物理化学.docx

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物理化学

物理化学

PhysicalChemistry

（070304）

●培养方案

（一）培养目标和要求

1、努力学习马列主义、毛泽东思想和邓小平理论，坚持党的基本路线，热爱祖国，遵纪守法，品德良好，学风严谨，具有较强的事业心和献身精神，积极为社会主义现代化建设服务。

2、掌握坚实宽广的理论基础和系统深入的专门知识，具有独立从事科学研究工作的能力和社会管理方面的适应性，在科学和管理上能作出创造性的研究成果。

3、积极参加体育锻炼，身体健康。

4、本专业点毕业生应具有扎实的化学专业基础理论知识和较强的创新意识；具有良好的科学素养和独立进行科学研究的能力；能掌握一门外语和熟练地应用计算机和现代信息工具，及时了解学科发展的前沿课题。

毕业后能胜任高等院校的物理化学教学工作或从事新型、环保的催化剂的制备及其应用开发研究；生物电化学、电催化、电化学传感器等相关领域的工作；除了能应用扫描隧道显微镜、原子力显微镜、核磁共振等测试技术外，还能应用Raman光谱电化学、电化学扫描显微镜、石英晶体微天平等原位测试技术，进行催化、电化学反应的基础研究。

（二）研究方向

1、催化（李和兴教授、万颖教授、李辉副教授、霍宇凝博士）

2、电化学（吴霞琴教授、王荣副教授、周敏博士）

3、纳米生物技术（沈鹤柏教授、贾能勤副教授、朱龙章副教授）

4、波谱技术及其应用（董亚明教授、曹晓卫副教授、杨海峰教授）

（三）学制

三年（如在学期间没有达到硕士毕业的基本要求，如三年中在核心期刊上未发表一篇论文的，毕业论文没有达到硕士研究生学术水平的，视具体情况作出延期答辩或退学等处理）

（四）课程设置与学分要求

1、必修课程：

（1）学位公共课程（中英文课程名称）：

第一外国语（FirstForeignLanguage）（2学分）

科学技术哲学（PhilosophyofScientificTechnology）（2学分）

科学社会主义理论与实践（TheoryandPracticeofScientificSocialism）（2学分）

（2）学位专业课（中英文课程名称）

表面化学与催化（SurfaceChemistryandCatalysis）（3学分）

波谱分析（SpectralAnalysis）（3学分）

现代电化学（ModernElectrochemistry）（3学分）

现代物理化学测量技术（AdvancePhysicalChemistryMeasurementtechniques）（3学分）

催化剂制备及其表征（PreparationandCharacteristicofCatalyst）（3学分）

现代物理测试技术实验（ExperimentsofAdvancePhysicalChemistryMeasurementtechniques）（3学分）

专业外语（SpecializedForeignLanguage）（2学分）

2、选修课程：

数理方法（MathematicalandPhysicalMethods）（2学分）

介孔材料的控制合成（SynthesisofMesoporousMaterials）（2学分）

现代生物技术（ModernBiochemicalTechnology）（2学分）

现代信息技术（ModernInformationTechnology）（2学分）

化学前沿专题讲座（LecturesonSpecialTopicsofChemistryFront）（2学分）

（五）培养方式与考核方式（根据本专业情况自拟）

课程教学、实践、撰写论文的相应要求。

撰写论文，以优、良、中、及格、不及格五级计算成绩。

（六）学位论文撰写与答辩（附参考版本，根据本专业情况自拟）

1、论文的选题和研究内容应瞄准学科前沿和国家经济建设的重大课题，并具有重要的学术价值。

此外，要求所选定的研究课题必须具有一定的创新性。

2、论文的封面、中外文提要、目录、正文、附录、注释、参考文献的编排，都必须符合国际通行的学术规范；参考文献需按照正式出版论文的要求必须注明作者、期刊名称、卷（期）：

页码；引用的书还需标明出版社及出版时间。

3、论文答辩

（1）必须在核心期刊及其以上级别的国内外杂志上至少发表学术论文一篇，才有资格提出答辩申请；

（2）学位论文由作者本人提交答辩委员会，由答辩秘书分送答辩委员。

（3）硕士学位申请人所在学科点必须在答辩之日的一个月前向同行专家寄送学位论文和空白的同行专家评议书，回收的由同行专家签署的评议书应不少于3份。

论文须获三分之二同行专家通过，方可进入评阅和答辩。

（4）硕士学位论文答辩前须聘请3-5位具有副教授以上职称的专家评阅。

（5）答辩委员会由3-5名与选题有关的副教授以上职称的专家组成。

答辩委员会推举一名答辩主席，答辩人的导师不能担任答辩主席。

答辩后由答辩委员会投票表决，答辩主席在答辩决议书上签字。

4、学位授予

论文在获三分之二（或以上）答辩委员通过后，答辩委员会可建议授予答辩人所申请的硕士学位。

●教学大纲

☆表面化学与催化（SurfaceChemistryandCatalysis）

（一）教学目的和要求

掌握表面化学的基本原理，表面的吸附（包括物理吸附和化学吸附）及与催化性能的关系，掌握吸附动力学及几种常见的吸附等温式，掌握催化反应中的微观速率方程的确定，反应机理的判断，了解催化剂的结构与催化剂反应机理的关系，掌握酸碱催化和金属催化作用机理，了解半导体催化及络合催化机理，掌握催化剂的失活的物种及失活机理，掌握提高催化剂寿命的措施合失活催化剂的再生方法。

（二）基本教学内容

第一章表面化学原理（12学时）

§1.1物理吸附和化学吸附

§1.2化学吸附热

§1.3吸附等温式

§1.4吸附动力学

第二章催化动力学基础（共计9学时）

§2.1化学热力学中的一些重要公式

§2.2统计热力学初步

§2.3化学动力学概要

§2.4催化剂概述

第三章多相催化反应动力学

§3.1一些基本概念

§3.2理想表面催化反应速率方程

§3.3反应机理的判断

§3.4真实表面的催化反应速率方程

第四章影响催化反应动力学的结构因素

第五章各类催化剂的催化作用

第六章催化剂的失活机理

§6.1催化剂失活的基本概念

§6.2催化剂的烧结失活机理

§6.3催化剂的中毒失活

§6.4催化剂的污染失活

（三）主要参考资料

1.《吸附与催化》，陈诵英等，河南科学技术出版社，2001年版。

2.《催化作用原理导论》，邓景发，吉林科学技术出版社，1984年版。

3.《多项催化反应动力学》，高滋等译，复旦大学出版社，1988年版。

（四）任课教师：

陈诵英、李和兴、万颖

（五）总时数：

54学时

（六）考核方式：

考试（闭卷）

☆波谱分析（SpectralAnalysis）

（一）教学目的与要求

通过本课程学习，使学生掌握红外与拉曼光谱、紫外-可见光谱、核磁共振氢谱及碳谱和质谱的基本原理、有关概念、影响波谱的因素及各种类型有机化合物的波谱特征，具有较强的图谱解析能力，能综合分析结构较为复杂的有机化合物的多种谱图，了解四大谱仪器构造，具有一定的测试操作技能。

（二）基本教学内容

第一章红外光谱（9学时）

§1.1红外光谱基本原理

§1.2特征频率和吸收强度（包括特征频率区和指纹区，影响基团振动频率的因素，吸收强度及其影响因素）

§1.3各类有机化合物的红外特征吸收带

§1.4红外光谱解析及应用

§1.5红外光谱仪和测试技术简介

第二章紫外光谱（8学时）

§1.1紫外光谱基本原理

§1.2常见类型有机化合物的紫外光谱（包括非共轭有机化合物的紫外吸收，共轭有机化合物的紫外吸收，芳香族化合物的紫外吸收）

§1.3影响紫外光谱特征的其它因素（包括空间位阻效应，偶极场效应，跨环效应，变异构效应，溶剂效应，π→p共轭效应和超共轭效应）

§1.4.紫外光谱解析及应用

§1.5紫外光谱仪和测试技术简介

第三章核磁共振波谱（18学时）

§1.1核磁共振波谱基本原理

§1.2化学位移

§1.3自旋-自旋耦合

§1.2核磁共振氢谱（包括影响1H核化学位移的因素：

诱导效应，化学键的各向异性效应，键斥力效应，活泼氢的快速交换，溶剂效应，氢键效应，温度的影响；常见类型1H核的化学位移范围；耦合常数和结构的关系；一级1H-NMR波谱的解析；二级1H-NMR波谱简介；苯环1H-NMR波谱特征；简化谱图的方法）

§1.5双共振

§1.6位移试剂

§1.7核磁共振碳谱（包括13C-NMR波谱的优点；13C-NMR波谱的灵敏度；13C-NMR中的自旋-自旋耦合；13C-NMR中的双共振；影响13C核化学位移的因素：

碳原子的杂化程度，诱导效应，非键斥力效应，π→p共轭效应和超共轭效应，p-π共轭效应，空间位阻效应，π-π共轭效应，化学键的各向异性效应，溶剂效应，氢键效应，浓度和温度的影响；常见类型13C核的化学位移范围；13C-NMR波谱的解析）

§1.8核磁共振仪和测试技术简介

第四章质谱（10学时）

§1.1质谱基本原理

§1.2分子离子与分子式

§1.3离子的开裂

§1.4亚稳离子

§1.5同位素离子

§1.6常见类型有机化合物的质谱特征

§1.7质谱解析及应用

第五章波谱综合分析（9学时）

§1.1有机结构波谱综合分析一般程序

§1.2综合分析实例

（三）主要参考资料

《有机结构波谱分析》，李润卿主编，天津大学出版社，2002年版。

《有机化合物结构鉴定与有机波谱学》，宁永成编著，科学出版社，2000年版。

《有机波谱分析》，孟令芝，何永炳编著，武汉大学出版社，1997年版。

《有机波谱学教程》，张友杰，李念平主编，华中师范大学出版社，1990年版。

（四）任课教师：

刘国华

（五）总学时数：

54学时

（六）考核方式：

考试（闭卷）

☆现代电化学（ModernElectrochemistry）

（一）教学目的和要求

本课程将在复习电解质溶液理论的基础上，介绍现代电化学理论，并运用该理论讨论电极/电解质溶液界面电荷传递动力学及其影响因素。

此外，介绍现代电化学理论在电催化、生物电化学、有机电化学、能源、新材料、金属的腐蚀和防腐，以及清洁环境等领域的应用及其研究进展。

采用原版外文教科书、在自学的基础上应用多媒体组织教学以及课堂讨论等方式，使同学们在学习专业理论的同时，提高外语阅读和口语水平，以便及早适应从事毕业课题的研究工作。

（二）基本教学内容

Chapter1OverviewofElectrochemistry

§1.1TwoKindsofElectrochemistry

§1.2Ion-SolventInteractions

§1.3Ion-IonInteractions

§1.4TheRelationofElectrochemistrytoOtherScience

Chapter2TheElectrifiedInterface

§2.1ElectrificationofanInterface

§2.2ExperimentalTechniquesUsedinStudyingInterfaces

§2.3PotentialDifferenceAcrossElectrifiedInterfaces

§2.4TheAccumulationandDepletionofSubstancesatanInterface

§2.5TheThermodynamicsofElectrifiedInterfaces

§2.6TheStructureofElectrifiedInterfaces

§2.7StructureattheInterfaceoftheMostCommonSolvent:

Water

Charpter3Electrodics

§3.1Introduction

§3.2ElectronTransferUnderanInterfacialElectricField

§3.3AMoreDetailedLookatSomeQuantitiesinButler-VolmerEquation

§3.4ElectrodeKineticsInvolvingtheSemiconductor/SolutionInterface

§3.5TechniquesofElectrodeKinetics

§3.6MultistepReactions

§3.7TheIntermediateRadicalConcentration,andItsEffectonElectrodeKinetics

§3.8TheReactivityofCrystalPlaneofDifferingOrientation

§3.9TransportintheElectrolyteEffectsChargeTransferattheInterface

§3.10HowtoDeterminetheStepwiseMechanismofElectrodicReaction

§3.11Electrocatalysis

§3.12TheElectrogrowthofMetalsonElectrodes

§3.13Current-PotentialLawsForElectrochemicalSystems

§3.14TheElectrochemicalActivationofChemicalReactions

Charpter4ApplicationofModernElectrochemicalTheory

（三）主要参考资料

1.ModernElectrochemistry》，JohnO’MBockris，AmulyaK.N.Reddy,MariaGamboa-Aldeco,KluwerAcademic/PlenumPublishers,2000.

2.《电极过程动力学导论》（第三版），查全性著，科学出版社，2001年。

3.《电化学原理和方法》，张祖训、汪尔康著，2000年，科学出版社。

（四）任课教师：

吴霞琴

（五）总时数：

54学时

（六）考核方式：

考试（闭卷为主）

☆催化剂制备与表征技术（PreparationandCharacterizationofCatalysts）

（一）教学目的和要求

催化剂是催化反应工艺和工程的核心。

研究催化剂就是为了揭示寻找其内在规律，以便制备出活性高、选择性好和寿命长的优良催化剂。

本课程主要介绍催化剂设计、制备、表征的一般知识和规律。

着重讨论在科研和生产中应用得最为广泛的有关催化剂的制备与表征技术，从微观的角度探讨催化剂组成、比例及表面层原子、分子及离子的位置、运动以及构型与催化剂性能的关系。

主要包括：

掌握催化剂制备各单元操作的基本原理及工业催化剂的制备方法，了解各种制备方法的优缺点，能应用所学知识解决催化剂设计、制备过程中的问题，为特定的反应设计催化剂并选择合适的制备方法；掌握常用金属催化剂、氧化物（硫化物）催化剂、沸石分子筛等的制备方法；了解催化性能的评估方法；掌握催化剂的常规表征技术，如X-粉末衍射、N2吸附等温线、氢吸附、氢氧滴定、程序升温还原/脱附/表面反应、电子能谱、电子显微镜、红外、热分析等技术的基本原理、所用仪器、装置特点、操作的技术要点、应用实例及方法的有效范围，为培养工业催化类专业工程师提供坚实的理论基础服务。

（二）基本教学内容

第一章绪论

§1.1催化剂的分类

§1.2对工业催化剂的要求：

活性、选择性、稳定性、气体流通性

§1.3催化剂的组成及其化学性能：

主剂、助剂、载体的作用

§1.4固体催化剂的物理结构：

晶体结构、表面结构、孔隙结构、密度、强度

§1.5工业催化剂的设计步骤：

热力学分析、活性组分、助剂、载体的选择、确定制备方法、使用与再生条件

§1.6催化剂表征技术

第二章催化剂制备的单元操作

§2.1沉淀：

方法分类、沉淀过程、影响沉淀的因素

§2.2胶凝：

胶体结构、胶凝过程、影响胶凝的因素

§2.3浸渍：

方法分类、基本原理、浸渍中应注意的问题（载体预处理、浸渍方法的选择、浸渍液的配制、浸渍时间、竞争吸附）

§2.4离子交换：

基本原理、交换容量、选择性系数

§2.5混合：

操作方法、影响因素（物料的理化性能、混合均匀程度、粘接剂）

§2.6滚涂和喷涂

§2.7熔融：

操作步骤、影响因素（原料杂质、熔融温度、环境气氛、冷却速度、展开）

§2.8成型：

成型方法及其对催化剂性能的影响（压片、挤条、转动、喷雾、喷动、油柱成型）

§2.9热处理：

干燥、焙烧、还原，热处理对催化剂性能的影响

第三章工业催化剂的制备方法

§3.1加氢催化剂的制备：

裂解汽油选择性加氢、加氢精制催化剂

§3.2活性氧化铝的生产

§3.3分子筛催化剂：

分子筛的合成及改性，介孔材料的合成、形貌控制及改性

§3.4水蒸气转化负载镍催化剂

第四章催化剂比表面积和孔结构测定

§4.1物理吸附理论简单介绍

§4.2表面积计算

§4.3孔容和孔分布计算

§4.4蒸汽吸附实验技术

第五章多晶X射线衍射技术

§5.1X射线的产生及性质

§5.2晶体几何学基本知识

§5.3X射线衍射的基本原理

§5.4X射线粉末衍射技术

§5.5物相鉴定与物相定量

第六章热分析

§6.1差热分析（DTA）

§6.2差式扫描量热法（DSC）

§6.3热重法（TG）

§6.4热分析在催化研究中的应用

第七章电子显微镜法

§7.1透射电子显微镜

§7.2扫描电子显微镜

第八章催化剂金属分散度与酸性测定

§8.1负载型催化剂金属分散度测定

§8.2多相催化剂酸性及其测定方法

第九章红外吸收光谱法

§9.1红外光谱基本理论

§9.2吸附分子的红外光谱

§9.3红外光谱仪

§9.4红外光谱的实验技术

§9.5红外光谱在催化研究中的应用

第十章电子能谱法

§10.1光电子能谱

§10.2俄歇电子能谱（AES）

§10.3电子能谱仪和实验技术

§10.4电子能谱在催化研究中的应用

（三）主要参考资料

1.《催化化学》，吴越著，科学出版社，2000年

2.《催化剂制备过程技术》,张继光主编,中国石化出版社，2003年

3.《催化剂工程导论》,王尚弟，孙俊全著,化学工业出版社，2001年

4.《固体催化剂研究方法（上、下册）》，辛勤，科学出版社，2004年

（四）任课教师：

万颖

（五）总时数：

54学时

（六）考核方式：

闭卷+论文形式

☆数学物理方法（MathematicalandPhysicalMethods）

（一）教学目的和要求

物理化学专业研究生在理解和解决许多实际的化学问题时，包括数学物理方法在内的基础数学的处理能力和理解能力都是必需的。

为了满足这一方面的要求而开设此课程。

数学物理方法课程的内容主要包括复变函数论、积分变换和数学物理方程等三个部分。

针对学生的专业特点，本课程的讲授着重于数学物理方法在化学，尤其是在物理化学研究中的应用。

在学生已有高等数学知识的基础上，通过本课程的学习，力求使学生掌握数学物理方法的基本原理，以及分析问题、建立方程和数学物理方程求解方法的主要内容。

此外，结合实例，介绍这些方法在化学研究中的若干应用，为他们今后在科学研究中应用所学知识解决实际问题打下基础。

（二）基本教学内容

第一章复变函数

§1.1复变函数

§1.2解析函数

§1.3平面标量场

第二章复变函数的积分

§2.1复变函数的积分

§2.2科希定理

§2.3科希公式

第三章幂级数的展开

§3.1复数项级数

§3.2解析延拓

§3.3奇点分类

第四章留数定理

§4.1留数定理

§4.2留数定理用于实变函数定积分的计算

§4.3辐角原理

第五章Laplace变换

§5.1Laplace变换

§5.2Laplace变换的反演

§5.3应用实例

第六章Fourier级数

§6.1周期函数的Fourier级数

§6.2有限区间上的函数的Fourier级数

§6.3复数形式的Fourier级数

第七章Fourier积分

§7.1非周期函数的Fourier积分

§7.2δ函数及其Fourier积分

第八章数学物理方程的定解问题

§8.1定解问题

§8.2数学物理方程的导出

§8.3定解条件

第九章分离变数法

§9.1分离变数法简介

§9.2分离变数的Fourier级数法

§9.3分离变数的Fourier积分法

第十章分离变数法

§10.1分离变数法简介

§10.2分离变数的Fourier级数法

§10.3分离变数的Fourier积分法

第十一章数学物理方程的解的积分公式

§11.1格林公式的应用

§11.2推广的格林公式及其应用

第十二章Laplace变换法

（三）主要参考资料

《数学物理方法（第三版）》，梁昆淼，刘法，缪国庆，高等教育出版社，2004。

《数学物理方法学习指导与习题辅导》，刘继军，科学出版社，2006。

（四）任课教师：

曹晓卫

（五）总时数：

36学时

（六）考核方式：

闭卷考试

☆介孔材料的控制合成（SynthesisofMesoporousMaterials）

（一）教学目的和要求

有序介孔材料的发现，不仅给科学界引入了一种新型的高比表面（可高达2000m2/g），孔径极为均一、可调（2~50nm），维度有序的材料，而且在某种意义上提供了一种新颖的、将无机和有机材料设计、排列成二维或三维周期性排列的纳米复合阵列的思想。

基于分子动力学，有机、无机微区能量及有机、无机界面相互作用基础上建立起来的材料合成与性质设计，在生物矿化、功能高分子复合物的组装、化学传感、精细化工、生物催化和微器件等众多领域有着极其重要的应用。

因此，近年来，介孔材料科学已经成为国际上跨化学、物理、材料等多学科的热点前沿领域之一，成为分子筛科学发展的一个重要里程碑。

本课程以介孔分子筛的合成化学与结构化学为核心来展开，主要以介孔氧化硅为例介绍其合成及合成化学中的基本规律、基础理论以及合成策略、途径和技术。

主要内容包括：

掌握表面活性剂自组装技术合成有序介孔材料的特征与生长机理；掌握各种合成策略；了解有序氧化硅与硅酸盐的结构和材料合成之间的联系；掌握介孔材料形貌控制的手段；了解各种组成介孔材料的合成特点；掌握纳米浇铸法合成反相介孔材料的要素；了解介孔材料的应用与研究进展。

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