职务： 硕士生导师
联系电话： **
办公地址： D405
电子邮箱： wqchem@nju.edu.cn

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个人简介


吴强，博士，教授。在南京大学化学化工学院获学士（95-99）和博士（99-04）学位。04年9月留校任讲师，06年任副教授，15年任教授。曾在美国斯坦福大学材料科学与工程系作华英****（11-12）。长期在纳米材料科学领域开展研究，前期主要围绕III族氮化物纳米结构材料的制备和场致发射性能开展研究，近年来围绕三维介观多孔结构材料的制备科学及能源应用基础开展研究，在镍基、碳基纳米多孔分级结构材料的设计、可控制备及能源存储与催化性能等方面取得重要进展。在Acc. Chem. Res./J. Am. Chem. Soc./Adv. Mater./Energy Environ. Sci.等重要学术刊物上发表论文100余篇，获专利10多项。担任江苏省真空学会常务理事、中国微米纳米技术学会青年委员

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工作经历


2004-2006 南京大学化学化工学院 讲师
2006-2014 南京大学化学化工学院 副教授
2011-2012 斯坦福大学材料科学与工程学院 华英访问****
2015-至今 南京大学化学化工学院 教授

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研究方向


1. 介观/纳米结构材料的设计与可控制备
2. 超级电容器、锂-硫电池电极材料的设计与性能调控机制
3. 电催化剂的设计与性能调控机制
4. 单位点催化剂的设计、可控制备与性能研究


学术成果


From Carbon-Based Nanotubes to Nanocages for Advanced Energy Conversion and Storage,
Acc. Chem. Res., 50, 435-444, FEB 2017
The simplest construction of single-site catalysts by the synergism of micropore trapping and nitrogen anchoring,
Nat. Commun., 10, 1657, APR 10 2019
Carbon-based nanocages: a new platform for advanced energy storage and conversion,
Adv. Mater., 31, **, 2019-Sep-30
Compressing Carbon Nanocages by Capillarity for Optimizing Porous Structures toward Ultrahigh-Volumetric-Performance Supercapacitors,
Adv. Mater., 29, **, JUN 27 2017
Porous 3D Few-Layer Graphene-like Carbon for Ultrahigh-Power Supercapacitors with Well-Defined Structure-Performance Relationship,
Adv. Mater., 29, **, MAR 21 2017
Mesostructured NiO/Ni composites for high-performance electrochemical energy storage,
Energy Environ. Sci., 9, 2053-2060, 2016
Alloyed Co-Mo Nitride as High-Performance Electrocatalyst for Oxygen Reduction in Acidic Medium,
ACS Catal., 5, 1857-1862, MAR 2015
Efficient ternary synergism of platinum/tin oxide/nitrogen-doped carbon leading to high-performance ethanol oxidation,
ACS Catal., 8, 8477-8483, SEP 2018
Hierarchical carbon nanocages confining high-loading sulfur for high-rate lithium-sulfur batteries,
Nano Energy, 12, 657-665, MAR 2015
Efficient synergism of electrocatalysis and physical confinement leading to durable high-power lithium-sulfur batteries,
Nano Energy, 57, 34-40, MAR 2019




课程名称、上课时间地点


物理化学（上）

教学大纲、考试要求


《物理化学》课程教学大纲(上册)
课程信息
（一）基本信息
课程号：**A
课程中文名称：物理化学
课程英文名称：Physical Chemistry
周学时：4学时
学 分：3.5
先修课程：大学化学
（二）内容简介
物理化学是化学学科的一个重要的分支学科，它是从物质的物理现象和化学现象的联系入手，来探求化学变化基本规律的一门学科，在实验方法上主要采用物理学中的方法。物理化学是整个化学科学的理论基础，主要研究化学反应的平衡规律和速率规律，以及这些规律在科研、生产、生活实践中的应用。
通过该课程的学习，学生可以掌握有关化学反应的方向和限度、化学反应的能量改变、化学反应的平衡组成、化学反应的机理和速率、多相平衡体系及界面特征等方面的知识，同时还可培养学生的科研素质。该课程将为各专业学生的后续学习提供重要的理论基础，还为他们今后从事化工工程、新药合成、新材料制备、新工艺设计、新能源开发等工作起重要的指导作用。

二、教学目标和学习要求
绪论 （1学时）
主要介绍物理化学课程的内容，物理化学的建立与发展史，物理化学在当今的发展趋势，物理化学研究与学习方法以及物理量的表示与运算等。
气体（1学时）
本章重点介绍理想气体和实际气体的模型及状态方程式。
具体内容：
理想气体模型，理想气体状态方程，道尔顿分压定律，阿马格分体积定律
实际气体的行为，与理想气体的偏差；van der Waals方程式
实际气体的等温线和液化过程
对比状态定律和压缩因子图
第二章热力学第一定律 （10学时+2学时习题课）
本章重点介绍热力学的基本概念、热力学第一定律及其应用、焓及其在热化学中的应用。
具体内容：
了解热力学第零定律与温标
理解掌握系统与环境、性质与状态、过程与途径、热力学平衡态、热和功、准静态过程和可逆过程等基本概念
掌握状态函数的特点及其数学特征
热力学第一定律的表述及数学表达式
准确理解热力学能和焓的物理意义，理解理想气体的热力学能和焓的特征
熟练掌握理想气体的状态发生变化（等温过程、绝热过程）时的热和体积功的计算
掌握热容与热力学能和焓的关系
理解Joule-Thomson效应，掌握实际气体的DU和DH的计算
学习Carnot循环及热机效率的计算
熟练运用Hess定律计算反应热，了解几种热效应及化学反应热的计算
掌握反应焓变与温度的关系（即Kirchhoff定律）及绝热过程中的热效应的计算
教学重点：
状态函数与可逆过程
不同变化过程中热和功的计算
DU和DH的计算
教学难点：
状态函数及其数学特征
可逆过程的热和功的计算
DU和DH的计算
热力学第二定律（12学时+2学时习题课）
本章重点介绍热力学第二定律，Carnot循环和Carnot定理，Clausius不等式，熵、Helmholtz自由能、Gibbs自由能等热力学函数及其中的函数关系。
具体内容：

准确理解自发过程的概念及意义，了解Carnot循环和Carnot定理及其在热力学第二定律的建立过程中的作用，准确理解热力学第二定律的不同表述及其共性
了解熵函数的导出方法，理解熵变的定义
掌握Clausius不等式、熵增加原理和熵判据
熟练掌握理想气体的状态变化过程中的熵变的计算方法
了解Helmholtz自由能和Gibbs自由能的定义，及其作为判据的使用方法
熟练掌握物理变化和化学变化中DG的计算
熟练掌握几个热力学函数U、H、S、A和G的关系
掌握Maxwell关系式及其应用
熟练掌握Gibbs自由能与温度和压力的关系
了解熵的统计意义
了解热力学第三定律，掌握规定熵的计算及化学反应中熵变的计算
教学重点：
热力学第二定律的表述和Clausius不等式
熵增加原理和熵判据、Helmholtz自由能判断、Gibbs自由能判据
不同变化过程中DS、DA、DG的计算
Maxwell关系式的灵活应用
教学难点：
熵函数的导出、熵判据的条件和结论
可逆过程的设计及熵变的计算
Helmholtz自由能和Gibbs自由能判据的应用条件和结论
热力学关系式的推导和应用
期中考试

多组分系统热力学及其在溶液中的应用（9学时+1学时）
本章主要介绍偏摩尔量、化学势的概念及气体、液体（液态混合物、溶液和稀溶液）的化学势，还介绍稀溶液的两个经验定律和依数性。
具体内容：
掌握多组分系统的组成表示法
理解偏摩尔量的概念，掌握偏摩尔量的加和公式和Gibbs-Duhem公式
理解化学势的定义及物理意义，熟练掌握利用化学势处理平衡问题的一般步骤，热力学关系式在多组分系统中的扩展
掌握理想气体的化学势的表示方法和标准态的规定
了解非理想气体的化学势的表达式及标准态规定，了解逸度的求算方法
掌握Raoult定律和Henry定律的表述，熟练掌握有关的计算
了解理想液态混合物组分的化学势的表达式及标准态规定，及其混合热力学性质
了解理想稀溶液中各组分的化学势的表达式及标准态规定
了解稀溶液的依数性公式的导出及相关计算
了解非理想液态混合物和非理想稀溶液的化学势的表达式及标准态规定，理解活度的概念，掌握活度和活度因子的求算方法
掌握分配定律及其在萃取中的应用
教学重点：
多组分系统的组成表示法及相互换算
化学势及有关热力学关系式
化学势与T、p的关系
不同多组分系统的化学势表达式及标准态
Raoult定律和Henry定律
教学难点：
化学势的概念
各种多组分系统中各组分的化学势表达式及标准态
逸度、活度的概念及求算方法
第五章相平衡（9学时+1学时习题课）
本章重点介绍了相律、相平衡以及单组分、二组分和三组分的简单相图。
具体内容：
理解相、相图、多组分系统、自由度的概念
了解多相平衡的一般条件
掌握独立组分数的计算以及相律的推导方法和应用
熟练应用Clapeyron方程和Clausius-Clapeyron方程计算纯物质的两相平衡的T，p关系
了解单组分系统的相图的特点（水的相图，CO₂的相图，硫的相图）
超临界流体的性质和应用
了解二组分系统气液平衡系统的几种相图：理想液态混合物和产生正、负偏差液态混合物的气-液平衡相图的特征
掌握杠杆规则的计算
了解部分互溶、完全不互溶双液系相图的特征
了解二组分系统固液平衡相图的几种类型及各自的特征：两组分在液相中完全互溶，在固相中完全不互溶系统（低共熔相图）；两组分在液态完全互溶，在固态部分互溶的系统（有一低共熔点、有一转熔温度）；两组分在固态和液态都能完全互溶的系统；两组分形成化合物的系统。
利用相图指导金属冶炼（如区域熔炼、退火和淬火等）和物质的分离（如粗盐提纯、蒸馏和精馏、水蒸气蒸馏等）
了解几种相图的绘制方法
了解等边三角形坐标的表示方法
了解部分互溶三液系、二固体一液体的水盐系统和三组分低共熔系统等三组分相图的特征
教学重点：
Clapeyron方程的应用
相率及应用
二组分系统相图
教学难点：
由实验数据绘制相图，复杂相图的分析
相图用于指导分离、提纯的工艺路线的设计
第六章化学平衡（6学时+1学时习题课）
本章重点介绍化学反应等温式的意义及其应用，化学平衡常数和平衡组成的计算，以及各种因素对平衡的影响。
具体内容：
化学反应的方向和限度：平衡条件、化学反应等温方程式
平衡常数及其应用：理想气体反应、实际气体反应、液相反应、复相反应的平衡常数及其各种表示式、平衡常数的测定、平衡组成及平衡转化率的计算
理解标准生成Gibbs自由能和液相反应的标准Gibbs自由能：标准态下反应的Gibbs自由能的变化值，标准生成Gibbs自由能，掌握 的有关计算。
熟练掌握平衡常数与温度的关系
掌握浓度、压力、惰性组分等因素对化学平衡的影响
了解对同时平衡、反应耦合、近似计算的处理方法
教学重点：
化学反应等温方程式的推导与应用
平衡常数及其各种表示式及其换算
平衡常数的测定、平衡组成及平衡转化率的计算
浓度、压力、惰性组分等因素对化学平衡的影响
教学难点：
平衡常数的测定
平衡组成及平衡转化率的计算
第七章统计热力学基础（6学时+1学时）
本章介绍统计热力学中的一些基本概念，介绍平动、转动、振动对热力学函数的贡献，介绍利用物质的Gibbs自由能、焓来计算化学反应的平衡常数与热效应，重点介绍由配分函数直接求平衡常数的方法。
具体内容：
了解统计热力学中的一些基本概念：定位体系与非定位体系、独立粒子体系与相依粒子体系、微观状态、分布、最可几分布与平衡分布、配分函数
了解近独立粒子体系的统计分布：经典统计法，最可几分布、玻尔兹曼公式的推导和玻尔兹曼公式的讨论，摘取最大项原理、量子体系统计简介
掌握配分函数的定义，配分函数与热力学函数的关系、配分函数的分离
掌握配分函数的计算及其对热力学函数的贡献：原子核、电子、平动、转动、振动配分函数及其分子的全配分函数
了解最低能级的选择对热力学函数的影响
掌握从配分函数求平衡常数的计算：理想气体反应平衡常数的计算、Gibbs自由能函数—焓函数、平衡常数的配分函数表达式，Gibbs自由能函数求化学平衡常数。
教学重点：
Maxwell—Boltzmann统计
配分函数
利用配分函数计算热力学函数
分子的全配分函数的计算
教学难点：
利用配分函数计算热力学函数
分子的全配分函数的计算
期末考试
三、其他
教学方式：多媒体结合板书
作业：每章布置教材附带习题10-15题，由研究生助教批改
习题：每章授课期间或结束时布置5-10题，课堂上计算并讲解
课堂小测试：每月根据学习进度提供5-10题选择题，计入平时成绩
课后调研：要求学生课后查询一些科研文献，提炼出与《物理化学》相关的内容，并据此出几道题目，主要考察学生对物理化学知识点的理解程度，促进他们对物理化学知识的应用；或者，根据物理化学上册中某主题撰写一篇论文阐述自己独特的见解。
考试：分期中、期末两次考试，闭卷
成绩计算方法：
本课程采用平时作业、听课情况与期中期末闭卷考试相结合的考核方法
其中平时作业、听课情况共占30%，期中考试站30%，期末考试占40%。



教学资源（上课讲义、参考资料等）


傅献彩、沈文霞、姚天扬、侯文华编. 物理化学(第五版)，高等教育出版社，2005
孙德坤、沈文霞、姚天扬、侯文华编. 物理化学学习指导，高等教育出版社，2007
侯文华，淳远，姚天扬编. 物理化学习题集，高等教育出版社，2009
Peter Atkins, Julio De Paula, Physical Chemistry (11^thEdition), Oxford University Press
Ira N. Levine, Physical Chemistry (6^thEdition), McGraw-Hill Publishing, 2008




课题组风采