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郝龙:做纳米材料合成领域的勤恳探路人

时间:2018-12-11

郝龙:1988年10月出生,理学博士,硕士研究生导师。2006年9月至2010年7月于中国农业大学(理学院化学系)获学士学位,2010年9月至2015年7月于国家纳米科学中心纳米系统与多级次制造重点实验室获博士学位。现为青岛农业大学特聘教授。2017年8月组建纳米功能材料课题组,并任课题组长。

目前,青岛农业大学化学与药学院郝龙教授团队在《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society, JACS) 发表通讯文章,报道了团队的最新研究成果(doi: 10.1021/jacs.8b08282)。团队利用一种简便的合成策略合成了一种新型的C3对称的苯并三噻吩-三甲醛化合物,以其为基础构建了一系列孔径大小可控的共价有机骨架 (covalent organic frameworks, COF)材料,并研究了此类材料在高温离子热聚合条件下结构的转变。魏红涛副教授为该文章第一作者,宁静副教授和曹兴弟(研二)为文章并列第一作者,郝龙为通讯作者,青岛农业大学为唯一单位。

用分子结构解密材料性能,一副眼镜背后温和的眼睛中蕴藏着对COF材料领域不断探索的求知之心。

近年来,郝龙教授在国际著名学术期刊Journal of the American Chemical Society ;Advanced Materials;Energy & Environmental Science等发表论文25篇,累计被引次数:945次(截至2018年9月15日),授权中国发明专利5项。其主要研究方向为共价有机网络(COF)的合成及应用;结构可控碳材料的制备及功能化;能源存储及催化。

JACS是化学和材料领域国际顶尖学术期刊,创办于1879年,是每个材料与化学人梦寐以求能发论文的地方,是材料与化学类期刊的龙头(谷歌学术将所有学科分为八大领域,JACS位列材料与化学大领域第一),2017年JACS的影响因子为14.357。

新兴领域的前端探索

共价有机网络(Covalent organic framework, COF)由于具有可控的多孔结构及超大的表面积,在气体存储与分离、催化、光学器件、化学传感等方面具有巨大的应用前景,因此COF材料合成、开发及应用相关的研究已经逐渐发展为一个新兴的研究领域。

郝龙教授团队致力于COF材料的基础研究,针对储能、光催化、电催化等应用领域,进行应用导向的基础研究。选择该研究领域首先基于对这种自下而上的合成新材料的兴趣,同时也对于灵活调控COF材料的结构研究结构-性能关系具有重要意义,其研究难点在于新结构的合成以及针对COF材料性能的调控以及材料的可控制备。

“COF类材料作为一个新兴的材料体系,从2005年首次被报道至今,发展十分迅速,相关应用也逐渐扩展到各个学科领域。当然,每一个成果的背后都是研究者们夜以继日的付出。”郝龙教授说道。

从最初小分子单体的合成,到COF材料体系的构建,再到最后材料性能的测试,实验室从课题立项到成果发表,每一步的经历都实属不易。每个阶段都有其相关的技术性难题,在新型的材料体系中存在着许多不可控的因素,如合成的新型小分子产量不高、合成反应条件苛刻、反应耗时较长等。而在COF材料体系的构建过程中,团队也尝试了多种反应单体,并对反应条件进行了系统的调控。团队虽然组建只有短短一年时间,但始终坚持走在该领域的前端,在面对材料在高温离子热聚合反应条件下结构的演变、以及超级电容器性能、材料结构-性能关系等测试分析中发现的种种奇特现象时,课题组成员不断深入探讨,将遇到的难题逐个攻破。

在电极材料的结构设计这一科研结果得出的过程中,单是材料测试这一环节,他们就用了长达半年的时间对不同材料的性能进行逐个试验并不断反复,深入分析材料结构和性能之间的关系。

坚持原始创新,不做人云亦云的工作

坚持原始创新,不做人云亦云的工作,是课题组坚持的原则。团队始终坚持一步一个脚印,哪怕做慢一点,也绝不能只做一些表面的工作,隐藏在材料结构、性能背后的机理、规律才是真正值得探究的。

“科研不是计划经济,有很多不可预知性;优秀的成果也绝不是高压状态下的产物,相反它需要一个相对宽松的氛围以及张弛有度的节奏。”郝龙教授如是说道。

作为一个年轻而有活力的课题组,他们和所有科研团队一样,将大量的时间和精力投入科研,但研究结果在很大程度上却是不可预判的。在课题组中负责计算方面工作的宁静副教授表示,他们所合成COF材料不同于传统无机材料具有标准XRD图谱和固定晶体结构,其晶型、晶胞参数、堆积方式等都是未知的,需要结合实验的和理论模拟计算的数据相互拟合、匹配,从而辅助证明所合成出来的新材料的结构。一次次重复试验,一遍遍反复计算,从零开始,他们在模拟计算和实验数据-模拟数据拟合上呕心沥血,逐个攻破。

课题组成员深知,科研成果永远不能达到做多少就收获多少的程度,实验的进展中存在着太多不可控因素,一些看起来很简单的反应或测试,可能持续几个月甚至半年都无法取得成效,一个细小的误差也可能直接导致实验的失败。课题组成员对实验方案反复讨论、尝试,针对实验结果反复沟通、调整、再设计、反馈,才使得实验能够更加高效地完成。

“材料研究绝不是简单地合成一个材料、表征一类结构或测试一组性能就到此为止,如今学院的平台建设日臻成熟,有条件开展更加深入的研究工作。”郝龙教授说。

集中所有人员力量专攻一个课题

“搞科研不是简单地说说而已,要耐得住寂寞、经得住诱惑、能坐冷板凳。”课题组组建至今,郝龙教授带领团队倾心付出、不负初心,用汗水换收获喜悦、以青春谱写华章。“郝老师在实验室中针对科研一丝不苟,在学术上对学生要求严格,并很注重培养学生的科研思维和良好的实验习惯。”课题组的宁静副教授表示。

郝龙教授课题组人员很少,只有四位老师一位研究生,课题组成立之初想法很多,但是没有精力每个都做。在这样的情况下,他们采取的策略是集中所有人员力量专攻一个课题。可以看到,他们在崭新的领域中,始终怀揣一颗热哎科研的心;在并不平坦的前路上,他们始终一往无前。如中国核物理学家钱三强所言:“古今中外,凡成就事业,对人类有作为的无一不是脚踏实地、艰苦攀登的结果。”郝龙教授团队深知他们所处的领域在国内、国际上发展迅速,便更加脚踏实地地勤恳拓荒。他们在这个过程中严格要求自己,深入地挖掘、探究研究领域中的核心问题;同时也时常跳出所在的领域,静心审视自己所做课题的意义。这样的科研无疑是非常有价值的。

组建实验室之初,郝龙教授团队就始终坚持将他们的科研做到细致、完整、深入。“研究出成果,文章被发表,这些都是外界对我们的认可,如果我们只是为了一个结果,我认为那样的科研是没有任何意义的。”郝龙教授说道。

平台、团队与合作

“组建团队一年来,只发表了一篇文章,效率不够高。”郝龙教授也客观分析了他们目前存在的问题:“刚开始的时候天真地认为只要有想法努力干就能出成果,真正独立开展科研才发现除了想法,平台、团队、合作等等都非常重要。”

“学校及学院领导的大力支持是我们工作能够顺利开展的基础,他们虽然没有出现在文章的作者里面,但是他们贡献是巨大的。”郝龙教授说。郝龙教授团队正处于快速成长期,并且正着力奋进,栉风沐雨,在新兴材料领域的崭新道路上勤恳探路,铿锵前行!

 原载于《青岛农业大学报》2018年11月30日,第二十期,总第973期。原文链接:

http://qauweekly.cuepa.cn/show_more.php?doc_id=2575415

 

作者:梁隽 宁静 王海霞    阅读:0
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