中级物理化学实验：综合与设计性实验

实验编号：U20S09300

关键词：表面催化，计算化学

实验标签：材料科学基础（表界面）

（一）内容介绍

本虚拟仿真实验分为3个模块。模块1，Cu单晶表面CO₂还原反应机理；模块2，Pt单晶表面HCOOH氧化机理；模块3，Pt单晶表面CH₃OH氧化机理。

模块1，Cu单晶表面CO₂还原反应机理

（1）气相还原几何结构

（2）Cu(111)表面CO₂化学还原生成CO的路径分析

模块2，Pt单晶表面HCOOH氧化机理

（1）采用密度泛函理论，系统地研究了HCOOH在Pt(111)上的气相氧化和电化学氧化路径。

模块3，Pt单晶表面CH₃OH氧化机理

（1）拖拽确认Pt(111)表面气相环境下CH₃OH氧化的直接路径或间接路径中所包括的可能中间体，然后进行分析。

（二）实验的特色和亮点

按照“以虚补实、虚实结合”的指导思想，以属于物理化学范畴的表面催化反应为蓝本，开发高度仿真、互动的虚拟仿真实验教学项目，替代难以实施的物理化学实体实验项目，不仅可以提高物理化学课程理论与实验的教学效率，更有利于调动学生学习的积极性和主动性，激发学生的学习兴趣和潜能，增强学生的创新能力。表面催化反应通常在气相和电化学界面发生。由于实验仪器设备的限制，传统的物理化学实验无法实现对物理化学理论课程中表面催化反应机理系统的认识。本课程依托于科研前沿，建立了符合实际的表面催化计算化学虚拟仿真实验项目，其涵盖了热力学、动力学、电化学、溶剂效应、催化机理等重要物理化学内容，使之适应创新人才的培养，真正让学生利用基于计算化学的虚拟仿真软件探索催化反应过程的多元性和复杂性，这对于学生综合素质的提高和创新能力的培养，对于本科教学水平和学科建设上新台阶都具有十分重要的意义。同时，对于推动应用技术型高校物理化学课程体系的改革与创新也具有积极的促进作用。