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【学习风采】新型可逆氧电极的设计合成及应用研究团队:催化梦想 驱动青春
来源: 发布日期:2018/09/03 点击量:

在2017年第十五届挑战杯国赛的赛场上,我校化学化工学院学生苏昌远、陈俊民、陈安娜、张佳璇的研究项目《新型可逆氧电极N-GCNT/FeCo的设计合成及其在锌空电池中的应用》一举夺得“挑战杯”国赛一等奖。研究期间,该项目组共发表了四篇SCI 论文,并获批成为“攀登计划”广东大学生科技创新培育专项重点项目。

 

播种梦想,遇见“大挑”

刚进入大一的时候,学校和学院就在学生中对挑战杯项目进行了大力宣传。那时候的苏昌远还是一个刚进入大学不久的“初生牛犊”,看到宣讲会上往届师兄师姐取得的优秀成绩,苏昌远也在自己心里埋下了一颗“科研梦”的种子。后来,学院向学生们提供了每位老师研究的方向和联系方式,这使得苏昌远和他的小组成员有机会了解各个学习方向,发掘自己的兴趣点。就这样,苏昌远和队友们开始进入了实验室,尝试着做一些实验,小小的梦想在他们心中绽放开来,催促着他们迈开了科研之路的第一步。

在大二的物理化学课堂上,苏昌远常常跟在老师身后追问问题,也正因为如此,任课老师刘兆清发现了勤奋刻苦的苏昌远,便邀请苏昌远加入了自己的实验室。在刘兆清老师的安排和苏昌远的邀请下,另外三位队友陈俊民、陈安娜、张佳璇也加入了他们的实验小组,组成了“挑战杯”的项目研究团队。“老师的研究方向是电池能源”,苏昌远说,“我也恰好对能源、电池方面比较感兴趣,所以选题的方向就往这方面靠拢了”。队伍的快速组建和选题方向的确定使得他们在研究初期很快就解决了别的队伍常出现的难题,也为后来的研究打下了坚实的基础。

在挑战杯立项之前,苏昌远就已经在实验室锻炼了大半年的时间,这期间他和自己的好友兼师兄成晖相互学习、相互鼓励。在一次偶然的实验中,他们突发奇想在三聚氰胺中加入了一些金属盐,而正是这个偶然发现让他们意外地煅烧出了一个“碳纳米管”。在对比了现有的催化剂并作进一步的了解后,苏昌远发现这种“碳纳米管”竟然可以用来做锌空电池的催化剂,而这个偶然发现的“碳纳米管”在研究上更是具有很大的应用价值。于是,苏昌远团队便以改进催化剂的性能为具体研究目标,开始了他们的“挑战杯”研究项目。

 

刘兆清老师指导小组成员做电化学性能测试

迎难直上,永不言弃

刚开始研究的那段时间,苏昌远主攻铁钴材料,陈俊民主攻锰酸钴材料,两人分工合作,陈安娜、张佳璇则负责测样。回想起那段日子,苏昌远说道,“没课的话,我7点10分就会到实验室了,晚上研究的时候一般到11点左右才会回宿舍。前一天去烧样,烧完样就要去测样,测完样之后还要再去烧样,然后又再去测样,就这样不断反复检测。”由于测试的样品非常多,一个数据的烧样、测样一般都要耗费两天的时间才能完成,而一组数据中又有几百条数据,一组实验下来,得出的数据其实是很庞大的。当完成整套数据的时候,他们已经用了一整个学年的时间。

数据的庞大和样品处理的繁琐使得研究的进度被拉长,而更困难的是“即使处理完测试与数据等前期工作,得出的数据在实验中并不一定每一次都能用上”,耗费几个月时间检测的数据很有可能都是白费工夫。这时候,苏昌远只能和队友们重新寻觅材料,再进行下一次的数据测试。经过8个多月的努力,苏昌远团队尝试了铝、铁钴、锰等各种催化剂材料,在反复的测试和分析后,他们最终选择了性能最佳的“铁钴材料”。

在目前化石能源快速消耗以及长期不合理使用已带来严重的环境污染的背景下,许多人都在积极寻求一种更清洁的能源。锌空电池相较于目前主流的锂电池、超级电容器等清洁能源,有高能量密度、反应条件温和以及长循环寿命等特点,适合做应用于助听器等设备,但需要一种催化剂降低它的过电势让它反应更加顺利。目前市面上的锌空电池的商业催化剂都是比较昂贵的金属材料,而苏昌远团队研究的新型催化剂则更廉价易得,安全性更强,与现有商业催化剂相比,具有很大的优势。苏昌远团队正是凭借着敏锐的研究嗅觉发现了这种新型催化剂的价值,这也让他们更坚定地要把这个项目做下去,研究出一种性能更优异的催化剂。

做实验、整理数据的同时,苏昌远还撰写项目论文,“从投稿到发表,最快用了3个多月,最慢的花了一年时间才完成”。要完成四篇SCI 论文对大多数本科生来说不是一件容易的事。因为学习的资料大多是影响因子高、水平比较高的文献,而这些文献都有一个共同的特点,那就是“全英文撰写”,文献中不乏大量复杂生僻的高难度词汇,但是苏昌远从未因此放弃。“当时就是一点点看完,一点点啃下去的,电池方面的英文专业术语,也从根本不认识慢慢到熟识。”经过长时间的努力与付出,苏昌远最终写出了四篇极具影响力的全英论文,其中一篇论文《Atomic modulation of FeCo-nitrogen-carbon bifunctional oxygen electrode for rechargeable and flexible all-solid-state zinc-air battery》的影响因子更是达到了16.721。

 

一路收获,一路成长

一般的实验项目在研究出一种材料的性能之后,就直接整理数据发表文章,但苏昌远团队为了让他们的研究更具有说服力,决定自己动手实际制作出液态、固态两种电池。这种更进一步的制作,意味着他们没有资料可以参考,“我们自己在网上买了手表壳,拆了之后在壳上打孔,自己DIY固态电池”。液态电池本来是用来做生物燃料电池用的,但是苏昌远团队却把它改造成了锌空电池,这也大大增强了项目的可应用性。

到了“挑战杯”国赛前的最后几个月,苏昌远开始着手准备比赛现场作品展示的海报、展板以及答辩用的视频。作为项目的负责人,苏昌远把这些国赛用的辅助材料一手包办了。在这个过程中,他从一个处理图片、视频的“小白”,变成了一个Ps和剪辑音频、编排文本的能手,还学会了使用动画软件。几个月下来,他的编辑制图技能都大有长进。虽然在初期的实验过程中很多数据都因为达不到性能要求而作废,但在整个比赛的过程中,苏昌远积累起来的实验技巧、逻辑与数据处理能力和编辑制图特长都让他获益良多。

为了更好地完成项目的研究,苏昌远在暑假期间还留校继续做实验。暑假留宿没有空调,闷热的天气使得苏昌远每天回到宿舍一躺床就会出汗,于是他只能逼着自己要在出汗之前赶紧睡着。为研究付出的努力让他们获得了更多的支持,中山大学、华南理工大学的两位院士看到了项目的价值,甚至为了这个项目给苏昌远团队写了推荐信,这也使得项目研究得到了更广泛的认可,让项目有机会走得更远。

“挑战杯”带给他们的不仅有荣誉,还有难忘而珍贵的回忆。如今的苏昌远已被东南大学化学专业研究生免试录取,陈俊民也选择留在广州大学继续读研,陈安娜、张佳璇则正在备战考研的路上不断努力。对科研的热忱,在实验室里严谨认真的态度,答辩场上的从容不迫,长久积累起来的扎实的分析能力……对于他们来说,这次“挑战杯”让他们得到了成长,更为他们的大学生活写下了完美的一页。

苏昌远团队成功的关键不只是一次实验的灵感,更是他们两年的不懈奋斗。几千次的材料烧制和数以千计的数据分析。他们痴迷科研、死磕难题、执着不休。时间和坚持没有亏待他们,长久累积的深厚底蕴最终为他们证明了一切。

“一定的机遇和长久的不懈坚持”,这种信念让苏昌远带领团队不断前进。虽然艰苦,但他还是完成了从大一就定下的目标——要做科研、要读研、要继续深造。怀着一颗认真对待科研的心,保持着一种严谨学习的态度,苏昌远和他的队友们也在科研的道路上越走越远,越走越坚定……

 

(学生记者 蔡锦姿 王景瑞 李昕洋 李锦仪)

 

注:本文刊登于201874日第379-380期《广州大学报》。如需转载,请注明出处。



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