第3届全国大学生化学实验创新设计竞赛

发布时间：2024-11-22 23:30

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Select美味的化学奥秘——奇妙的美拉德反应大学化学 2023, 38 (4): 22-34. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202209091

美食的制作过程本质上是复杂的化学反应，其中最著名的是美拉德反应，它是食品色泽、风味的来源。本实验对复杂的美拉德反应体系和实验研究方法进行了创新性至简化设计，以常见氨基酸、蛋白质与糖为原料，开发了在家用微波炉就能完成的简单、安全、易于操作的美拉德反应，产物具有不同的怡人特征风味，并通过紫外-可见光谱、气质联用分析技术解析了风味产物的结构，建立美味与化学成分之间的本质关联。同时，将美拉德反应应用于厨房里的美食制作，现场烹饪出色、香、味、营养俱佳的菜肴。由简至繁、由浅入深、层层递进的科普实验设计，适合于社会各层次人群。本科普实验普及化学知识，解密美味之源，探索美味化学，使人们懂得制作并享受健康美食，热爱生活；也充分展现化学的神奇与魅力，有助于激发社会公众对化学的兴趣与热爱。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select香豆素-3-羧酸的绿色合成及其光谱性质研究

王静, 宋福想, 左峻泽, 公跃程, 张秉乾, 王书文, 高洪涛

大学化学 2023, 38 (4): 227-236. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202209093

对“香豆素-3-羧酸的制备”实验方案做了改进：以绿色无毒的L-脯氨酸为催化剂，在无溶剂的条件下制得中间体，采用“一锅煮”不分离的方法得到高产率的香豆素-3-羧酸。运用红外光谱、核磁共振等手段表征结构，研究了紫外吸收光谱和荧光光谱性质。改进后的实验方案绿色环保、产率高、重现性好、成本低、综合性强，有助于培养学生探索、创新的研究精神和团队协作能力，提升学生分析整理数据，运用理论知识解决问题的综合实验技能，适合推广至本科生高年级教学。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select防火于“未燃”——一种织物的“可膨胀”阻燃涂层

符志成, 汪婷, 张润滋, 李丽, 李小英, 邓瑾妮, 姜艳, 陈明军

大学化学 2023, 38 (4): 169-176. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202210019

防火安全宣传和教育是保护公众生命财产安全的关键环节，开展火灾和阻燃相关科学知识的传播普及是当前提高国民的防火安全意识、减少火灾事故发生的重要手段，然而，目前围绕阻燃相关知识的科普还比较缺乏。因此，本文用简捷方法构筑家庭日常织物的“可膨胀”阻燃涂层，赋予其阻燃性，通过大众触手可及和喜闻乐见的艺术形式，如设计有趣且生动形象的实验和机理动画，向青少年普及燃烧三要素、阻燃材料、阻燃机理等化学和材料知识，实现让阻燃织物制备从实验室走向家庭课堂。本文针对各个年龄阶段的公众设计多维度“防火于未燃”的科普实验，不仅有利于青少年感受化学魅力、增强对化学的兴趣，而且能让前沿的科技成果实践于现实生活中，有助于提高全民的防火安全意识和科学素质。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select参膏入水松花绿——皮蛋的奥秘

彭梓欣, 钟瑞芹, 王政杰, 江洪

大学化学 2023, 38 (4): 143-150. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202210001

皮蛋，又称松花蛋，是我国一道家喻户晓的美食，历经数百年发展，工艺不断改进，现已成为我国蛋品行业的重要品种。皮蛋腌制从鲜鸭蛋出发，经历化清、凝固、转色、成熟四个阶段。本文以化学人的视角，阐明皮蛋形成原理，利用鸭蛋清和氢氧化钠、鸭蛋清与单宁酸以及L-精氨酸与D-葡萄糖反应，结合可视化和仪器检测手段展示皮蛋形成过程中的化清、凝固、转色等关键过程中的化学原理，利用镁试剂颜色变化验证了松花中含有氢氧化镁，同时设计了趣味性互动方案，通过常用厨房用品，读者可自己动手探究这些变化，旨在激发读者探索化学的兴趣，增加对中华民族传统美食的热爱。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select理性改造光脱羧酶并用于反式脂肪酸选择性脱羧反应

曾森海, 鲍雨妍, 曹奡, 黄小强

大学化学 2023, 38 (4): 243-252. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202210002

立足光酶催化合成和酶的理性改造等研究前沿，设计了一例光酶催化的反式脂肪酸高选择性脱羧去除实验。具体地，本实验借助分子对接技术，理性设计脂肪酸光脱羧酶CvFAP的突变体V453E-CvFAP，并实验验证该突变体能够选择性地催化反油酸的脱羧反应，从而实现顺式脂肪酸的富集。实验涉及培养细胞、诱导酶表达、提取酶液、设计反应以及产物的定性、定量分析等内容，非常适合在化学生物学实验或综合化学实验课程中开设。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select1,2-二咔唑基-4-溴苯的合成及长余辉性质表征

吕华星, 顾若冰, 倪骥腾, 韩春苗, 许辉

大学化学 2023, 38 (4): 319-330. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202210050

有机功能材料是有机化学重要的研究方向之一。将国际前沿的先进有机功能材料合成方法及其性质表征引入到基础有机化学实验，有望进一步丰富教学内容，促进本科教学与科研成果之间的衔接。基于此目的，本项目选择有机长余辉材料这一国际前沿研究热点，与芳香亲核取代反应实验教学相结合，指导学生认识合成反应在构建有机功能材料中的关键作用，进一步将知识体系延伸至现代波谱技术，树立学生正确的科学观念。通过本项目，形成“有机反应-分子结构-材料功能”为链条的系统教学，培养学生的科学素养和综合创新能力。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select正电超分子手性介质的点击构筑及氨基酸高效拆分——化学实验课程思政探索与实践

杜延麒, 李汝婧, 杨纪同, 李媛, 靳晓宁, 王勇

大学化学 2023, 38 (4): 58-67. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202210051

手性是生命的本质属性，分子手性与生命现象的精细调控息息相关。不同对映体药物的药理、毒理高度差异化。面对快速增长的手性药物市场，发展高效精准手性拆分策略，已成为当前医药领域的迫切需求。本实验面向新工科2.0，首次提出构建“手性拆分工坊”综合实验构想。利用点击化学绿色合成策略实现单正电环糊精的高效接枝，构筑正电超分子手性介质，探讨基于分子间弱相互作用的手性识别机制，藉此发展外消旋氨基酸衍生物的高效色谱手性拆分方法，优化手性色谱分离条件，获得丹磺酰氨基酸的精准拆分规律。实验立足新工科化学专业建设，涵盖绿色合成、仪器分析、物化机制和无机材料等基础化学知识，并融合前沿技术理论及产业应用，打造课程思政引导的化学专业人才培养新范式。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select普鲁士蓝薄膜的电化学制备及其光电性质研究

尉云平, 刘婷玮, 陈涵睿, 李金元, 林猛

大学化学 2023, 38 (4): 1-6. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202210056

在创新教育背景下，设计普鲁士蓝薄膜合成及其光电性质研究的教学实验，将科学研究成果引入大学综合实验中。采用简单电化学沉积法，在ITO导电玻璃表面制备得到普鲁士蓝膜，利用扫描电子显微镜、X射线衍射、循环伏安法、紫外-可见吸收光谱等研究普鲁士蓝薄膜的物理化学性质。基于大学生在化学实验中已掌握的实验技能，结合已有的电化学综合实验，设计搭建原位紫外-可见光谱电化学及光电流测试平台。通过具体的实验操作，在了解普鲁士蓝与普鲁士白等相互转化原理的基础上，进一步认识普鲁士蓝电致变色现象及光电流产生的过程，以此激发学生对光电化学实验的兴趣，有助于学生科学发散思维的拓展和实验技能的提高。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 SelectKeggin型十二钨磷酸盐@g-C3N4皮克林乳液微反应器促进苯甲醛高效氧化

马媛媛, 韩占刚, 张硕, 高一凡, 张霈璇

大学化学 2023, 38 (4): 199-206. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202210068

改进设计了一个12学时的综合化学实验。在现行教材Keggin型多酸合成与苯甲醛氧化反应基础上，引入双亲性二维材料g-C3N4，构筑Keggin型多酸@皮克林乳液微反应器，通过实验改进促进了苯甲醛氧化反应的高效进行，实现了反应场所的优化设计。同时，Keggin型多酸的选择由十二钼磷酸(H3PMo12O40)改进为十二钨磷酸钾(K3PW12O40)，利用钨系多酸独特的抗氧化特性，促进催化反应的快速进行。K3PW12O40的合成过程简单、原料绿色易得，避免了易燃溶剂(如乙醚)的使用。双亲性g-C3N4材料具有较大的比表面，亲水基团和共轭骨架结构可以同时吸附多酸分子、过氧化氢分子和苯甲醛分子，促进过氧化氢和苯甲醛的等摩尔比高效快速转化。相较于原教材内容，改进实验更加符合绿色化学“原子经济性”的特点，实验中红外光谱和薄层色谱表征技术的使用，加强了理论学习与实践操作的融合。该实验充分体现了成果导向(OBE)教育理念，以创新型人才培养为目标导向，将学科前沿研究成果引入本科生实验教学，培养化学类大学生的创新意识以及提升他们综合分析、解决问题的能力。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select一种聚集诱导发光(AIE)铜碘簇合物的合成及其在构筑长余辉发光材料中的应用

曾芃誉, 白冰, 兰佳琦, 刘园园, 张宗培, 李恺

大学化学 2023, 38 (4): 207-215. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202210070

设计了一个4学时的无机化学实验，通过学习一种具有聚集诱导发光(AIE)特性的铜碘簇合物的合成及其在构筑长余辉发光材料中的应用，使学生掌握无机簇合物合成、晶体生长等技能，加深其对教材中配位化合物、簇合物、旋光异构体、杂化轨道等概念的认识与理解。同时，将AIE和长余辉发光这些化学研究前沿热点引入本科实验教学，通过有趣直观的化学现象，激发学生的学习热情。结合课堂讲解、文献阅读，引导学生探索化学现象背后的机理。本实验学时紧凑，所需的试剂仪器简单、成本低廉，适合在化学或相关专业的本科实验教学中推广。本实验符合教育部高等学校化学类专业教学指导委员会《化学类专业化学实验教学建议内容》关于“物质的合成与制备”中对于“簇合物”知识点的相关内容要求，丰富了传统无机实验课程内容。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select舞蹈“镓”——镓心跳及相关性质科普实验

王珠宁, 舒姗, 陈丽, 丁琼, 张海波

大学化学 2023, 38 (4): 192-198. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202210076

镓，是“合金奇才”，是“半导体大师”，亦是大众的知识盲区。因此，我们引入了一系列实验，旨在为大众揭开“镓”的神秘面纱。本实验内容丰富，主要包含硫酸体系、碱性体系和过氧化氢体系中不同形式的“镓心跳”实验。同时本科普实验兼具试剂安全、操作简单、现象有趣的特点，充分地展现了化学魅力与化学奥妙，契合科普实验的需要，通过合理设计编排，以结合镓的物理性质小实验的方式可实现对不同年龄阶段具有不同知识背景的受众的科普。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 SelectP—C(sp2)键“断裂-重组”策略: 构建新的有机膦

王琪琳, 王明浩, 徐吉祥, 刘俊华

大学化学 2023, 38 (4): 237-242. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202210017

将有机膦化学的科研前沿领域引入到本科实验教学，以廉价易得的三苯基膦和丙炔酸乙酯为原料，在温和的条件下，实现了新的有机膦分子的快速高效构建。本实验融合了有机化学实验教学中的多个方面，具有反应时间短(15 min)、操作简单的优点。最后产物经熔点、核磁共振波谱及高分辨质谱进行表征。通过本实验，学生可了解膦化学发展的前沿领域，加深对开设反应整个流程的理解，进一步掌握实验室常用的分离、分析手段。本实验有利于培养学生综合运用有机化学、分析化学和仪器分析等知识解决问题、分析问题的能力，激发学生的科研兴趣，有助于创新人才的培养。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select酰胺的制备新创实验——N-二苯甲基乙酰胺

马献涛, 于静, 袁超, 杨硕, 袁格, 曹俊涛

大学化学 2023, 38 (4): 277-283. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202210106

以二苯甲醇与乙腈为原料、摩尔比5%碘单质或对甲苯磺酸作为催化剂，加热反应2 h，即可得到~85%分离收率的N-二苯甲基乙酰胺产物。本新创实验基于绿色化学理念，综合了醇的性质、碳正离子理论、Brønsted与Lewis酸碱理论、Ritter人名反应等基础知识和基本理论，强化了TLC (薄层层析色谱)、重结晶、抽滤、烘干、熔点测定等基本实验操作，涉及到气相色谱-质谱联用、核磁共振等产物分析、表征的科研方法，渗透了单一变量法等基本科研思维，整个实验流程约需3–4 h，试剂成本~1.2元/人次，便于采用分组对照开展实际教学。总之，该新创实验既紧扣课本教材，又联系科研前沿，“顶天立地”，符合新课改“高阶性、创新性和挑战度”的要求。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select应用微通道反应器技术成对电合成葡萄糖酸锌和山梨醇

杨鹰, 周湘林, 谭勇棋, 侯勃宇, 刘佳惠, 王智林, 崔红波, 刘哲, 李聪, 崔斌, 李延

大学化学 2023, 38 (4): 160-168. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202210032

“电化学氧化葡萄糖制备葡萄糖酸锌”是一个本科生有机电合成实验，通常使用H型电解池作为反应器，存在着合成时间长、合成电压高、电流效率低等缺点。电化学微通道反应器可降低合成电压、有效增强传质。本实验以培养学生的独立思考和逻辑思维能力为导向，将这个实验改进为一个综合化学实验，通过自制的电化学微通道反应器进行成对电合成葡萄糖酸锌和山梨醇。教学过程中首先向学生介绍相关原理和基础知识，继而引导学生应用循环伏安法选择合适的合成电压，然后组装反应器进行成对电合成，最后进行产物的分离和鉴别并展开分析和讨论。通过本实验，学生将理解循环伏安法等电分析方法为什么能为电合成提供指导信息，理解成对电合成的优点，了解电化学微通道反应器新技术的应用优势，了解电化学合成与绿色化学的关系。本改进实验教学内容丰富，涉及电合成、电分析、滴定分析等多个典型实验技能，有助于学生在分析问题、解决问题的过程中培养科学思维和创新能力。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select二氧化硅光子晶体的超快速制备

梁驰予, 张思翰, 卢晨昕, 朱宝林, 邱晓航

大学化学 2023, 38 (4): 184-191. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202210039

光子晶体是一种折射率在空间呈周期性变化的光学纳米结构，具有光子带隙，能够调控光的传播。由于其独特的光学性质，光子晶体被广泛应用于通信、光电、化学传感、无墨印刷等领域。本实验将光子晶体引入本科实验的课堂，利用改进的Stöber法合成单分散二氧化硅微球，并创新地采用滴涂法进行自组装，快速简便地制备了光子晶体。整个实验过程耗时短，易操作，成本低廉，效果鲜明，富有趣味。在这个实验中，学生能够巩固基础操作，掌握纳米化学和胶体自组装的相关知识和操作，还能够通过综合光学和结构化学的知识，初步分析结构色的产生原理，提高学以致用的能力和多学科交叉综合素养。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select超分子化学在本科实验中的运用——六元瓜环对氨基苯酚同分异构体的新型分离方法

林文浩, 刘明, 杨茂霞, 张佳怡, 王成会, 肖昕

大学化学 2023, 38 (4): 260-268. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202210088

基于“厚基础，宽专业，大综合”的研究型实验教学思想，本文在本科教学实验中融入超分子化学理论知识，设计创新综合实验。选取六元瓜环为主体，运用超分子自组装原理实现邻、间、对氨基苯酚同分异构体选择性梯度分离，分离纯度分别达91.46%、94.16%、96.70%。整个实验中主要原料均可回收再利用，充分体现了绿色化学理念。同时，本实验使用多种化学实验的基本操作，包含薄层色谱法、液相色谱法、红外光谱法等重要分析手段对目标产物进行分离进程监测、纯度分析与结构表征，能够使学生结合基础理论知识解释实验原理、分析实验现象，进一步提升学生的研究型素养和综合运用知识的能力。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select从柔到刚——配位聚合物“夜明珠”

廖虹伊, 梁振羽, 黄铭骏, 朱自强, 叶嘉文, 陈玲

大学化学 2023, 38 (4): 35-43. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202210037

开发新型有机/配合物长余辉材料，并通过研究其结构与性质的关系，来提高长余辉性能，是当前的研究热点。本实验涉及一种铜碘簇配位聚合物(CuIU)，其存在立方(C，Cubic)和三方(T，Trigonal)相。虽然二者的分子式相同，但由于结构框架的结晶方式不同，导致较刚性的T-CuIU具有明显的长余辉性质，而柔性的C-CuIU则没有。合成过程在盐溶液中常温进行，条件温和，仅需简单的搅拌、离心、干燥等操作就能完成，适合在本科生实验中推行。其中，短时间搅拌反应得到的是C-CuIU，而长时间搅拌得到的是T-CuIU。C、T两相的转化容易控制，二者的余辉差别肉眼可观察。通过引入结构模型教具、荧光墨水、丝网印刷等可进一步提高课程的生动性与趣味性。该实验有助于学生了解金属簇配合物的合成方法，认识配合物结构与性质之间的深刻联系。同时，实验还融合了X射线粉末衍射仪、荧光仪、热重分析仪等科研仪器的操作，具有较好的科教融合效果。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select镍碳/泡沫蒸发器的制备及其光热蒸发水性能

张彬, 谢思琪, 牟城仪, 管志远, 杜耘辰

大学化学 2023, 38 (4): 253-259. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202211017

在“双碳”目标的引领下，推动教育教学体系改革是培养能源领域高技能人才的必要途径之一。太阳能海水淡化具有节能、环保、出水纯度高等优点，针对太阳能驱动界面水蒸发这一科学前沿，设计了一个研究型综合实验。本实验涵盖了光吸收材料的光热转换机理、三聚氰胺泡沫的合成、Ni-MOFs材料的合成、由Ni-MOFs前驱体合成镍碳微球以及材料的表征和性能等内容。将具有应用前景的研究成果转化为综合实验，能够培养学生的科研思维和综合分析能力，加深对产学研一体的认识。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select一锅法两步合成香茅醛

王婷, 吴锦娇, 张莹, 柴新怡, 安鹏, 史勇

大学化学 2023, 38 (4): 53-57. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202211025

烯烃亲电加成反应和卤代烃消除反应在本科生有机化学基础理论知识学习中十分重要，与之有关的教学实验却不多，理论与实践的脱节导致学生对其反应原理的理解不尽如人意。本实验采用异蒲勒醇为原料，经过烯烃双键的亲电加成和Grob碎裂这一特殊的卤代烃消除反应，在室温下以“一锅两步”的方式合成价格高昂的R构型香茅醛。实验具有原料易得、操作简单、条件温和、训练全面等特点，适合本科教学，可帮助学生在熟练实验操作的同时，增强对理论知识的理解。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select具有AIE和ESIPT双重性质的荧光分子的合成及光物理性质初探

刘思阳, 孙宇, 李云妍, 张岩

大学化学 2023, 38 (4): 269-276. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202211042

化学实验训练是化学专业教学中不可或缺的一环，但陈旧的实验方案在一定程度上限制了学生的探索和创新精神。本实验方案深入结合科学前沿的热门领域，利用羰基的亲核加成反应，制备了一种具有聚集诱导发光(AIE)和激发态分子内质子转移(ESIPT)性质的荧光小分子。实验研究了该分子的基本光物理性质及酸碱刺激响应能力。整个反应过程不使用有毒或危险性试剂，反应物只需在乙醇中回流0.5 h即可完成，充分体现绿色有机合成的策略。实验过程紧凑有序，现象明显且荧光色彩变化丰富，能够更好地激发学生的实验热情。同时，本实验充分融合了有机合成基本操作及核磁共振、红外光谱、紫外可见吸收光谱、荧光光谱等多种现代分析和表征方法，是一个直观有效的开放性实验，可有效提升学生的专业综合素质、培养学生的创新性研究能力。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select重氮盐合成实验的改进与拓展

刘义, 雷清云, 秦文玉, 王珂, 李家柱

大学化学 2023, 38 (4): 284-290. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202211045

有机化学实验是化学及相关专业学生的重要单列实验课程，其目的在于通过实验教学，使学生训练并掌握有机合成的基本技能，学会正确选择有机化合物的合成、分离、提纯和分析鉴定的方法。“重氮盐的制备及其反应”是有机化学实验课程中的经典实验项目，但在实验过程中发现很多问题，比如浓盐酸刺激性和腐蚀性强、产生强酸性废水、产物稳定性差、须严格控温和产率不稳定等。本项目旨在改进重氮盐的合成方法，提高反应效率和溶剂利用率，优化后处理过程，减少刺激性物质的使用和三废排放，使之更符合教学实验和绿色化学要求；同时，改进后的实验增加了偶氮染料合成和有机波谱表征内容，训练学生通过核磁共振谱和质谱对目标化合物进行表征，通过紫外可见吸收光谱对染料的吸收光谱性质进行研究，更有利于学生综合素质的培养。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 SelectRGB阵列式荧光传感技术用于检测高原湖泊中多种重金属离子

马璐瑶, 张钧富, 陈怡橦, 杨通

大学化学 2023, 38 (4): 78-87. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202211048

众所周知，重金属离子难在自然界中降解，一定量的重金属离子会在生物体中发生富集，严重威胁生命体健康。云南省拥有丰富的高原湖泊淡水资源，开展对高原湖泊重金属污染的研究，有助于深入了解高原湖泊重金属污染的现状，为其治理提供依据。荧光探针在重金属离子检测方面具有灵敏度高、选择性好、操作简单等优点。本新创实验将合成三种不同荧光发射的纳米材料：碳点(CDs，蓝色)、量子点(CdTe QDs，绿色)、金纳米簇(Au NCs，红色)。在96孔板中，分别加入以上三种荧光纳米探针以及CDs和Au NCs的混合式比率型探针，形成5 × 12的阵列形式，通过荧光猝灭及比率荧光的方式实现对高原湖泊水样中Pb2+、Cu2+、Hg2+的检测。本实验还在紫外灯下，借助智能手机APP——Colorimeter X读取溶液的R、G、B值，基于此可实现金属离子的便捷式检测。本新创实验仪器小型化、高通量检测、视觉效果好，在应用于高校综合性实验开展方面，可解决部分高校实验仪器短缺、本科实验枯燥、与科研前沿相脱轨的问题。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 SelectAIE材料合成、表征及其在防伪印刷中的应用

何亚珂, 张思怡, 黎雅珊, 何本钊

大学化学 2023, 38 (4): 134-142. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202211077

荧光防伪印刷技术即是将特殊的荧光印刷油墨融合到标识上，并借助额外的激发光才能找到加密信息，从而起到防伪作用。荧光防伪多在膜或固态下使用，因此需要荧光油墨在这些状态下具有强的发光性质。聚集诱导发光(Aggregation-Induced Emission，AIE)分子是一类在单分子状态下发光较弱甚至不发光而在聚集状态下表现出强烈发光的分子。而水杨醛席夫碱分子作为一类合成简单、荧光强度高的典型AIE分子，具备刺激响应荧光机制，其在酸碱环境下表现出不同的荧光特性使得这一类分子在防伪印刷领域有突出的表现。本论文通过水杨醛与胺的亲核加成反应一步制备水杨醛席夫碱AIE分子，并进一步展示其在防伪印刷中的应用；通过对该分子在不同环境下的表征，阐明其AIE特性和刺激响应荧光机制在防伪印刷应用中的作用。本实验原料易得、安全、成本低廉，所需仪器常规，符合实验教学要求，通过本实验训练，学生不仅掌握了席夫碱类化合物的制备方法，同时也学习了水杨醛席夫碱分子的刺激响应荧光在防伪印刷中的应用。结合课堂教学和拓展阅读，使学生进一步了解防伪印刷产品的特性以及设计思路。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select走进奇妙的分子聚集态世界——渗透扩散及表面张力的魅力

李洋, 陆心宇, 张湘川兰, 宋知远, 徐庆红

大学化学 2023, 38 (4): 116-123. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202211071

化学世界丰富多彩。认识多姿、多彩的材料形成过程，揭示产物生成的奥秘，通过对宏观化学现象的观察，推测产物生长的微观过程，增强学生对化学的学习兴趣，是化学实验教学的主要目的之一。本实验以“界面反应”为切入点，以多彩多姿分子聚集体为目标产物，通过自主设计的反应器，以多孔陶瓷砂芯为隔离层，利用渗透和扩散效应、表面张力及界面反应机理，在砂芯表面可控形成白色、蓝色、绿色、粉色等多彩中空纤维状及珊瑚礁状等多姿的分子聚集体。本科普实验方法安全、新颖、简单，现象明显，具有很高的观赏性，旨在达到在探索微观世界形成过程中发现化学无穷魅力，认识“美丽化学”“奇妙化学”的真实内涵，激发学生对化学学科学习热情之目的。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select自搭建离子色谱仪及其在无机阴离子检测方面的应用

李思媛, 李嘉辉, 刘泰恒, 陈招斌, 任斌

大学化学 2023, 38 (4): 311-318. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202211083

为了帮助学生深入理解化学分析仪器的构造和工作原理，训练学生的创新思维、实践能力和团队协作能力，增强学生在化学分析仪器相关的基础实验中的参与感，设计了可供学生自行搭建离子色谱仪的新创实验，并将其应用于无机阴离子的检测。实验包含具有完整功能的离子色谱仪整机以及关键部件“电化学离子抑制器”的组装搭建，仪器基本功能的调试和性能测试以及自来水、湖水和茶水等实际水样中阴离子的定性和定量检测。该项目采用商品化的标准组件和自行加工的部件来搭建仪器，实验复现性高，还可以有效训练指导教师专业综合素质，显著提升基础实验教学效果和水平。与商品化整机比较，价格低廉，对教学经费投入要求低，适合在高校中化学及相关专业的仪器分析基础实验教学中推广。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select紫外引发聚合联合原位氧化聚合制备光热响应性软体驱动水凝胶

温杰, 李赞, 胡建华, 崔兴臣, 计志娜, 王铁强

大学化学 2023, 38 (4): 98-105. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202211090

针对高等学校高分子科学实验教学项目缺乏时代创新性的现状，提出了将两种聚合策略联用的手段，制备具有光控响应特性的聚合物基软体驱动水凝胶材料，并对其光热驱动行为进行表征，以拓展学生对高分子材料在仿生智能应用领域的认知。本实验首先利用紫外引发聚合的方法制备具有温度响应特性的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)水凝胶，并进一步联合导电聚合物的原位氧化聚合策略，在PNIPAM水凝胶的内部原位生长具有光热效应的导电聚合物材料，从而制备得到具有光热响应特性的软体驱动复合水凝胶材料，并最终通过近红外光照射的方式，探究所制备光热驱动水凝胶的智能响应驱动性能。本实验立足于当代前沿研究热点，内容既涵盖利用基础聚合方法制备高分子材料，又包含功能性聚合物材料的性能表征，不仅可以夯实学生对高分子聚合方法的理解，还可以拓展学生对功能性高分子材料研究前沿的认知，将有利于提高学生的培养质量。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select淀粉提金——电子废料中金的绿色特异性回收

简亚军, 陈端睿, 郑蘅言, 韦婉瑶, 高玲香, 张伟强, 魏灵灵, 高子伟

大学化学 2023, 38 (4): 216-226. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202211081

以学生和公众倍感兴趣的废金回收为实验主题，紧跟科学前沿，基于α-环糊精特异性识别[AuBr4]-原理实现电子废料中金的特异性回收，以此为基础设计新创综合实验。实验通过四步反应实现废弃CPU中金的高效回收：稀硝酸除杂富集金(富金)，溴化钾-醋酸-硝酸-水体系温和氧化金(溶金)，α-环糊精选择性识别[AuBr4]- (萃金)，无毒非金属还原剂焦亚硫酸钠还原得金单质(成金)。本实验涉及无机化学、超分子化学和分析化学等多学科内容，涵盖反应监测、结构表征、纯度分析在内的合成反应与分析测定的重要操作；实验现象明显且可重复性强，回收金的纯度高达90%以上，教学时长约为6–8 h，适用于本科生综合化学实验教学；融入绿色化学理念，所用试剂环境友好、安全性高，展现了化学解决国计民生实际问题的重要价值；采取线上线下混合式教学，强化探究性环节，培养了学生科研思维和创新意识，提升了化学专业本科生解决复杂问题的综合能力，夯实了化学类人才的培养质量。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 SelectCuAAC点击化学法合成三氮唑结构锌离子探针

付世涛, 窦容慧, 李馨, 郭义娜, 张玉苹, 熊辉, 高晓莉, 徐鑫, 王龙

大学化学 2023, 38 (4): 151-159. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202211092

铜(I)催化的叠氮-炔烃环加成(CuAAC)点击化学与荧光探针是有机化学科研领域的重要前沿方向，开展相关的教学实验有助于学生创新能力的培养。然而，如何避免使用有毒、有爆炸风险的叠氮类化合物，是本科教学中推广CuAAC点击化学面临的巨大挑战。本文报道了一个改进的适合本科教学的CuAAC点击反应，提高了安全性与趣味性。通过巧妙利用5, 7-二甲基四氮唑[1, 5-a]嘧啶在溶液中可以互变异构为叠氮化合物的性质，使之与4-乙炔基苯甲醚反应生成三氮唑化合物5，实验中避免了操作叠氮化合物带来的中毒和爆炸风险。实验合成的化合物5可以选择性识别锌离子并作为锌离子荧光探针，具有定量测定锌离子含量的潜力。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select凝固点降低法测定摩尔质量实验装置的改进和应用

黄钟明, 梁沁睿, 黄宛鸿, 荣勤丰, 董家新

大学化学 2023, 38 (4): 13-21. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202212007

针对现有物理化学实验“凝固点降低法测定物质的摩尔质量”的装置所存在的问题，本文对其进行了创新性的改进。我们设计了半导体制冷的金属冷阱和集成涡轮搅拌器与加热器的凝固点管，搭建了精密温度测量电路，并将各部分集成为成套设备。将改进的仪器应用于尿素-水、蔗糖-水、萘-环己烷等体系的测量。实验结果表明，相对现有的实验装置，改进仪器的测量结果重复性更好、准确性更高、实验效率更高，更加符合实验教学需求，有利于培养学生的创新思维和科研能力。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select掌心里的天机——从旋光、特异性识别到手性污染

刘麒麟, 吴仪, 罗毅, 刘媛, 吴凯群

大学化学 2023, 38 (4): 88-97. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202211050

生活中许多重要的化学物质均具有手性，但大众对其认识不足。本文详细介绍了三个科普实验：手性万花筒、简易旋光仪和手性指示剂。手性万花筒可简单鉴别手性物质与非手性物质；简易旋光仪可直观地区分手性物质是左旋还是右旋，并检测手性物质的旋光度；手性指示剂无需仪器，通过颜色变化就可分辨特定结构的对映体，适合向更专业的人群展示手性物质的特异性识别。这三个实验深入浅出，操作简单，现象生动有趣，向大众科普了手性化学物质的物理性质和化学性质，有良好的科普实践展示效果，多方位展示了手性之美、化学之美。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select乙酰苯胺制备实验的改进及拓展

陈诚, 党佳兴, 王心怡, 刘妍岑, 高向静

大学化学 2023, 38 (4): 44-52. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202211053

对现行本科实验教学中常见的乙酰苯胺制备实验进行改进。改进后的实验仍以乙酸和苯胺为原料，选用氯化亚锡代替原实验中的锌粉(现已列为易制爆管制品)作为还原剂防止苯胺氧化。同时加入对甲苯磺酸作为催化剂。使用固定床脱水回流装置代替经典分馏装置，以填充式精馏柱作为固定床，固定床从下至上依次填充玻璃弹簧填料、4A分子筛和变色硅胶。反应时，蒸出的水和乙酸经玻璃弹簧填料分馏，乙酸回流至反应烧瓶，水被4A分子筛和变色硅胶吸收。变色硅胶吸水后颜色由橙色变为绿色，可直观判断反应进程。改进后的实验无需使用管制试剂、反应时间缩短、现象丰富，更适合本科教学。此外，本文还设计了两个拓展实验，可根据教学需要选用，一是利用产物乙酰苯胺制备4-乙酰氨基乙酸苯酯；二是用恒pH滴定法测定废液中未反应的苯胺含量。拓展实验涉及萃取、柱层析、滴定、数据处理和分析等内容，能够有效提升学生的综合实验能力。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select柠檬烯的绿色环氧化

张茗雨, 吕佳潼, 张海波, 王博, 宋志光, 朱万春, 郭玉鹏

大学化学 2023, 38 (4): 177-183. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202211054

现代化学合成对原料来源的可持续性，工艺过程的原子经济性、安全性、节能性和环境友好性愈发重视，这也是高校化学教育的重点内容。遵循绿色可持续化学的理念，本文介绍了基于生物质原料的系列绿色化学实验中适用于有机化学基础实验教学的柠檬烯环氧化方案，以过氧磷钨杂多酸四正丁基铵盐为可回收的VPTC型催化剂，30%过氧化氢水溶液作为绿色、安全、原子经济的氧化剂，将柠檬烯选择性氧化为可用于合成可降解聚合物材料的单体分子1, 2-柠檬烯环氧化物。本实验训练学生有机化学实验基本技能，加强学生对烯烃亲电加成反应中结构与活性关系的理解，相转移催化和基于红外光谱、核磁共振氢谱、气相色谱的分析方面的理论学习与实践相结合，起到巩固知识、提高学习兴趣的作用；同时还向学生传递了绿色、可持续的有机化学理念，提升对化学学科发展的信心和对科研的兴趣。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select反应时间调控的电化学吲哚氧化偶联/偶联环化反应实验设计

邹子燕, 孙承博, 刘春燕, 李晓驰, 冯鹏举

大学化学 2023, 38 (4): 336-346. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202212008

吲哚类杂环化合物相关转化是有机化学基础知识。本实验以近年来快速发展的有机电合成技术为手段，以电子为清洁的反应试剂，实现了3-芳基吲哚的脱氢氧化偶联，进而仅延长反应时间即可获得偶联-环化的产物。实验涉及脱氢偶联、串联环化反应等，是重要的有机转化反应。本实验反应现象丰富，所用试剂安全，涉及操作丰富，有助于学生对实验架设、实验观察、实验处理、结果分析的全流程训练。实验经多人多次均可以相近产率重现，产物为固体，可由硅胶柱色谱纯化，结构可通过核磁共振波谱和质谱进行解析，产物具有丰富的荧光性质。该实验立足吲哚转化有机化学基础知识，利用电合成策略，开发含氮杂环化合物的实用合成方法，引导学生注重学习有机化学与物理化学交叉知识，建立学科交叉知识认知，关注学科发展前沿。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select锌金属电镀过程中锌枝晶的生长行为及影响因素

孙旦, 柳欣遇, 陈娜, 王浩, 黄友, 王海燕

大学化学 2023, 38 (4): 68-77. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202211076

电镀是电化学体系的重要组成部分。为拓宽学生的知识构架，培养学生的创新意识和科学素养，将锌电镀引入应用电化学专业本科实验教学。本实验以锌电镀过程中易产生锌枝晶的问题为出发点，先从理论上剖析其形成原因，据此提出表面异质性消除以及阳离子添加剂两种策略来抑制锌枝晶的产生；并设计通过搭建原位光学显微镜直接观测锌沉积行为变化，以加深学生对锌电镀过程的理解。本实验深入融合贯穿了前沿研究的科学思路与创新理念，引导学生跳出教材内容的框架，激发学生对科学研究的兴趣，有助于学生科学思维能力的培养。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select基于智能手机的丙酮碘化反应改进实验

张越, 于海英, 郝俊生, 蒋悦, 王子为, 黄冰

大学化学 2023, 38 (4): 7-12. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202212026

传统的“丙酮碘化反应”实验中不可避免地存在盐酸挥发导致的腐蚀和刺激性，以及分光光度测试时的温度和时间与实际反应过程不一致等问题。本改进实验针对上述问题，设计了新型玻璃反应器，构建了基于智能手机的比色检测系统，并提出了相应的检测方法。改进后的实验避免了盐酸挥发引起的仪器腐蚀和对人体的刺激，提高了实验数据的准确性，加深了学生对Lamber-Beer定律及其偏移现象的理解。此外，改进后的实验不需要分光光度计即可完成，不但提高了该实验的普及性和趣味性，还为疫情期间开展线上实验教学提供了新的解决思路。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select姹紫嫣红，与花青素的浪漫邂逅

郭笑汝, 于小满, 张伊径, 卢忠林

大学化学 2023, 38 (4): 124-133. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202212011

花青素是一类广泛存在于植物中的天然色素，色泽绚丽多彩，并具有多种优良的生理功能。本科普实验采取居家和实验室两种方法提取花青素，使之与不同pH的水溶液和碘伏发生作用，设计出“四季更迭”“一带一路”“花青素写字”等多种展示方案及“Freestyle”创意绘画活动。在展示过程中介绍花青素的化学结构、从红到蓝再到黄的颜色变化和抗氧化性原理，传递化学之美与化学之趣，呈现思政元素，潜移默化。本科普实验原创可爱紫甘蓝形象及趣味动画，生动有趣地介绍花青素的多种功能及应用，更易于接受；并结合生活实际，指出生活中常见的花青素使用误区，帮助社会大众更好地理解和使用花青素。整个科普实验将科学与艺术，知识和育人巧妙结合，同时绿色安全，具有很强的居家可行性和可推广性。

图表 |参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 Select开放式仪器分析教学实验设计——基于LEGO积木的模块化激光诱导荧光检测系统的构建

潘建章, 张梦婷, 张箫扬, 廖育城, 徐欣然, 方群

大学化学 2023, 38 (4): 291-299. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202301019

基于市售乐高(LEGO)积木和3D打印积木构建的光学模块，发展了适用于本科生仪器分析教学实验的模块化激光诱导荧光(Laser induced fluorescence，LIF)检测系统。将该系统的构建过程引入本科生仪器分析的实验教学中，指导学生基于不同功能的积木块，实现LIF系统的组装和搭建，并应用于对荧光素钠溶液浓度的测定。该系统具有成本低、易构建、操作灵活等特点，模块化的构建形式大大降低了仪器搭建门槛，即使没有前期经验的本科生也可在3 h内搭建完成。将模块化构建思想引入开放式教学环节，可激发学生对仪器分析课程的兴趣和热情，同时有助于加深学生对荧光分析原理和LIF检测系统结构的理解，在系统构建过程中还能锻炼学生的动手能力，提高学生发现问题和和解决问题的能力。

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