摘要：将当前能源生产和消费结构从过度依赖化石能源转变为高效利用可再生能源,是解决能源危机、实现碳中和的有效途径。生物质是最有前途的可再生能源之一,可以取代化石燃料以获得有价值的有机化合物。近年来,大力利用生物质能已成为一种必然趋势。用于生物质转化的传统热化学催化方法通常需要高温、高压等恶劣条件,甚至还需要外部氢或氧源。相比之下,在相对温和的条件下进行的生物质有机分子电催化转化为生产高价值化学品提供了一种绿色高效的策略。特别是,通过C―C键裂解将生物质衍生的分子转化为高价值的短链化学品至关重要。近年来,大量的研究证明过渡金属(TM)电催化剂由于其丰富的三维电子结构和独特的eg轨道增强了过渡金属-氧之间的共价键合,从而在有机物的C―C键断裂中起着至关重要的作用。此外,TM电催化剂的配位环境或电子结构会影响产物的选择性。毫无疑问,明确的反应活性位点和途径有助于深入理解催化剂结构与反应活性之间的构效关系。然而,TM电催化剂介导的生物质衍生有机分子的C―C键裂解反应用于生物质升级的研究目前尚处于起步阶段,其反应机理和催化反应过程尚不清楚。因此,有必要在原子水平上系统地了解电催化剂在C―C键裂解过程中的作用。在本综述中,我们首先依次介绍了广泛研究的TM电催化剂介导的生物质衍生有机分子(包括甘油、环己醇、木质素和糠醛)的C―C键裂解反应,并给出了一些典型的例子和相应的反应途径。然后,系统回顾了过渡金属化合物催化C―C键裂解的反应机理,揭示了界面行为,并构建了TM电催化剂的结构与裂解反应活性之间的构效关系。最后,我们简要总结了上述内容,并强调了在TM电催化剂上研究C―C键裂解的挑战和展望。我们期望这项工作可以为生物质的可控转化和合理设计C―C键裂解的TM电催化剂提供指导。

摘要：为了研究冲击微动磨损对蒸汽发生器换热管的影响,在200,250,285℃温度下开展了Inconel 690TT管与SUS405支撑的冲击微动磨损试验研究,通过扫描电子显微镜和能谱仪手段对磨损特征开展系统分析。结果表明,250℃和285℃温度下的磨损量相近,明显大于200℃下的试验结果。对磨损表面的分析发现,温度的升高会导致表面产生更为显著的剥层现象和表面硬度降低,进而导致磨损体积的增加。从能谱仪分析结果来看,在250℃和285℃下,氧化变得严重,但从C和Fe的含量来看,质量转移并不严重,但随温度上升质量转移略有上升。这说明冲击磨损主要的磨损机制是剥层,粘着磨损随着温度升高有上升趋势。冲击微动磨损机理研究结果对蒸汽发生器后续研究、设计和维护具有重要意义。

摘要：我国的工业副产气年产量巨大,是一种重要的制氢资源。由于其高杂质含量,回收其中的H_(2)需要采用复杂的工艺且成本较高,导致副产气的利用率低。相比传统方法,化学链制氢技术只需两步或三步即可制得H_(2),为工业副产气转化为高纯H_(2)提供了一条很有前景的途径。本文针对工业副产气化学链制氢技术的研究进展,讨论了工业副产气化学链制氢工艺的技术优势,总结了不同还原气对化学链制氢过程的影响。在化学链制氢反应过程中,H_(2)的反应活性优于CO,而CH_(4)的反应过程复杂,反应温度对不同气体的反应特性影响较为显著,杂质气体N_(2)和CO_(2)会对制氢过程产生不利影响。针对载氧体,高活性和稳定性载氧体是研究的重点,设计复合型载氧体、掺杂异价元素和负载离子导体等方法是改善载氧体反应性能的重要途径。总的来讲,化学链制氢技术取得了较快的进展,也为其他化学链反应研究提供了借鉴。

摘要：设计了一个材料科学与工程专业本科教学的综合实验并将其应用到教学中——平板式固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cells,SOFC)的构建以及性能测试,建立基于固体氧化物燃料电池用阳极材料、电解质和阴极材料的合成、表征及性能测试的综合性实验。通过查阅文献、确立合成路线、材料合成、SOFC制作、表征与测试等内容,使学生了解目前SOFC中常见的阴极/阳极/电解质材料种类、合成与制备、电池的构筑以及性能的测试方法。在教学设计与实施过程中以学生主动探索为主体,教师引导为辅助,锻炼学生的检索文献、设计实验和实验操作的能力,培养学生的创新思维、科学探究和团队协作的能力。

摘要：基于比较分子力场分析法(CoMFA),建立了16个已知活性的氟喹啉-4-酮衍生物抗肝癌活性(K_(S))的三维定量构效关系(3D-QSAR)模型,并研究该类结构与生物活性之间的关系.CoMFA模型的交叉验证系数(Q^(2))为0.338,拟合验证系数(R^(2))是0.987.此3D-QSAR模型的预测值与实验值基本一致,表明该模型具有显著的统计学可靠性和预测能力.该模型中立体场、静电场贡献率依次为41.9%、58.1%.根据3D-QSAR模型分析结果进行分子设计并完成活性预测,预测结果印证了分析的合理性,为该系列化合物的结构优化提供了合理建议.

摘要：利用电催化二氧化碳还原反应(CRR)将CO_(2)转变为有价值的合成气(CO/H_(2))受到广泛关注。CRR电催化剂的开发对于高效、精确制备合成气至关重要。本文综述了CRR制备合成气的反应过程、反应机理以及催化剂等方面的研究进展,介绍了现有CRR催化剂的种类、优点、存在的问题以及发展方向,具体分析了催化剂的掺杂元素种类和比例对反应中间体的影响,指出了掺杂非金属元素的金属原子边缘和活性位对CRR的作用,探讨了催化剂设计和反应条件调节对CO和H_(2)比例的精确调控。本文也讨论了增加反应活性位点、降低中间体的反应能垒等促进CRR以及调节合成气碳氢比的方式。此外,提出了可通过催化剂多级形貌调控、多活性位点设计、CO_(2)还原与阳极反应耦合等途径,提升CRR制合成气效率的策略。最后,探讨和展望了CRR制合成气在未来工业化生产中存在的挑战和问题。

摘要：随着我国提出新工科建设路线,结合地方高校(贺州学院)的地域特色和应用型人才的培养目标,本文通过课程考核形式,设计一个利用花生壳为原料制备出改性花生壳吸附剂(MPS)的试验。学生通过对吸附剂的合成、表征、试验设计和数据分析等环节,将《试验设计与数据处理》课程中所学知识应用到实际试验中,加深对课程知识的理解,锻炼其实际应用能力。

摘要：锂离子电池(lithium ion batteries,LIBs)具有高比容量和良好的循环稳定性等优点,广泛应用于动力电池和储能领域.然而正极材料理论比容量不高,传统的制备过程会带来电极电化学性能不均匀等问题,制约了LIBs的进一步发展.电极多孔结构优化设计是突破此瓶颈的一种有效方法.本文将以磷酸铁锂(LiFePO4,LFP)为正极电极,锂金属为负极的LIBs作为研究对象,建立了基于粒子Packing的活性材料球形颗粒填充模型和基于三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TPMS)的电极微结构三维模型;研究了电极的比表面积等特征参数对不同类型多孔结构的影响以确定代表性体积单元;建立了LFP正极的LIBs放电过程多尺度数学模型,并对恒电流密度放电过程进行数值模拟.研究表明:粒径为3200 nm的球形颗粒填充电极以5C放电倍率放电时容量减小量为47%,以1C放电倍率放电时电极表面浓度差异为66%;而4种新型TPMS电极以5C放电倍率放电时容量减小量均在1%以内,以1C放电倍率放电时电极表面浓度差异也均在1%以内,极大提升了电池的性能,且Gyroid型结构表现最优.本文对后期LIBs的优化设计具有指导意义,并提供数据和理论基础支持.

摘要：力致发光材料因其具有外力作用诱导产生发光的独特性质,其在冲击力、应力、张力或压力等作用力的传感,以及显示、照明、成像等领域具有巨大应用潜力,近年来引起了人们广泛关注。实验以二苯甲酰甲烷(DBM)、Eu(NO_(3))_(3)和三乙胺(TEA)为原料,通过共沉淀法快速合成了离子型Eu^(3+)配合物Eu(DBM)_(4)TEA。采用紫外-可见吸收光谱、红外吸收光谱和X射线衍射谱对配合物的结构进行表征,并测定配合物的荧光性质和力致发光性能。本实验是在现有科研成果的基础上开发的包含稀土金属有机配合物合成、产物仪器表征和产物性能模块化综合化学实验,实现了科教融合;实验原料廉价、实验操作简单,模块化的设计机动灵活,能满足基础实验、综合实验和趣味科普实验等不同层次本科教学需求;实验现象可视,有助于激发学生学习兴趣,提升学生专业认同感。

摘要：丙烯是重要的化工原料,广泛用于生产聚丙烯、环氧丙烷、丙烯醛、丙烯腈和丙酮等重要化工中间体以及合成树脂、合成橡胶和许多精细化工产品.目前生产丙烯的方法主要有石脑油裂解、催化流化裂化、丙烷脱氢、烯烃复分解和甲醇制烯烃等.其中丙烷脱氢因具有较高的丙烯选择性和较低的原料成本而备受关注,尤其是页岩气在全球的大量发现和开采,使得丙烷的原料成本持续下降,丙烷脱氢技术的迅速发展,但高效催化剂研发成为提升生产效率的关键.商业Pt基催化剂通常采用合金化的手段优化Pt颗粒的表面结构和中间体的吸附状态,进而获得较好的催化性能,但金属助剂的引入在一定程度上会弱化Pt位点的C–H键活化能力.针对该问题,本文从惰性C–H键活化角度出发,揭示了一种新的C–H键界面活化机制.通过金属-载体强相互作用诱导形成Pt-Ga_(2)O_(3)反向界面结构,密度泛函理论计算结果表明,Pt与Ga_(2)O_(3)之间存在强烈的电子扰动现象,使得界面处O位点表现出类金属的电子特性,在费米能级附近存在连续的电子态,这与Ga_(2)O_(3)本身离散性电子态呈明显对比,显示出Pt-Ga_(2)O_(3)反向界面结构的独特性质,使得界面O位点表现出极强的H吸附能和C–H键活化能力,其催化丙烷分子中亚甲基C–H键断裂的活化能仅为0.21 eV,远低于Pt(111)晶面的0.64 eV.原位红外光谱结果表明,反应过程中该界面结构会产生大量的羟基.根据过渡态的精细结构可知,反应位点是通过抓取H原子并随即稳定产生的C自由基完成C–H键的断裂,分析结果表明,H吸附能与反应能垒有着紧密的关联,而Pt-Ga_(2)O_(3)反向界面结构中,Pt基底赋予界面O位点独特的电子结构,同时也可以作为电子受体接收H传递的电子,从而表现出极强的H结合能和C–H键活化能力,其C–H断裂能垒要远低于各类Pt位点.进一步的分析表明,首个C–H键在Pt–O界面位发生断裂后,所形成的H物种会由O位点溢流至Pt颗粒表面,最终以H_(2)形式释放,留下的2-丙基碎片再经历甲基的C–H键断裂、H溢流、脱氢等步骤形成丙烯分子.而Pt颗粒表面的Ga_(2)O_(3)团簇也起到分割表面位点的作用,促进丙烯脱附的同时,有效弱化C–C键的断裂趋势,减少裂解副产物,生成丙烯的选择性超过99%.综上所述,本文构建的Pt/Ga-Al_(2)O_(3)界面位催化剂在丙烷脱氢反应中的性能要明显优于Pt/Al_(2)O_(3)以及工业常用的PtSn/Al_(2)O_(3)催化剂,揭示了一种全新的C–H键活化策略,并探究其中的化学机制,既可以深化对界面协同催化的理解,又可以为高性能催化剂的设计提供借鉴和指导.