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部分还原二氧化钛的NMR和EPR研究

物理化学学报 2020年第4期36卷 86-94页

作者：李玉红吴新平刘聪王萌宋本腾郁桂云杨刚侯文华龚学庆彭路明常熟理工学院化学与材料工程学院苏州市功能陶瓷材料重点实验室江苏常熟215500 南京大学化学化工学院介观化学教育部重点实验室南京210023 华东理工大学工业催化研究所先进材料重点实验室计算化学中心上海200237 盐城工学院化学与生物工程学院江苏盐城224051

部分还原TiO2纳米材料由于具备可见光催化及降解活性而引起广泛研究关注。本研究采用17O和1H魔角旋转固体核磁共振(MAS NMR)谱学,结合电子顺磁共振(EPR)谱学研究了锐钛矿型部分还原TiO2(Re-A-TiO2)纳米颗粒的表面结构,并与非还原样品(A-... 详细信息

部分还原TiO2纳米材料由于具备可见光催化及降解活性而引起广泛研究关注。本研究采用17O和1H魔角旋转固体核磁共振(MAS NMR)谱学,结合电子顺磁共振(EPR)谱学研究了锐钛矿型部分还原TiO2(Re-A-TiO2)纳米颗粒的表面结构,并与非还原样品(A-TiO2)作了对比。EPR结果显示,Re-A-TiO2的顺磁物种(氧空位(OV)和Ti^3+)含量远高于A-TiO2,并且EPR信号的强度受吸附水含量的显著影响,我们结合1H NMR数据,探讨了这一过程中的结构变化。17O NMR谱中,两种样品除了表面2配位氧(μ2-O)的信号有明显差异外,还发现在Re-A-TiO2表面有更多的羟基(OH),显示该样品表面有较高比例的(001)晶面暴露。综合EPR和NMR数据,可推断羟基主要来源于顺磁中心与吸附水分子反应。1H→17O交叉极化(CP)-MAS和二维异核相关(2D HETCOR)NMR谱确认了强吸附的水物种和一种羟基的归属,另外位于约11 ppm的1H NMR信号可归属为分子内氢键中的氢物种。这些表面结构的差异应与两种材料光降解甲基橙性能差别直接相关。

关键词：部分还原TiO2 固体核磁共振 17O核磁谱 1H核磁谱电子顺磁共振羟基氢键可见光降解

双氧水对于单核铜分子筛催化甲烷直接氧化制甲醇反应性能的利弊

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Chinese Journal of Catalysis 2023年第8期51卷 135-144页

作者：程璐陈许宁胡培君曹宵鸣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 英国贝尔法斯特女王大学化学与化工学院英国

直接催化甲烷(CH4)氧化转化制备甲醇(DMTM)是具有较高绿色化学原子经济性的反应过程,且可在常温下进行,是潜在的实现CH4转化升级的重要过程.作为“圣杯反应”,DMTM性能通常显著受氧化剂影响,使用氧气(O_(2))作为氧化剂一步实现DMTM仍然... 详细信息

直接催化甲烷(CH4)氧化转化制备甲醇(DMTM)是具有较高绿色化学原子经济性的反应过程,且可在常温下进行,是潜在的实现CH4转化升级的重要过程.作为“圣杯反应”,DMTM性能通常显著受氧化剂影响,使用氧气(O_(2))作为氧化剂一步实现DMTM仍然极具挑战性.至今,双氧水(H_(2)O_(2))仍是被报道最多的具有较高CH4转化速率和甲醇(CH3OH)选择性的绿色氧化剂.为了深入理解氧化剂如何影响DMTM反应性能,本文基于密度泛函理论计算和微观动力学分析研究了在Cu-ZSM-5,Cu-MOR和Cu-SSZ-13三种具有不同微孔尺寸的单核铜分子筛上DMTM反应机理,以确定H_(2)O_(2)作为氧化剂在DMTM反应中的优势和局限性.通过理论计算对比在反应条件下O_(2)和H_(2)O_(2)的O–O键活化以及CH4的C–H键活化过程,发现在单核Cu分子筛中,H_(2)O_(2)的O–O键通过水介导机制极易被活化,并形成活性Z[Cu(OH)_(2)]^(+)中心,该活性中心所含的表面羟基自由基能够在低温下活化CH4的C–H键,进而高效的形成CH3OH.随着分子筛微孔孔径增大,其更有利于表面羟基自由基的形成并促进C–H键的活化.相反,在低温下O_(2)的O–O键难以被具有不同微孔孔径的单核Cu分子筛催化断键,难以生成表面活性氧物种,进而抑制了CH4的C–H键活化.与O_(2)相比,H_(2)O_(2)能显著提升甲烷的活化转化.虽然H_(2)O_(2)能使得CH4被快速转化为CH3OH,但计算结果表明由于活性中心Z[Cu(OH)_(2)]^(+)上C–H键优先通过自由基机理活化,CH3OH较弱的C–H键更易断键,从而难以协调CH3OH选择性和CH4转化之间的竞争.同时,较弱的O–H键使得Z[Cu(OH)2]^(+)将优先催化H_(2)O_(2)自分解.尽管长期而言,使用H_(2)O_(2)作为氧化剂存在上述瓶颈,但动力学分析表明,相比于现有报道工作,以H_(2)O_(2)作为氧化剂时,通过改进催化剂和优化反应条件,仍能显著提升甲烷转化率和甲醇选择性.综上,本文研究了甲烷直接制甲醇过程中氧化剂对于反应性能的影响机制,为进一步设计改进甲烷转化催化剂、优化反应条件和探索新的转化途径提供借鉴.

关键词：密度泛函理论单核铜分子筛过氧化氢甲烷部分氧化甲醇

基于长链底物亲和的脂肪酶MAS1理性设计改造

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华东理工大学学报（自然科学版） 2023年第4期49卷 529-535页

作者：唐秀云王嘉伟张建国缪雨露赵玥高蓓张鲁嘉华东理工大学生物工程学院生物反应器工程国家重点实验室上海200237 上海理工大学健康科学与工程学院上海200093 华东师范大学化学与分子工程学院上海分子治疗与新药创制工程技术研究中心上海200241 纽约大学(上海)理论与计算化学联合中心上海200122

探讨了脂肪酶MAS1对长链底物4-硝基苯酚豆蔻肉酸酯(pNP-C14)催化的最适温度、最适pH、pH稳定性,并通过分子动力学模拟计算得出结合自由能,然后根据结合自由能的差值初步筛选出了G145W及T141L两个单点突变体。实验表明,与野生型MAS1相比... 详细信息

探讨了脂肪酶MAS1对长链底物4-硝基苯酚豆蔻肉酸酯(pNP-C14)催化的最适温度、最适pH、pH稳定性,并通过分子动力学模拟计算得出结合自由能,然后根据结合自由能的差值初步筛选出了G145W及T141L两个单点突变体。实验表明,与野生型MAS1相比,结合自由能降低显著的突变体G145W的米氏常数(Km)减小了11%,催化常数(kcat)与Km的比值(kcat/Km)为野生型MAS1的1.29倍,突变体G145W对长链底物的亲和能力和催化效率均有提高;而结合自由能降低较小的突变体T141L的Km值增大了22%,kcat/Km为野生型MAS1的0.88倍,说明酶与底物分子结合自由能的降低并非准确的突变筛选标准。通过分子力学/广义波恩表面积(MM/GBSA)残基拆解分析得出:残基T38、F39、L149、F153、V202、V233对脂肪酶活性口袋与长链底物结合的稳定性贡献较其他残基大;残基T38、G40、N41、N45和T237对提高长链底物的亲和能力具有重要贡献,预测为热点残基,其结合自由能的降低可以作为突变筛选的参考标准。

关键词：脂肪酶MAS1 长链底物动力学 MM/GBSA 热点残基

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材料结构与性能理论和实验课程的融合发展

化工高等教育 2021年第6期38卷 50-54页

作者：韩霞刘晓晖曹宵鸣刘慧慧王艳芹华东理工大学化学与分子工程学院上海200237

专业课程是面向高年级学生开设的高阶课程,旨在培养学生的综合能力、创新能力及专业知识应用能力,理论课程与实践课程的融合发展是提升学生综合应用能力的关键。文章针对材料化学专业与实践课程体系建设,介绍了以材料结构与性能课程和... 详细信息

专业课程是面向高年级学生开设的高阶课程,旨在培养学生的综合能力、创新能力及专业知识应用能力,理论课程与实践课程的融合发展是提升学生综合应用能力的关键。文章针对材料化学专业与实践课程体系建设,介绍了以材料结构与性能课程和材料化学专业实验课程为核心,以材料结构与性能之间的关系为主线而构建的"特色鲜明、线上线下、科教融合、创新实践"的理论与实践课程融合发展的教学体系,该体系的建设为一流专业建设奠定了基础。

关键词：材料化学课程建设专业实验教学实践

从充分发挥专业基础课程作用的视角论物理化学课程的教学内容

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化工高等教育 2012年第1期29卷 12-14页

作者：彭昌军史济斌胡军刘洪来黑恩成华东理工大学化学与分子工程学院上海200237

物理化学课程在两阶段工科化学(化工类)课程体系中处于枢纽地位,上承基础课程,下接相关专业的专业课程,是一门重要的专业基础课程。为推进各专业的特色专业建设,我们需要根据各专业的人才培养规格,在教材建设、教学素材制作和教学实验... 详细信息

物理化学课程在两阶段工科化学(化工类)课程体系中处于枢纽地位,上承基础课程,下接相关专业的专业课程,是一门重要的专业基础课程。为推进各专业的特色专业建设,我们需要根据各专业的人才培养规格,在教材建设、教学素材制作和教学实验更新等诸方面加强教学内容的建设,使物理化学教学为培养特色人才发挥更积极的作用。

关键词：专业基础课:物理化学教学内容

有机化学实验和分析化学实验的融合创新——二噻吩乙烯衍生物的制备和光致变色性能测试

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广东化工 2023年第5期50卷 209-211页

作者：邹祺华东理工大学化学与分子工程学院上海200237

本文以二噻吩乙烯衍生物的制备和光致变色性能测试为例,介绍如何将有机化学实验和分析化学实验融合创新,形成一类综合性的实验,用以提高大学生的科研综合素质。在有机化学实验室,学生利用简单易得的原料,通过一步法高效制备二噻吩乙烯... 详细信息

本文以二噻吩乙烯衍生物的制备和光致变色性能测试为例,介绍如何将有机化学实验和分析化学实验融合创新,形成一类综合性的实验,用以提高大学生的科研综合素质。在有机化学实验室,学生利用简单易得的原料,通过一步法高效制备二噻吩乙烯衍生物,并利用核磁共振氢谱和核磁共振碳谱对目标化合物进行细致的结构表征。在分析化学实验室,学生被要求通过精密的设备条件,如紫外-可见分光光度计等,对目标产物进行全面且细致的光致变色性能测试。通过上述一系列的实验设计和流程操作,学生能够将本科教育和科学研究联系起来,并认知到他们在实验中得到的产品是有价值的化合物,从而树立学生热爱化学、热爱科研的信心,提高大学生的科学素养,为其将来的职业发展奠定坚实的基础。

关键词：有机化学实验物理化学实验实验教学二噻吩乙烯光致变色

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材料化学专业实验室建设的探索与思考

实验科学与技术 2015年第2期13卷 184-185,218页

作者：刘慧慧华东理工大学化学与分子工程学院上海200237

根据华东理工大学材料化学专业课程的特点,结合教学经验和办学条件,创建了材料化学专业实验室,探讨了建设过程中的一些探索和实践体会。同时,还提出了有待改进的地方并给出了具体措施。旨在通过上述实践和改革,提高学生的实践能力和创... 详细信息

根据华东理工大学材料化学专业课程的特点,结合教学经验和办学条件,创建了材料化学专业实验室,探讨了建设过程中的一些探索和实践体会。同时,还提出了有待改进的地方并给出了具体措施。旨在通过上述实践和改革,提高学生的实践能力和创新能力,不断提高教学水平和人才培养质量。

关键词：材料化学专业实验实践改革探索

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低碳理念下无机化学实验的改革

实验科学与技术 2016年第1期14卷 150-152页

作者：王海文王晨飞丁俊杰任红鑫宋晓增华东理工大学化学与分子工程学院上海200237

低碳理念是社会经济发展的必然趋势,在低碳理念的指导下改革无机化学实验教学势在必行。探讨了加强低碳教育的重要性,提出了通过改进实验内容,运用多媒体教学等手段,将低碳理念贯彻到无机化学实验教学中,提高学生的低碳意识。

关键词：低碳理念无机化学实验教学

基于两校区办学的“六位二体、三阶递进”创新创业实践体系的构建和理论探索——以化学类专业建设为例

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化工高等教育 2017年第4期34卷 34-38,47页

作者：张文清夏玮徐志珍华东理工大学化学与分子工程学院上海200237

全面深化创新创业教育改革、推进人才培养机制创新是高等教育的重要内容。针对横向切割的高校,如何充分利用两校区的教学科研资源,克服校区间长距离造成的沟通不便,是急需解决的问题。我们以化学类专业建设为核心,以一级学科和国家重点... 详细信息

全面深化创新创业教育改革、推进人才培养机制创新是高等教育的重要内容。针对横向切割的高校,如何充分利用两校区的教学科研资源,克服校区间长距离造成的沟通不便,是急需解决的问题。我们以化学类专业建设为核心,以一级学科和国家重点学科为依托,以国家工科化学实验教学中心、国家化学化工虚拟仿真实验教学中心为基地,坚持"立德树人"的基本原则,将创新创业教育融入人才培养体系,通过校校、校地、校企的创新创业协同育人机制和师资体系、课程体系建设,全方位设计了基于两校区办学的由创新实践平台、竞赛平台、大型仪器培训平台、虚拟仿真实验教学平台、国际交流平台、创业实战平台组成的"六位二体、三阶递进"创新创业体系,培养具备科学素养、创新能力、综合能力的创新创业型人才,为同类型高校的发展提供借鉴。

关键词：创新创业化学类专业分校区人才培养