慧化”“优胜劣汰可视化”“改进提升内驱化”5个建设目标,并围绕夯实基础、强化内涵、赋能传统、数字建设等4个重要方面,给出了行之有效的实施举措,对于完善课程体系、提升实验教学质量与管理水平起到了积极效果,对于高校开展实验教学中心数字化建设具有参考价值。

关键词：实验教学数字赋能内涵式发展人才培养

中药甘青青兰提取过程的近红外及紫外可见双光谱在线监测

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分析测试学报 2024年第5期43卷 746-754页

作者：张文婷王凯君路亚梅杨吴烨熊訚然吴琼杜一平华东理工大学化学与分子工程学院上海市功能材料化学重点实验室上海200237 上海海关工业品中心上海200135

使用小型光纤光谱仪构建了近红外光谱(NIR)和紫外可见光谱(UV-Vis)在线监测系统,并利用双光谱监测提取过程。通过采样误差分布分析(SEPA)和稳定性竞争性自适应重加权抽样(SCARS)等化学计量学方法对光谱数据进行处理,建立了偏最小二乘(P... 详细信息

使用小型光纤光谱仪构建了近红外光谱(NIR)和紫外可见光谱(UV-Vis)在线监测系统,并利用双光谱监测提取过程。通过采样误差分布分析(SEPA)和稳定性竞争性自适应重加权抽样(SCARS)等化学计量学方法对光谱数据进行处理,建立了偏最小二乘(PLS)光谱分析模型。对NIR光谱、UV-Vis光谱以及双光谱融合模型的分析性能进行了比较。结果表明,木犀草素的NIR光谱分析模型,绿原酸的UV-Vis光谱分析模型性能较好。木犀草素模型的预测均方根误差(RMSEP)为0.0107μg·mL^(-1),绿原酸模型的RMSEP为0.0295 mg·mL^(-1),模型的预测能力较好。该研究开发的系统操作简便、快速,模型准确性高,为中药提取的在线监测提供了新的策略。

关键词：双光谱监测 NIR UV-Vis 在线监测中药甘青青兰木犀草素绿原酸

解析单颗粒电化学分步电子转移步骤用于识别电催化剂本征活性

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第5期60卷 262-271页

作者：孙泽晖来壮壮赵影影陈建富马巍华东理工大学化学与分子工程学院材料生物学和动态化学前沿科学中心先进材料重点实验室和费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心国际合作联合实验室上海200237 华东理工大学计算化学中心和工业催化研究所绿色化学工程与工业催化国家重点实验室上海200237

揭示电催化剂本征活性对于量化其构-效关系至关重要.传统的整体表征方法只能提供大量纳米颗粒(NP)的平均性能,并且通常难以排除添加剂的贡献.单颗粒碰撞电化学(SNCE)技术能够有效地在单NP水平上揭示电催化剂活性.尽管SNCE领域已取得了... 详细信息

揭示电催化剂本征活性对于量化其构-效关系至关重要.传统的整体表征方法只能提供大量纳米颗粒(NP)的平均性能,并且通常难以排除添加剂的贡献.单颗粒碰撞电化学(SNCE)技术能够有效地在单NP水平上揭示电催化剂活性.尽管SNCE领域已取得了很大的研究进展,但目前人们对其反应中的电子转移过程认识尚不充分,难以提供NPs结构与活性之间的定量关系.本文以铂纳米颗粒(PtNPs)氧还原反应(ORR)作为SNCE过程的模型体系,通过构建功能化锥形碳微米电极(CNE)界面,有效地调控了ORR电催化过程,揭示了SNCE分步电子转移在调节单个PtNP表观ORR活性中的重要作用.分别采用化学刻蚀和元素功能化技术调控CNE界面的表面粗糙度和氮元素掺杂组成,构筑了光滑碳电极(s-CNE)、粗糙碳电极(r-CNE)、光滑氮掺杂碳电极(sN-CNE)和粗糙氮掺杂碳电极(rN-CNE)四种功能化电极界面.实验表明,单个PtNP在s-CNE、r-CNE、sN-CNE和rN-CNE这四种功能化CNE界面上产生的ORR电流强度依次增大(即s-CNE化学测量相结合,成功量化了SNCE分步电子转移步骤的相应参数,包括NP与电极间的接触电阻、NP的异相动力学常数以及NP与电极间的吸附概率,从而明确了提高电催化剂本征活性的决速步.综上所述,本文通过单颗粒电化学测量和多物理场理论模拟,深入探究了SNCE分步电子转移过程,在单NP水平上识别了电催化剂的本征活性.同时,利用分步电子转移模型量化了电催化剂构-效关系,从而为合理设计和开发高效纳米催化剂提供启示.

关键词：单颗粒电催化剂电子转移决速步本征活性

水化硅酸钙的形貌调控及其在水泥水化中的作用

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华东理工大学学报（自然科学版） 2024年第3期50卷 364-370页

作者：魏婷周盛江邓最亮李林华易红玲华东理工大学化学与分子工程学院上海200237 华东理工大学体育新材料研发中心上海200237 上海三瑞高分子材料股份有限公司上海200231 中交路建海上工程公司上海201114

采用化学沉淀法制备无定形、球状、针状、层状等不同形貌的水化硅酸钙(C-S-H),探究了表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与C-S-H形貌和结构之间的变化规律,研究了不同形貌的C-S-H对水泥性能的影响。发现当... 详细信息

采用化学沉淀法制备无定形、球状、针状、层状等不同形貌的水化硅酸钙(C-S-H),探究了表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与C-S-H形貌和结构之间的变化规律,研究了不同形貌的C-S-H对水泥性能的影响。发现当表面活性剂浓度大于临界胶束浓度(CMC)时,水泥水化热与水泥强度之间存在显著相关性。通过C-S-H形貌设计得到不同微观形貌的水泥制品,其增强效果由高到低依次是无定形、球状、针状、层状。该实验结果对于普通水泥的性能改善具有一定的指导意义。

关键词：水化硅酸钙(C-S-H) 胶束形貌水泥水化透射电镜表面活性剂硬化性能

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揭示“声-物理-化学”的本质:超声辅助过程中的空化和振动效应

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第6期61卷 37-53页

作者：刘文元李珺陈撰梁志燕杨博杜昆富蒋宸 Ali Reza Mahjoub 邢明阳华东理工大学化学与分子工程学院先进材料重点实验室费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心国际合作联合实验室材料生物学与动态化学前沿科学中心上海200237 塔比亚特莫德雷斯大学基础科学学院化学系德黑兰伊朗华东理工大学上海多介质环境催化与资源化工程技术研究中心上海200237

超声辅助工艺在清洗、合成、催化等领域得到广泛应用,展现出巨大的应用潜力.然而,人们对于超声辅助过程中反应机理的认识和理解仍然不足,这在一定程度上限制了其进一步的推广应用.此外,当前对于超声辅助过程关键问题的研究仍然存在一些... 详细信息

超声辅助工艺在清洗、合成、催化等领域得到广泛应用,展现出巨大的应用潜力.然而,人们对于超声辅助过程中反应机理的认识和理解仍然不足,这在一定程度上限制了其进一步的推广应用.此外,当前对于超声辅助过程关键问题的研究仍然存在一些被忽略之处,例如协同指数计算、成本评估等.基于此,将对超声辅助过程中的反应机理及这些被忽视的关键问题进行深入探讨和强调.在深入探究空化和振动效应这两个超声核心特征的基础上,本文全面回顾了超声辅助过程的研究现状,详细阐述了空化和振动的基本原理,并梳理了当前超声辅助工艺的研究进展.同时,从多个维度探讨了超声辅助工艺潜在的研究方向,并提出了以“声-物-化”为指导理念,旨在通过超声辅助工艺与其他领域的深度交叉融合,实现催化过程中的重大突破.特别是,本文详细介绍了“压电耦合高级氧化实现废水修复同步高效产氢”这一新兴技术,展现了超声在环境修复和能源生产领域的巨大潜力.针对该技术,本文提出以下展望:(1)在解析超声辅助过程的反应机理时,应明确识别并区分是否存在压电效应,以深化对反应机制的理解,提高超声辅助技术的效率和可控性;(2)超声辅助降解过程的重点研究应聚焦于协同指数计算、成本评估、仪器参数规格说明和新污染物的扩展等方面,以提升技术的实用性和经济性;(3)鼓励将人工智能等前沿技术整合到超声辅助过程中,以优化操作策略并获得最佳方案;(4)除了降低成本外,超声辅助过程还能促进高附加值产品的获取,并通过能量回收和再利用的方式,为降低碳排放做出贡献,从而助力实现降碳目标.(5)通过与不同领域的深度交叉,鼓励超声辅助催化工艺的创新扩展,特别是,通过耦合压电催化和高级氧化技术,实现废水修复过程中的能量和物质的回收,进而实现废水的资源化利用.(6)积极研发适用于超声辅助工艺机理研究的更精确的表征方法,如原位表征技术等,以减少或避免超声高能量输入对精密仪器的潜在损害.(7)利用模拟和密度泛函理论计算等手段,深入研究超声对催化过程的动态影响,为超声辅助工艺的优化提供科学依据.综上,本文以“声-物理-化学”的跨学科视角,深入剖析了超声辅助过程中的反应本质,不仅加深对其反应机理的理解,而且为超声辅助技术的广泛应用提供了理论支撑和新的思路.

关键词：超声辅助工艺空化效应振动效应压电效应污染物降解

单原子修饰原子簇的多配位Cu基催化剂上CO_(2)高选择性电还原CO的研究

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第4期59卷 324-333页

作者：王超琛葛旺鑫唐雷齐宴宾董磊江宏亮沈建华朱以华李春忠华东理工大学材料科学与工程学院上海多级结构纳米材料工程技术研究中心超细材料制备与应用教育部重点实验室上海200237 华东理工大学化工学院上海200237

随着可再生能源发电成本的持续下降和电催化技术的迅猛发展,人们开始重新审视能源燃料和化学品的生产方式.近年来,H2O和CO_(2)等小分子的电催化转化反应已成为研究热点.特别是,CO_(2)还原反应(CO_(2)RR)作为将CO_(2)电化学还原为高附加... 详细信息

随着可再生能源发电成本的持续下降和电催化技术的迅猛发展,人们开始重新审视能源燃料和化学品的生产方式.近年来,H2O和CO_(2)等小分子的电催化转化反应已成为研究热点.特别是,CO_(2)还原反应(CO_(2)RR)作为将CO_(2)电化学还原为高附加值产品的一项变革性的技术,备受关注.在CO_(2)RR的众多产物中,CO具有重要的地位,它可以通过费托合成工艺直接用于合成醇、醛、酮、酸及烃等化工产品.然而,将CO_(2)电催化转化为CO在整体效率方面仍面临诸多挑战.因此,设计并制备高效、经济且耐用的电催化剂已成为CO_(2)RR领域发展的研究重点.本文采用简单的配体辅助负载策略制备了铜单原子修饰的铜原子簇催化剂(Cu SA/ACs).球差校正的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜结果表明,铜以单原子和原子簇的形式存在.采用X射线吸收精细结构谱和X射线光电子能谱(XPS)分析了铜原子的电子和配位结构,证明了Cu-N键和Cu-Cu键的存在.电化学性能测试表明,与铜单原子催化剂(Cu SACs)相比,Cu SA/ACs催化剂展现了较好的CO_(2)RR性能,其CO的转化法拉第效率从27.15%提高到98.94%,电流密度是Cu SACs的3.6倍.此外,将该催化剂组装成流动电解池,在600 mA cm-2的高电流密度下,CO选择性达到93.06%,阴极的最高能量效率达61.9%,优于大多数CO_(2)还原制备CO的催化剂.为了明确铜单原子组分引入对铜原子簇性能提升的原因,通过电化学原位红外光谱研究催化剂在服役条件下的表面物种吸附.结果表明,Cu SACs催化剂的单原子活性中心在CO_(2)RR过程中受到H2析出反应的困扰,活性中心表面的吸附物种主要为H2O而不是CO_(2),从而导致CO_(2)还原性能较差;在Cu SA/ACs催化剂表面,其活性中心由单原子和原子簇协同组成,CO_(2)主要吸附在原子簇上,单原子和原子簇协同作用促进了H2O的解离过程,为CO_(2)质子化提供丰富的活性氢,进一步加快CO_(2)RR的反应动力学.密度泛函计算和差分电荷密度分析结果表明,单原子的引入优化了原子簇的局域电子结构,诱导d带中心靠近费米能级,从而优化了*COOH中间体的形成能和CO的脱附过程.综上,本文通过合理的活性位点设计实现了多位点的耦合协同,提升了铜基催化剂对于CO_(2)RR的催化活性,优化了铜基催化剂上CO_(2)到CO的选择性,通过机理研究加深了对铜基催化剂上CO_(2)转化模式的认识,为设计高效催化剂提供新思路.

关键词：二氧化碳还原活性位点协同作用单原子原子簇电催化

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综合有机合成实验苯佐卡因的课程思政设计

大学化学 2024年第2期39卷 110-115页

作者：沙风伍新燕胡坪张文清栾晓洋马云飞华东理工大学化学与分子工程学院上海200237

将传统的合成路线和条件都给定的综合有机实验“苯佐卡因的合成”,改造成路线可设计、条件可优化的创新性实验。学生通过文献调研、综合分析以及评估合成策略和具体实验条件,提出兼顾宏观(路线)和微观(具体条件)的改进实验方案,规避原... 详细信息

将传统的合成路线和条件都给定的综合有机实验“苯佐卡因的合成”,改造成路线可设计、条件可优化的创新性实验。学生通过文献调研、综合分析以及评估合成策略和具体实验条件,提出兼顾宏观(路线)和微观(具体条件)的改进实验方案,规避原实验的局限性和不足。根据学生专业和培养方案的不同,开放部分或全部“权限”给学生,从不同层级原料出发,设计绿色、高效的合成路线,确定具体的实验方案;或根据建议路线,调整和优化实验条件,使学生在得到基础实验操作技能训练的基础上,其绿色、高效、可持续发展的合成理念也得到进一步升华。鼓励学生运用科学思维,将学科前沿成果引入实验实践中,培养学生科学创新能力。引导学生从全局出发,提升团队合作意识和能力。

关键词：苯佐卡因合成路线设计反应条件优化绿色合成课程思政

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强化虚拟仿真实验教学课程内涵的举措及课程评价

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化学教育（中英文） 2024年第20期45卷 102-107页

作者：刘金库张敏张浩然华东理工大学化学与分子工程学院上海2200237 华东理工大学教务处上海200237 教育部教育技术与资源发展中心(中央电化教育馆) 北京100031

虚拟仿真实验教学课程是数字赋能实践教学新模式,如何强化虚拟仿真实验教学课程内涵,提升虚拟仿真实验教学课程的使用率和育人实效,是各高校共同关注的问题。在总结多年实践经验的基础上,聚焦虚拟仿真实验教学课程存在的课程选题、核心... 详细信息

虚拟仿真实验教学课程是数字赋能实践教学新模式,如何强化虚拟仿真实验教学课程内涵,提升虚拟仿真实验教学课程的使用率和育人实效,是各高校共同关注的问题。在总结多年实践经验的基础上,聚焦虚拟仿真实验教学课程存在的课程选题、核心要素仿真度、交互步骤设计等方面质量欠佳,课程建成后应用少,育人效果不理想等现实问题,探讨以学生为中心,选题建设以人才培养需求为导向,采用“严选课程内容、严控教学过程、突出问题导向、注重开放共享”等4个举措,在课程题目、内容、知识点、交互步骤设计、预期结果等方面严格对标一流课程要求强化课程内涵,提升了虚拟仿真实验教学课程的教学使用率和教学实效,取得了良好的育人效果,同时给出了虚拟仿真实验教学课程质量评价标准,具有推广借鉴价值。

关键词：虚拟仿真实验教学课程育人实效应用共享一流课程