化学前沿 主讲教师 刘红瑜   中国科学技术大学 开课时间 2021-04-15 至 2021-06-15 学习总人数:581人 视频时长:8:0:57


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《化学前沿》MOOC课程采用视频、ppt及动画多种手段相结合的讲授方式。通过丰富形象的图片、幽默有趣的动画及清晰的讲解来展示化学学科的前沿研究进展。实现集文字、视频、图片、动画、声音等于一体的MOOC教学过程,其中包含了化学领域的研究进展,重点介绍了化学与能源、化学与仿生材料、化学与医学、化学与环境的研究热点。

 


第1章 绪论
> 1.1绪论
第2章 化学与能源
> 2.1 化学与能源概要
> 2.2 储能用碳基纳米材料
> 2.3 催化理论知识1
> 2.4 催化理论知识2
> 2.5 二氧化碳还原机理1
> 2.6 二氧化碳还原机理2
> 2.7 二氧化碳还原为一氧化碳1
> 2.8 二氧化碳还原为一氧化碳2
> 2.9 二氧化碳还原为甲酸
> 2.10 二氧化碳还原为醇
> 2.11 燃料电池
> 2.12 锂离子电池1
> 2.13 锂离子电池2
> 2.14 太阳能电池
> 2.15 超级电容器
> 2.16 生物质转化
> 2.17 煤洁净转化与利用
> 2.18 固氮合成氨
第3章 仿生学
> 3.1 自清洁材料
> 3.2 生物矿化及生物矿物研究进展
> 3.3 仿生防护材料
> 3.4 仿生纤维材料
> 3.5 仿生自修复材料
> 3.6 仿生智能光电转换材料与器件
> 3.7 仿生黏合剂
第4章 化学与医学
> 4.1 纳米药物载体
> 4.2 化学与医学诊疗
> 4.3 纳米酶
第5章 化学与环境
> 5.1 化学与空气污染治理
> 5.2 海水污水净化处理
> 5.3 旧物回收利用
仿生材料——可替代塑料的仿生可持续结构材料
2021-05-11 10:35:53

中国科学技术大学俞书宏院士团队将仿生结构设计理念运用于高性能生物基结构材料的研制,发展了一种被称为“定向变形组装”的新型材料制造方法,实现了具有仿生结构的高性能可持续材料的规模化制备。通过这种定向变形组装方法,团队成功地将纤维素纳米纤维(CNF)和二氧化钛包覆的云母片(TiO2-Mica)复合制备了具有仿生结构的高性能可持续结构材料。所获得的结构材料具有比石油基塑料更好的机械和热性能,有望成为石油基塑料的替代品。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-19174-1

快充锂离子负极研究
2021-05-11 10:34:32

消费电子、电动汽车、分布式储能等产业的快速发展对锂离子电池综合性能提出了越来越高的要求。例如:传统燃油汽车仅需五分钟即可满油增程500公里,而目前市售最先进的电动汽车则需要充电一小时才能达到同样的增程效果,虽然电动汽车愈发受到市场青睐,但漫长的充电时间也让人望而却步。发展具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命的锂离子电池已成为电化学能源领域的重要方向。

决定锂离子电池功率密度的关键之一在于负极材料的倍率性能。季恒星课题组近年来的研究发现:黑磷用作碱金属离子电池负极具有极高的质量容量(Angew. Chem. Int. Ed.202059, 2318ACS Appl. Mater. Inter.201911, 16656),且黑磷的层状结构和半导体性质也预示黑磷应具有极高的倍率性能。但是深入研究发现黑磷容易从二维片层的边缘开始发生结构的破坏(J. Am. Chem. Soc.2018140, 7561),通过化学修饰可以稳定黑磷的边界结构并伴随着相关物理性质的重现(Angew. Chem. Int. Ed. 201958, 1479Adv. Mater. 201729, 1605776)。受这些研究结果启发,季恒星等采用高能球磨的办法获得了黑磷纳米片与石墨纳米片并肩平行排列且通过碳-磷共价键连接的复合材料,使锂离子能够在复合材料内高效穿梭;更进一步通过聚苯胺包覆优化固态电解质界面膜,使锂离子能够快速进入复合材料

全文链接:https://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aav5842

多元硫化物单晶纳米带光催化剂
2021-05-11 10:33:32

设计新型半导体纳米材料以捕获太阳能并实现高效光化学转化是解决当前全球能源与环境危机的一种理想途径之一。铜基多元硫化物(Cu-Zn-In-SCZIS)和Cu-Zn-Ga-SCZGS))具有良好的可见光吸收性能,因而被作为一种重要的光催化剂材料。然而,其低的电导率和高的光生载流子复合速率阻碍了铜基四元硫化物在光催化领域的应用。目前,如何制备高效的铜基四元硫化物光催化剂仍然面临挑战。

近日,中国科学技术大学俞书宏院士团队发展了一种胶体化学合成法,成功制备了四元硫化物单晶纳米带光催化剂,这种单晶纳米带表现出优异的光催化产氢性能。

附论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-020-18679-z


仿生材料研究进展——中国科大研制各向同性全生物质仿生木材
2021-05-10 09:47:48

中国科学技术大学俞书宏院士团队通过深入解析生物质微观结构,提出了一种利用生物质天然纳米结构的全新的生物质表面纳米化策略,基于这种策略构筑了一种可持续新型各向同性仿生木材( “RGI-wood”)。该策略巧妙地利用了木屑等生物质中天然的纤维素纳米纤维,将其暴露在木屑颗粒表面,并使其互相交联从而构筑无需任何粘合剂的高性能人造木材。

论文链接: https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa230

仿生材料最新研究进展——中国科大研制新型仿生手术缝线
2021-05-10 09:45:39

医用材料是一类具有高附加值的材料,目前市面上的高端医用材料大多依赖进口,价格十分昂贵,因此发展具有自主知识产权的国产高端医用材料迫在眉睫。近期,中国科学技术大学俞书宏院士团队基于藕断丝连这一自然现象,深入探究了莲丝纤维的微观结构与力学性能,并受此启发研制出了一种可用于手术缝线的仿莲丝细菌纤维素水凝胶纤维

论文链接:https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c03707

最新研究进展——中国科大在单原子催化剂仿酶催化方面取得重要进展
2021-04-29 09:22:11

单原子催化剂在许多化学和生物反应中具有优异的催化活性,被认为是天然酶的潜在替代品。目前利用单原子催化剂实现单一的氧化或还原反应已经被很多文献报道证实。同一材料体系中同时实现氧化和还原反应仍是一个挑战近日,中国科学技术大学吴宇恩教授团队报道了一种仿生复合材料:yolk-shell Pd1@Fe1。相关工作以《Simultaneous oxidative and reductive reactions inone system by atomic design》为题在Nature Catalysis上发表。

论文链接:https://doi.org/10.1038/s41929-020-00563-0



最新研究进展——中国科大揭示了表面位点敏感的界面电荷转移和光催化反应效率
2021-04-29 09:18:53

中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心、化学与材料科学学院黄伟新教授和华东理工大学龚学庆教授、中国科学技术大学张群教授、中国科学院大连化学物理研究所范峰滔研究员合作研究了优先暴露不同晶面的锐钛矿TiO2纳米晶光催化甲醇氧化反应,揭示了TiO2表面位点敏感的界面电荷转移和光催化反应效率。研究成果于38日以“Site Sensitivity of Interfacial Charge Transfer and Photocatalytic Efficiency in Photocatalysis: Methanol Oxidation on Anatase TiO2 Nanocrystals”为题发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202014037



最新研究进展——中国科大在三氟甲基连续可控脱氟转化领域取得重要进展
2021-04-29 09:17:50

中国科学技术大学汪义丰教授研究团队和合作者发展了一种三氟甲基逐级可控脱氟官能团化反应。该反应从廉价易得的三氟乙酸衍生物出发,通过spin-center shift的过程,选择性切断一个和两个碳-氟键,然后转化为结构多样的功能性双氟和单氟产物。北京时间3月5日,国际著名学术期刊《科学》杂志以“First Release”形式在线发布了该项工作。论文链接:https://science.sciencemag.org/content/early/2021/03/03/science.abg0781

最新研究进展——中国科大在非均相催化剂均相化方面取得重大进展
2021-04-29 09:17:28

中国科学技术大学化学与材料科学学院吴长征教授实验课题组和工程科学学院近代力学系的吴恒安教授理论计算课题组合作,将电催化活性金属溶解熔融态中,成功实现了非均相催化剂表面活性位点的均相化,将二氧化碳还原产物甲酸的选择性提高到95%以上,相关成果于311号在线发表在自然催化》杂志上 (Nature Catalysis 2021, DOI: 10.1038/s41929-021-00576-3)

最新研究进展——中国科大在多级孔金属有机骨架研究中取得进展
2021-04-29 09:16:11

中国科学技术大学的刘波教授课题组提出了氨气气相蚀刻的方法,在羧酸配位的微孔MOF (HKUST-1, [Cu3BTC2]BTC = 1,3,5-苯三羧酸)中生成介孔,制备分级孔MOF (图1)。相关研究成果以“Molecular Surgery at Microporous MOF for Mesopore Generation and Renovation”为题,于4月6日发表在《德国应用化学》(Ange. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202103104)。

文献调研
2021-04-26 10:10:30

前沿课程只是引子,要加强相关领域的文献调研才能拓展学习的维度和深度

视频和习题库结合学习
2021-04-25 10:23:53

大家可以先进行视频学习,课后有习题库进行巩固学习。

开课了
2021-04-20 16:01:10

化学前沿开课了,欢迎大家来学习

配套教材
参考教材