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郝龍:做納米材料合成領域的勤懇探路人

時間:2018-12-11

郝龍:1988年10月出生,理學博士,碩士研究生導師。2006年9月至2010年7月于中國農業大學(理學院化學系)獲學士學位,2010年9月至2015年7月于國家納米科學中心納米系統與多級次制造重點實驗室獲博士學位。現為立博app特聘教授。2017年8月組建納米功能材料課題組,并任課題組長。

目前,立博app化學與藥學院郝龍教授團隊在《美國化學會志》(Journal of the American Chemical Society, JACS) 發表通訊文章,報道了團隊的立博app官網研究成果(doi: 10.1021/jacs.8b08282)。團隊利用一種簡便的合成策略合成了一種新型的C3對稱的苯并三噻吩-三甲醛化合物,以其為基礎構建了一系列孔徑大小可控的共價有機骨架 (covalent organic frameworks, COF)材料,并研究了此類材料在高溫離子熱聚合條件下結構的轉變。魏紅濤副教授為該文章第一作者,寧靜副教授和曹興弟(研二)為文章并列第一作者,郝龍為通訊作者,立博app為唯一單位。

用分子結構解密材料性能,一副眼鏡背后溫和的眼睛中蘊藏著對COF材料領域不斷探索的求知之心。

近年來,郝龍教授在國際著名學術期刊Journal of the American Chemical Society ;Advanced Materials;Energy & Environmental Science等發表論文25篇,累計被引次數:945次(截至2018年9月15日),授權中國發明專利5項。其主要研究方向為共價有機網絡(COF)的合成及應用;結構可控碳材料的制備及功能化;能源存儲及催化。

JACS是化學和材料領域國際頂尖學術期刊,創辦于1879年,是每個材料與化學人夢寐以求能發論文的地方,是材料與化學類期刊的龍頭(谷歌學術將所有學科分為八大領域,JACS位列材料與化學大領域第一),2017年JACS的影響因子為14.357。

新興領域的前端探索

共價有機網絡(Covalent organic framework, COF)由于具有可控的多孔結構及超大的表面積,在氣體存儲與分離、催化、光學器件、化學傳感等方面具有巨大的應用前景,因此COF材料合成、開發及應用相關的研究已經逐漸發展為一個新興的研究領域。

郝龍教授團隊致力于COF材料的基礎研究,針對儲能、光催化、電催化等應用領域,進行應用導向的基礎研究。選擇該研究領域首先基于對這種自下而上的合成新材料的興趣,同時也對于靈活調控COF材料的結構研究結構-性能關系具有重要意義,其研究難點在于新結構的合成以及針對COF材料性能的調控以及材料的可控制備。

“COF類材料作為一個新興的材料體系,從2005年首次被報道至今,發展十分迅速,相關應用也逐漸擴展到各個學科領域。當然,每一個成果的背后都是研究者們夜以繼日的付出。”郝龍教授說道。

從最初小分子單體的合成,到COF材料體系的構建,再到最后材料性能的測試,實驗室從課題立項到成果發表,每一步的經歷都實屬不易。每個階段都有其相關的技術性難題,在新型的材料體系中存在著許多不可控的因素,如合成的新型小分子產量不高、合成反應條件苛刻、反應耗時較長等。而在COF材料體系的構建過程中,團隊也嘗試了多種反應單體,并對反應條件進行了系統的調控。團隊雖然組建只有短短一年時間,但始終堅持走在該領域的前端,在面對材料在高溫離子熱聚合反應條件下結構的演變、以及超級電容器性能、材料結構-性能關系等測試分析中發現的種種奇特現象時,課題組成員不斷深入探討,將遇到的難題逐個攻破。

在電極材料的結構設計這一科研結果得出的過程中,單是材料測試這一環節,他們就用了長達半年的時間對不同材料的性能進行逐個試驗并不斷反復,深入分析材料結構和性能之間的關系。

堅持原始創新,不做人云亦云的工作

堅持原始創新,不做人云亦云的工作,是課題組堅持的原則。團隊始終堅持一步一個腳印,哪怕做慢一點,也絕不能只做一些表面的工作,隱藏在材料結構、性能背后的機理、規律才是真正值得探究的。

“科研不是計劃經濟,有很多不可預知性;優秀的成果也絕不是高壓狀態下的產物,相反它需要一個相對寬松的氛圍以及張弛有度的節奏。”郝龍教授如是說道。

作為一個年輕而有活力的課題組,他們和所有科研團隊一樣,將大量的時間和精力投入科研,但研究結果在很大程度上卻是不可預判的。在課題組中負責計算方面工作的寧靜副教授表示,他們所合成COF材料不同于傳統無機材料具有標準XRD圖譜和固定晶體結構,其晶型、晶胞參數、堆積方式等都是未知的,需要結合實驗的和理論模擬計算的數據相互擬合、匹配,從而輔助證明所合成出來的新材料的結構。一次次重復試驗,一遍遍反復計算,從零開始,他們在模擬計算和實驗數據-模擬數據擬合上嘔心瀝血,逐個攻破。

課題組成員深知,科研成果永遠不能達到做多少就收獲多少的程度,實驗的進展中存在著太多不可控因素,一些看起來很簡單的反應或測試,可能持續幾個月甚至半年都無法取得成效,一個細小的誤差也可能直接導致實驗的失敗。課題組成員對實驗方案反復討論、嘗試,針對實驗結果反復溝通、調整、再設計、反饋,才使得實驗能夠更加高效地完成。

“材料研究絕不是簡單地合成一個材料、表征一類結構或測試一組性能就到此為止,如今學院的平臺建設日臻成熟,有條件開展更加深入的研究工作。”郝龍教授說。

集中所有人員力量專攻一個課題

“搞科研不是簡單地說說而已,要耐得住寂寞、經得住誘惑、能坐冷板凳。”課題組組建至今,郝龍教授帶領團隊傾心付出、不負初心,用汗水換收獲喜悅、以青春譜寫華章。“郝老師在實驗室中針對科研一絲不茍,在學術上對學生要求嚴格,并很注重培養學生的科研思維和良好的實驗習慣。”課題組的寧靜副教授表示。

郝龍教授課題組人員很少,只有四位老師一位研究生,課題組成立之初想法很多,但是沒有精力每個都做。在這樣的情況下,他們采取的策略是集中所有人員力量專攻一個課題。可以看到,他們在嶄新的領域中,始終懷揣一顆熱哎科研的心;在并不平坦的前路上,他們始終一往無前。如中國核物理學家錢三強所言:“古今中外,凡成就事業,對人類有作為的無一不是腳踏實地、艱苦攀登的結果。”郝龍教授團隊深知他們所處的領域在國內、國際上發展迅速,便更加腳踏實地地勤懇拓荒。他們在這個過程中嚴格要求自己,深入地挖掘、探究研究領域中的核心問題;同時也時常跳出所在的領域,靜心審視自己所做課題的意義。這樣的科研無疑是非常有價值的。

組建實驗室之初,郝龍教授團隊就始終堅持將他們的科研做到細致、完整、深入。“研究出成果,文章被發表,這些都是外界對我們的認可,如果我們只是為了一個結果,我認為那樣的科研是沒有任何意義的。”郝龍教授說道。

平臺、團隊與合作

“組建團隊一年來,只發表了一篇文章,效率不夠高。”郝龍教授也客觀分析了他們目前存在的問題:“剛開始的時候天真地認為只要有想法努力干就能出成果,真正獨立開展科研才發現除了想法,平臺、團隊、合作等等都非常重要。”

“學校及學院領導的大力支持是我們工作能夠順利開展的基礎,他們雖然沒有出現在文章的作者里面,但是他們貢獻是巨大的。”郝龍教授說。郝龍教授團隊正處于快速成長期,并且正著力奮進,櫛風沐雨,在新興材料領域的嶄新道路上勤懇探路,鏗鏘前行!

 原載于《立博app報》2018年11月30日,第二十期,總第973期。原文鏈接:

 

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作者:梁雋 寧靜 王海霞    閱讀:0
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