《能源环境应用材料的设计与模拟》课程教学大纲

《能源环境应用材料的设计与模拟》教学大纲一、课程基本信息课程名称能源环境应用材料的设计与模拟DesignandSimulationofEnergyEnvironmentApplicationMaterials课程编码MAT310721020开课院部材料科学与工程学院课程团队（未设置）学分2.0课内学时32讲授32实验0上机0实践0课外学时0适用专业材料物理授课语言中文先修课程材料科学基础、计算材料学（3-1）课程简介（限选）《能源环境应用材料的设计与模拟》是材料物理专业的一门专业选修课，主要内容是认识环境和能源的发展现状，了解亟待解决的问题。从可持续发展的角度，探讨光催化技术产生的背景，以及在新能源和环境净化方面的应用。通过学习，使学生了解材料科学与能源、环境科学的交叉发展概况和趋势，掌握光催化和光电催化的基本理论知识；了解光催化剂的物理化学改性方法和新型催化材料设计和开发的研究方法；通过课内模拟实验，使学生掌握一种模拟软件在材料设计等领域的应用，能使用计算机解决本专业的一些问题，培养学生对科学实验进行系统地设计、实施以及对实验结果进行正确分析的科学素养。为将来从事材料科学领域的科研、生产及开发工作打好坚实的基础。"Designandsimulationofenergyandenvironmentalapplicationmaterials"isaprofessionalelectivecourseformaterialphysicsmajor.ItsmaincontentistounderstandthedevelopmentstatusofEnvironmentandEnergyandtheproblemstobesolvedurgently.Fromtheperspectiveofsustainabledevelopment,thebackgroundofphotocatalytictechnologyanditsapplicationinnewenergyandenvironmentalpurificationarediscussed.Throughlearning,studentscanunderstandthegeneralsituationandtrendoftheCrossdevelopmentofmaterialscience,energyandenvironmentalscience,andmasterthebasictheoreticalknowledgeofphotocatalysisandphotoelectrocatalysis;understandthephysicalandchemicalmodificationmethodsofphotocatalystandtheresearchmethodsofdesignanddevelopmentofnewcatalyticmaterials;Throughin-classsimulationexperiments,studentscanmastertheapplicationofasimulationsoftwareinmaterialdesignandotherfields,canusecomputerstosolvesomeproblemsofthismajor,andcultivatestudents'scientificliteracyofsystematicallydesigningandimplementingscientificexperimentsandcorrectlyanalyzingexperimentalresults.Layasolidfoundationforfuturescientificresearch,productionanddevelopmentinthefieldofmaterialsscience.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：了解材料科学与能源、环境科学的交叉发展概况与趋势是3.13.12M2目标2：掌握新型催化剂材料设计和开发的研究方法是5.25.2三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第1章第1章绪论本章重点难点：环境净化技术、能源转化技术M11讲授、讨论//21.11.1环境净化与环境净化材料水体净化，土壤净化，空气净化，常用环境净化材料，环境净化技术M1/讲授、讨论//31.21.2能源转化能源分类，能源应用现状与发展问题，能源材料，新能源材料，新能源转化M1/讲授、讨论//4第2章第2章光与物质相互作用本章重点难点：光对分子的作用、光物理过程与光化学过程、半导体光催化基本原理M25讲授、讨论//52.12.1光化学光的能量与波长，热化学与光化学，光对分子的作用，光物理过程与光化学过程M2/讲授、讨论//62.22.2光物理半导体光物理，半导体电子性质，半导体光催化基本原理M2/讲授、讨论//7第3章第3章光催化氧化原理与应用本章重点难点：光催化反应原理过程、催化剂改性、表面与界面的结构分析、光催化氧化的应用M2,M312讲授、讨论//83.13.1光催化原理光催化反应原理与类型，光催化活性和存在问题，光催化剂的改性，光催化剂的失活与再生，光催化技术与其他技术的耦合M2/讲授、讨论//93.23.2光催化反应器光催化反应器，分析方法，光催化研究过程的分析方法，光催化过程的动力学研究M2/讲授、讨论//103.33.3光催化氧化的应用有机污染物的降解，无机污染物的降解，TiO2界面的超亲水性和光催化杀菌M2/讲授、讨论//113.43.4模拟实验一分子（甲烷、甲醛、苯等）在催化剂表面的吸附性能研究M2/实验、讨论//12第4章第4章新能源转化原理与应用本章重点难点：光催化分解水、光催化固碳，光催化固氮M2,M314讲授、讨论//134.14.1光解水原理与应用光催化分解水的原理，常见光催化剂，催化剂改性M2/讲授、讨论//144.24.2模拟实验二光解水催化剂的设计与改性M2/实验、讨论//154.34.3光催化固碳光催化还原CO2原理，常见光催化剂，产物的选择性，反应途径M2/讲授、讨论//164.44.4光催化固氮光催化固氮原理，常见光催化剂与改性M2/讲授、讨论//174.54.5模拟实验三光催化剂表面结构对活化CO2分子的影响M2/实验、讨论//四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1实验1.本课程12个学时实验，共三次模拟实验。2.成绩采用百分制，根据实验完成情况评分。3.考核学生对基础知识的理解应用，对实验数据的合理分析。15%2课程论文1.要求根据学科前沿发展，结合所学知识，完成一份调研报告。2.根据报告格式的规范性，表述的逻辑性和完整性评分。20%3期末考试1.开卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。2.主要考核学生对基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有填空题、简答题、分析题、设计题、计算题等。50%4考勤随机点名、刷卡点名等10%5课堂表现随机检查学生上课精神状态、回答问题情况5%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1课程论文40%A-格式规范，逻辑清晰，内容完整，科学性强。B-格式规范，逻辑清晰，内容较完整，有一定的科学性。C-格式较规范，逻辑较清晰，内容较完整，有一定的科学意义。D-格式不规范，逻辑不清晰，内容不完整。2M1期末考试60%（见试卷评分标准）3M2实验30%A-按时完成实验，操作规范，数据分析合理，结论无误。B-按时完成实验，操作规范，数据分析较合理，结论基本正确。C-按时完成实验，操作较规范，数据分析较合理，结果较合理。D-未按时完成实验，结论错误。4M2课程论文30%A-格式规范，逻辑清晰，内容完整，科学性强。B-格式规范，逻辑清晰，内容较完整，有一定的科学性。C-格式较规范，逻辑较清晰，内容较完整，有一定的科学意义。D-格式不规范，逻辑不清晰，内容不完整。5M2期末考试40%（见试卷评分标准）6/考勤100%M-缺勤2次以内。N-缺勤3次及以上且很少参加课堂讨论。评分等级说明：[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59];[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59];[A,B,C]=[90-100,75-89,60-74,0-59];[M,N]=[80-100,0-79]六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书|新能源材料-基础与应用,艾德生,化学工业出版社,2010,ISBN:9787122068613.2图书|光