周文理，張兵，宋文麗，張吉林，邱忠賢，韓躍，李承志，余麗萍

湖南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，長(zhǎng)沙 410081

國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)中提出全面提高高等教育質(zhì)量、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，著力培養(yǎng)本領(lǐng)過硬的高素質(zhì)專門人才和拔尖創(chuàng)新人才[1]。探索多種創(chuàng)新復(fù)合型人才培養(yǎng)體系模式，并切實(shí)推行素質(zhì)教育創(chuàng)新思維教育理念方式方法、突出重視培養(yǎng)當(dāng)代學(xué)生強(qiáng)烈的現(xiàn)代科學(xué)精神、創(chuàng)新性思維訓(xùn)練和科學(xué)創(chuàng)新應(yīng)用能力。

綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門旨在提高學(xué)生綜合運(yùn)用化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的能力和培養(yǎng)學(xué)生科研創(chuàng)新意識(shí)的實(shí)驗(yàn)課程。在實(shí)驗(yàn)過程中，除了培養(yǎng)學(xué)生熟練掌握基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能外，還需要學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)化學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題和解決問題；科研反哺教學(xué)類型的綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚩s短學(xué)生所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)與科研、生產(chǎn)實(shí)踐中解決實(shí)際問題能力之間的差距，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研精神[2]。綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)順應(yīng)了時(shí)代發(fā)展的新趨勢(shì)和教育改革的新潮流，體現(xiàn)了創(chuàng)新人才培養(yǎng)的基本要求，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與創(chuàng)新能力的重要途徑[3]。

近年來，全無機(jī)鈣鈦礦量子點(diǎn)(PQDs)因優(yōu)異的光電特性，如直接帶隙及可調(diào)的禁帶寬度、強(qiáng)吸收系數(shù)、低激子結(jié)合能(35 meV)、高量子效率(90%)、半峰寬窄(12-40 nm)、覆蓋全可視發(fā)光范圍等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注[4-8]。但由于PQDs自身的離子特性導(dǎo)致其水、光、熱穩(wěn)定性差，限制了PQDs在實(shí)際中的應(yīng)用。研究表明CsPbX3量子點(diǎn)表面包覆SiO2、Al2O3、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚苯乙烯(PS)[9,10]等無機(jī)或有機(jī)化合物可以有效地保護(hù)PQDs，提高量子點(diǎn)的穩(wěn)定性。無機(jī)氧化物可以通過有效阻止氧氣或水分的滲透，保護(hù)PQDs免受環(huán)境破壞，但無機(jī)氧化物的形成一般是由正硅酸乙酯、雙(仲丁醇)正硅酸三乙基正硅酸酯鋁鹽等前驅(qū)體水解反應(yīng)形成的，前驅(qū)體的水解速率和需水量是重要的前提條件，而純PQDs在水中極不穩(wěn)定、易發(fā)生熒光猝滅，故采用該方法對(duì)實(shí)驗(yàn)過程控制要求較高。有機(jī)聚合物在包覆PQDs時(shí)往往具有易加工、密度輕、靈活性高等優(yōu)點(diǎn)，但會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)廢物，不利于環(huán)保，而且加工中可能存在PQDs分布不均。

基于我們對(duì)量子點(diǎn)穩(wěn)定性的研究工作[11,12]，我們以鹽酸、氨水為催化劑，使正硅酸乙酯水解獲得SiO2氣凝膠，再經(jīng)三甲基氯硅烷改性SiO2氣凝膠呈疏水性，疏水SiO2氣凝膠吸附PQDs制備的復(fù)合材料具有良好的存放穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、紫外光照射穩(wěn)定性，并應(yīng)用該復(fù)合材料組裝成單色或白光LED器件。該綜合性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了材料合成、表征和應(yīng)用的特點(diǎn)。通過該綜合實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅可以掌握PQDs合成的基本實(shí)驗(yàn)技能、常規(guī)的分離純化、改性方法以及典型無機(jī)化合物的表征手段，還能提升學(xué)生綜合運(yùn)用化學(xué)原理解決實(shí)際問題的能力。整個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)始終強(qiáng)調(diào)學(xué)生中心，從背景調(diào)研、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)實(shí)施、數(shù)據(jù)處理與分析、論文撰寫等各個(gè)方面對(duì)學(xué)生展開全方位訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)生的科研熱情。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

(1) 了解全無機(jī)鈣鈦礦量子點(diǎn)的性能及應(yīng)用前景。

(2) 鞏固稱量、移液、陳化、洗滌、干燥等無機(jī)合成基本操作。

(3) 掌握超疏水SiO2氣凝膠的改性原理。

(4) 掌握熱注入法制備PQDs。

(5) 掌握無機(jī)化合物結(jié)構(gòu)表征的常用方法，如紅外光譜、粉末X射線衍射譜、熒光發(fā)射光譜和紫外-可見吸收光譜的原理及相應(yīng)的譜圖分析。

(6) 熟練使用Origin軟件處理各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)原理

以鹽酸、氨水作為催化劑，使得正硅酸乙酯水解得到SiO2的氣凝膠，然后用三甲基氯硅烷和莫來石纖維增強(qiáng)氣凝膠的疏水性和韌性，隨后以該超疏水氣凝膠吸附PQDs獲得復(fù)合材料，并制作LED器件。

正硅酸乙酯在酸催化劑的作用下與少量水發(fā)生水解，其中C-O鍵斷裂與水中的質(zhì)子和羥基結(jié)合最終得到硅氧烷單體和乙醇。兩個(gè)硅氧烷單體脫去一分子水，得到Si-O-Si鏈結(jié)構(gòu)。此外，硅氧烷還可與未反應(yīng)的正硅酸乙酯發(fā)生脫醇反應(yīng)得到Si-O-Si鏈結(jié)構(gòu)。脫水和脫醇反應(yīng)同時(shí)發(fā)生，最終可使正硅酸乙酯完全水解。氣凝膠中的Si-O-Si鏈結(jié)構(gòu)與羥基相連，羥基屬于親水基團(tuán)，所以此時(shí)得到的氣凝膠為親水材料。利用三甲基氯硅烷與親水的SiO2氣凝膠反應(yīng)，氣凝膠表面的羥基被三甲基氯硅烷的-Si(CH3)3所取代，使得氣凝膠表面存在大量甲基，而甲基屬于疏水基團(tuán)，所以經(jīng)過三甲基氯硅烷處理后的氣凝膠為疏水材料。氣凝膠制備及改性原理如圖1所示。

圖1 氣凝膠制備及改性機(jī)理示意圖

3 儀器和試劑

儀器：平底電熱套，數(shù)顯型磁力攪拌器，智能溫控器，熱電偶，集熱式磁力攪拌器，高速離心機(jī)，pH計(jì)，紫外暗箱分析儀，恒溫干燥箱，臺(tái)式粉末壓片機(jī)，分析天平，制冰機(jī)，冰箱。

試劑：正硅酸乙酯(A.R.)，無水乙醇(A.R.)，三甲基氯硅烷(TMCS，G.C.)，鹽酸(A.R.)，氨水(A.R.)，油胺(A.R.)，1-十八烯(ODE，G.C.)，正己烷(A.R.)，碳酸銫(99.90%)，氯化鉛(A.R.)，溴化鉛(A.R.)，碘化鉛(98%)，莫來石纖維粉(雷晶耐火材料公司)，365和460 nm LED芯片(深圳市金唐科技實(shí)業(yè)有限公司)，(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+熒光粉，AB膠，去離子水。

4 實(shí)驗(yàn)步驟

4.1 SiO2疏水氣凝膠的制備

正硅酸乙酯、無水乙醇和去離子水的物質(zhì)的量比為1 : 7 : 3的混合溶液在40 °C的水浴中攪拌均勻后，緩慢滴加0.5 mol·L-1鹽酸溶液，調(diào)節(jié)溶液pH至2-3，水解2 h后，緩慢滴加0.5 mol·L-1氨水再將溶液pH調(diào)至7-8，然后加入2 g莫來石纖維粉[13]，繼續(xù)攪拌使溶液呈凝膠狀，接著在40 °C的水浴中陳化10 h (凝膠結(jié)構(gòu)繼續(xù)固化)。然后以正硅酸乙酯、無水乙醇體積比1 : 4的母液浸泡氣凝膠8 h，無水乙醇清洗3-4次后，再用正己烷浸泡8 h。然后以TMCS和正己烷體積比1 : 9的混合溶液浸泡氣凝膠10 h，對(duì)氣凝膠表面基團(tuán)進(jìn)行改性。最后用正己烷洗滌產(chǎn)物3-4次，緩慢加熱干燥后得到三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的疏水SiO2氣凝膠。

4.2 CsPbX3 QDs的制備

4.2.1 油酸銫的制備

將0.8 g Cs2CO3、30 mL ODE加入到100 mL三頸燒瓶中，升溫到120 °C后抽真空1.5 h至無氣泡產(chǎn)生。然后關(guān)閉真空泵通入N2約1 h，待降溫到100 °C，快速注入2.5 mL油酸，接著通入N2，直至固體試劑全部溶解。室溫下油酸銫會(huì)從ODE中析出，因此使用時(shí)須加熱至120 °C備用。

4.2.2 CsPbX3 QDs (X = Cl，Br，I)的制備

取0.18 mmol PbX2、5 mL ODE置于100 mL三頸燒瓶中。然后抽真空，升溫至120 °C，保溫30 min至無氣泡產(chǎn)生。關(guān)閉真空泵并通入N230 min，注入油胺和油酸各0.5 mL，然后溶液升溫至150-180 °C范圍(一般來說含Cl的PQDs合成溫度較低，含I的PQDs則需要更高的溫度。參考溫度：藍(lán)色CsPbCl1.5Br1.5，150 °C；綠色CsPbBr3，165 °C；紅色CsPbBrI2，180 °C)，接著快速注入120 °C預(yù)熱的油酸銫溶液0.4 mL，高溫下繼續(xù)反應(yīng)5 s后將三頸燒瓶快速轉(zhuǎn)移至冰水浴中冷卻結(jié)晶。用10 mL正己烷洗滌，粗溶液在8000 rpm下離心5 min，棄去上層清液，下層沉淀分散于10 mL正己烷中，存儲(chǔ)于4 °C的冰箱中備用。

4.3 CsPbX3@SiO2氣凝膠復(fù)合材料的制備

取0.2 g氣凝膠與已經(jīng)合成好的CsPbX3QDs在磁力攪拌下混勻10 min，然后4000 rpm離心5 min，干燥，收集固體產(chǎn)物即為CsPbX3@SiO2氣凝膠復(fù)合材料。

4.4 材料表征及LED器件制作

利用旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀(上海中晨JC2000C)測(cè)定氣凝膠和復(fù)合材料的接觸角，測(cè)量范圍0-180°。利用傅里葉紅外光譜分析儀(美國(guó)NEXUS)在400-4000 cm-1范圍內(nèi)測(cè)定粉末樣品的紅外吸收光譜。物相分析使用X射線粉末衍射儀(日本Rigaku Ultima IV)對(duì)粉末樣品進(jìn)行測(cè)試，掃描范圍10°-90°。利用紫外-可見分光光度計(jì)(日本島津UV-2450)測(cè)定吸收光譜，測(cè)試范圍200-800 nm，掃描速度1200 nm·min-1。粉末樣品的發(fā)射光譜使用熒光光譜儀(日立F4500)測(cè)試，氙燈175 W，操作電壓200 V。

分別將藍(lán)、綠和紅色CsPbX3@SiO2復(fù)合材料與硅樹脂混勻后涂覆在365 nm藍(lán)光LEDs芯片上，制作單色LEDs器件；將綠色CsPbBr3@SiO2復(fù)合材料與紅色(Sr,Ca)AlSiN3:Eu3+熒光粉以一定的比例混勻后，再與硅膠樹脂混合均勻后涂覆在460 nm藍(lán)光LEDs芯片上，制作白光LEDs器件。使用ZWL分析系統(tǒng)測(cè)試器件的電致發(fā)光譜。

5 結(jié)果與討論

5.1 表面改性分析

圖2為氣凝膠和量子點(diǎn)氣凝膠復(fù)合材料的接觸角(Contact Angles，CA)照片。從圖中可以看出，未進(jìn)行疏水改性的SiO2氣凝膠的平均接觸角約為30.3°，屬于親水材料。TMCS改性后的SiO2氣凝膠的平均接觸角約為140.57°，屬于疏水材料。而吸附了PQDs的復(fù)合材料的接觸角略微減小，這意味著合成的CsPbX3QDs@SiO2氣凝膠復(fù)合材料表面具有疏水性。

圖2 SiO2氣凝膠(a)，TMCS改性SiO2氣凝膠(b)和CsPbBr3@SiO2氣凝膠(c)復(fù)合材料的接觸角照片

氣凝膠及量子點(diǎn)氣凝膠復(fù)合材料的紅外光譜如圖3所示。a曲線3468和1635 cm-1處分別對(duì)應(yīng)著-OH的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)，說明該羥基為“氫鍵締合的強(qiáng)羥基”或可能存在殘留的吸附性水，說明此時(shí)SiO2氣凝膠為親水性材料；1061 cm-1處強(qiáng)而窄的峰對(duì)應(yīng)Si-O-Si反對(duì)稱伸縮振動(dòng)，證實(shí)氣凝膠結(jié)構(gòu)中可能存在硅酸鹽骨架，該振動(dòng)峰是SiO2氣凝膠中重要的特征峰[14]；c曲線是TMCS改性SiO2氣凝膠的紅外光譜，與未改性的SiO2氣凝膠相比，在2962和2908 cm-1處出現(xiàn)了歸屬于-CH3的反對(duì)稱伸縮和對(duì)稱伸縮振動(dòng)，1470和1375 cm-1處為-CH3的彎曲振動(dòng)峰，證明改性后的SiO2氣凝膠結(jié)構(gòu)中存在甲基，預(yù)示TMCS改性成功。改性后的SiO2氣凝膠中對(duì)應(yīng)-OH的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)明顯減弱，證實(shí)-CH3取代部分-OH使得其數(shù)量減少。此外，在843和756 cm-1處出現(xiàn)了Si-C的伸縮振動(dòng)，由氣凝膠改性機(jī)理可知，該化學(xué)鍵在改性后才出現(xiàn)，從另一個(gè)角度說明利用TMCS改性SiO2氣凝膠，使SiO2表面接枝上疏水的-CH3，與接觸角數(shù)據(jù)變化吻合，改性后的SiO2氣凝膠為疏水材料。e曲線為量子點(diǎn)復(fù)合材料的紅外光譜，在2926和2852cm-1處分別是伯胺基團(tuán)產(chǎn)生的對(duì)稱振動(dòng)和非對(duì)稱伸縮振動(dòng)，1463 cm-1處是油胺中N-H和C-H基團(tuán)的彎曲振動(dòng)的耦合峰，進(jìn)一步說明SiO2氣凝膠與量子點(diǎn)形成了復(fù)合材料。

圖3 典型樣品的紅外光譜

5.2 物相分析

莫來石是由Al2O3-SiO2組成的礦物材料，Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在72%-78%。圖4黑色實(shí)線為莫來石XRD譜圖，SiO2氣凝膠為無定形材料，加入莫來石改性后在16.7°、26.5°、35.5°均出現(xiàn)屬于莫來石的特征峰，說明莫來石改性SiO2氣凝膠成功。SiO2氣凝膠材料吸附量子點(diǎn)后，可以觀察到位于21.5°和30.64°歸屬于量子點(diǎn)的衍射峰，一方面說明量子點(diǎn)的結(jié)晶度較高，另一方面也說明氣凝膠材料的比表面積大，吸附了足夠多的量子點(diǎn)。隨著量子點(diǎn)組成由Cl → Br → I變化，21.5°處對(duì)應(yīng)于(110)晶面的衍射峰逐漸向低角度移動(dòng)，預(yù)示著更大的晶面間距，與鹵素離子半徑變化一致。

圖4 (a) 莫來石、SiO2氣凝膠和CsPbBr3@SiO2復(fù)合材料的XRD圖譜；(b) CsPbX3@SiO2復(fù)合材料在20°-23° XRD的放大圖譜

5.3 光譜分析

圖5(a)為CsPbX3@SiO2復(fù)合材料的熒光發(fā)射譜和紫外吸收光譜。藍(lán)、綠、紅色復(fù)合材料的發(fā)射峰分別位于463、522和656 nm，藍(lán)色復(fù)合材料的半峰寬25 nm，綠色復(fù)合材料增大到27 nm，紅色復(fù)合材料的半峰寬最大，為39 nm。由藍(lán)到紅復(fù)合材料的發(fā)射峰逐漸紅移，紫外吸收截面逐漸變寬。紅色復(fù)合材料的吸收截面遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于藍(lán)色和綠色復(fù)合材料，說明紅色復(fù)合材料擁有更寬的激發(fā)范圍，激子結(jié)合能變小，禁帶寬度變窄[15]。最大吸收與最大發(fā)射峰之差為Stokes位移，由于電子在激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生部分能量損失，因而發(fā)射光的能量小于激發(fā)光的能量。

圖5 (a) 藍(lán)綠紅復(fù)合物的紫外可見吸收光譜圖(虛線)和熒光發(fā)射光譜圖(實(shí)線)，內(nèi)插圖為藍(lán)綠紅復(fù)合材料在日光(左)和紫外燈下(右)的照片；(b) 藍(lán)綠紅復(fù)合材料的色坐標(biāo)圖

圖5(a)中的內(nèi)插圖為藍(lán)、綠、紅色復(fù)合材料在日光和紫外燈照射下的照片。藍(lán)、綠、紅色復(fù)合材料的色坐標(biāo)分別為(0.1373, 0.0573)，(0.1231, 0.7559)，(0.6988, 0.301)。根據(jù)公式(1)和(2)計(jì)算，色域值為0.1978，為標(biāo)準(zhǔn)色域的125%，如圖5(b)所示。

5.4 LEDs器件的光學(xué)性質(zhì)

將綠色復(fù)合材料與紅色(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+氮化物熒光粉涂覆在460 nm藍(lán)光芯片組裝成的白光LEDs器件，其電致發(fā)光譜如圖6(a)所示。該白光LEDs器件的CIE色坐標(biāo)位于(0.334, 0.327)，色溫5405 K。圖6(a)內(nèi)插圖為白光LEDs器件的點(diǎn)亮照片。白光、藍(lán)、綠、紅單色LEDs的CIE色坐標(biāo)如圖6(b)所示。根據(jù)公式(1)和(2)計(jì)算可知，利用藍(lán)、綠、紅色量子點(diǎn)復(fù)合材料制作的單色LEDs的顯示范圍覆蓋了133% NTSC，可以滿足顯示需求。

圖6 (a) 白光LEDs電致發(fā)光光譜圖，內(nèi)插圖為白光LEDs器件點(diǎn)亮的照片；(b) 藍(lán)、綠、紅單色LEDs和白光LEDs器件色坐標(biāo)圖，內(nèi)插圖為藍(lán)綠紅單色LEDs點(diǎn)亮照片

6 實(shí)驗(yàn)開設(shè)建議

6.1 實(shí)驗(yàn)安排

本實(shí)驗(yàn)為24學(xué)時(shí)的綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)，適合20人左右的小班開設(shè)。具體實(shí)驗(yàn)安排如下：

(1) 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備(課外)：提前2-3周給出有關(guān)實(shí)驗(yàn)知識(shí)內(nèi)容，要求學(xué)生利用圖書館網(wǎng)絡(luò)資源查閱相關(guān)文獻(xiàn)、書籍，撰寫有關(guān)PQDs研究進(jìn)展及合成方法的預(yù)習(xí)報(bào)告，并要求學(xué)生系統(tǒng)復(fù)習(xí)紅外光譜儀、紫外-可見光譜儀和X射線衍射儀的工作原理、接觸角測(cè)試原理、分子熒光的產(chǎn)生等內(nèi)容。教師需提前檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告，不達(dá)標(biāo)者不能開展后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

(2) 第1次實(shí)驗(yàn)：8學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為4.1小節(jié)，SiO2氣凝膠的制備及疏水改性，2人/組。教師聽取學(xué)生分組展示的PQDs研究進(jìn)展匯報(bào)并進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。

(3) 第2次實(shí)驗(yàn)：8學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為4.2、4.3和4.4小節(jié)中的LEDs器件制作。學(xué)生分為三個(gè)大組，分別制備CsPbCl1.5Br1.5、CsPbBr3和CsPbBrI2量子點(diǎn)。最后每2人/組的同學(xué)均需完成CsPbX3@SiO2氣凝膠復(fù)合材料的制備。分組制作單色LEDs和白光LEDs器件。

(4) 第3次實(shí)驗(yàn)：8學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為4.4小節(jié)中的材料表征。分組測(cè)定SiO2氣凝膠與CsPbX3@SiO2氣凝膠復(fù)合材料的紅外光譜、紫外-可見吸收光譜、熒光發(fā)射光譜、接觸角、XRD譜及電致發(fā)光光譜。

(5) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理及實(shí)驗(yàn)小論文撰寫(課外)：要求每位學(xué)生在認(rèn)真完成上述實(shí)驗(yàn)后，利用Origin軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，深入分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)實(shí)驗(yàn)操作中存在的問題并提出改進(jìn)措施，按照學(xué)校畢業(yè)論文的寫作格式按時(shí)完成研究小論文。

(6) 學(xué)生實(shí)驗(yàn)成果反饋：指導(dǎo)教師針對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程及與小論文中出現(xiàn)混淆的相關(guān)問題進(jìn)行講解點(diǎn)評(píng)與教學(xué)指導(dǎo)，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生深刻理解PQDs研究成果。有條件的情況下可以鼓勵(lì)學(xué)生開展CsPbX3@SiO2氣凝膠復(fù)合材料在空氣氛中的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、紫外燈照射穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性的研究，進(jìn)一步拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

6.2 教學(xué)方法

在進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)中，采用了以問題導(dǎo)向教學(xué)法形式進(jìn)行案例教學(xué)。

問題1：什么是鈣鈦礦的量子點(diǎn)？

問題2：鈣鈦礦量子點(diǎn)在生產(chǎn)、生活中有哪些應(yīng)用？

問題3：鈣鈦礦量子點(diǎn)可以應(yīng)用在哪些領(lǐng)域？限制該量子點(diǎn)應(yīng)用的瓶頸是什么？

問題4：材料疏水改性的實(shí)質(zhì)是什么？氣凝膠改性原理是什么？除了三甲基氯硅烷外，你認(rèn)為還有哪些試劑可作為疏水改性劑？

問題5：了解紅外光譜分析儀、紫外-可見光譜儀、熒光光譜儀和X射線衍射儀的儀器構(gòu)成和工作原理。分子熒光是如何產(chǎn)生的？紫外-可見光譜儀和和紅外光譜儀有區(qū)別嗎？我校制作的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“光能轉(zhuǎn)換材料及多層復(fù)合熒光薄膜在植物生長(zhǎng)中的應(yīng)用”[16]中含有相關(guān)儀器的工作原理及測(cè)試流程，學(xué)生可以在課外進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。該軟件提供了引導(dǎo)模式和考核模式，可實(shí)時(shí)記錄學(xué)生的操作，并給出評(píng)分，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供了質(zhì)量保障。

在整個(gè)課堂教學(xué)中，教師負(fù)責(zé)問題的提出，引導(dǎo)學(xué)生思考、回答問題，參與問題討論，學(xué)生始終作為主體，完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)任務(wù)。除此之外，線上、線下的混合式教學(xué)模式同樣可以引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，如超星“學(xué)習(xí)通”、“雨課堂”等，提供預(yù)習(xí)PPT及檢索用關(guān)鍵詞；及時(shí)推送優(yōu)質(zhì)資源，擴(kuò)大學(xué)生視野[17]；虛擬仿真平臺(tái)可以對(duì)學(xué)生線上大型儀器的操作進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)分，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的過程考核；學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上傳小組撰寫的研究進(jìn)展、實(shí)驗(yàn)過程中的操作視頻、產(chǎn)品圖片等內(nèi)容供教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程評(píng)價(jià)，教師除了在實(shí)驗(yàn)過程中指導(dǎo)外，還可以在學(xué)生上傳的內(nèi)容中發(fā)現(xiàn)一些共性問題，及時(shí)進(jìn)行教學(xué)反饋。

本實(shí)驗(yàn)已在本校的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目中進(jìn)行了多次嘗試，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)完成后表示“通過本實(shí)驗(yàn)我體會(huì)到了科研的魅力”“PQDs真是一個(gè)神奇的材料，組分的調(diào)控就可以實(shí)現(xiàn)發(fā)光顏色的變化”“我也可以自己做有應(yīng)用價(jià)值的顯示材料”“希望有機(jī)會(huì)從事新材料的科學(xué)研究工作”等。因此，本實(shí)驗(yàn)的開展不僅可以加深學(xué)生對(duì)化學(xué)原理的理解，提升實(shí)驗(yàn)技能，還可以激發(fā)學(xué)生的科學(xué)研究興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

7 結(jié)語

本文介紹的全無機(jī)鈣鈦礦量子點(diǎn)的疏水改性及LED應(yīng)用實(shí)驗(yàn)源于教師的科學(xué)研究項(xiàng)目，所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋了材料制備、表征及應(yīng)用3個(gè)重要環(huán)節(jié)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，學(xué)生的文獻(xiàn)查閱和整理能力、Origin軟件使用能力以及實(shí)驗(yàn)操作技能得到有效提升，有助于培養(yǎng)學(xué)生跟蹤科技前沿的能力，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的興趣，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)中制備的CsPbX3@SiO2氣凝膠復(fù)合材料可以利用365 nm的紫光手電筒照射呈現(xiàn)出藍(lán)、綠、紅等不同顏色，可操作性強(qiáng)，適合化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)等本科專業(yè)的綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。