【研究生奖学金】杨雅晴:荆棘路上开出最绚烂的花

晚上八点,走进灯火通明的化学楼,三楼一间休息室里,其中一台电脑正放映着电影。坐在电脑前的清秀女生,正是此次“研究生国奖”的获得者之一——来自化学与材料学院2015级物理化学专业的杨雅晴。杨雅晴不仅以笔试第一、面试第一的成绩考入我校物理化学专业,而且在今年的国家奖学金评比中脱颖而出,在寥寥无几的获奖名额中占据了一席之位。

眼前的杨雅晴津津有味地盯着电脑屏幕,她说,这是她难得的闲暇时刻。“一连几个星期因为毕业论文忙得焦头烂额,今天刚把修改后的论文发给导师,所以现在才有了一点空闲时间。”

(杨雅晴生活照)

满腔热爱——科研之路的动力源泉

抱着从初中就对化学产生的兴趣,尽管家里人因为化学对身体危害性大而劝阻,但杨雅晴还是义无反顾地遵从自己的内心,选择了化学专业。与本科不同,研究生的学习是高强度、主动且独立的,从发现问题到解决问题都需要自己独立去完成。除此之外,如何利用软件进行数据的处理、如何做图和查找文献等等,对初期的杨雅晴来说是知识短板,这让她有些无所适从。

(杨雅晴(左七)与导师以及实验室同学的合影)

研究生的生活每天三点一线——实验室、宿舍、饭堂。杨雅晴坦率地说,一开始她并不能适应这种从早到晚做实验搞科研的生活,从早上八点半到晚上十二点甚至到凌晨都“泡”在实验室。特别是初期还未上手时,做每个实验耗费时间更长,经常很晚才能回宿舍。这对一个女生来说并不是一件轻松的事。“说实话我一个人大半夜回去还是很害怕的,但我又想多做一点实验,实验进度才能快一点,只好咬咬牙就过去了。”不知不觉中,杨雅晴也对科研产生更加浓厚的兴趣。不到一个月时间,她就适应了这种早出晚归的生活。

正是因为心里始终对科研满怀热爱,所以即使面对重重阻碍,她也不会停下脚步。

反复摸索——科研之路上披荆斩棘

杨雅晴说,在开始一个新的实验之前,都要首先构思自己想要合成的物质。一般来说是运用一些最基本的原材料,在一定的反应条件下进行反应,最终合成想要的物质。但这个过程并不容易掌控。

在杨雅晴的一次实验中,她最初的构想是合成钼掺杂的硫化镍。

杨雅晴阅读了大量的文献,从中学习借鉴,并按照自己的思维和想法进行改变和创新。在尝试了多种材料都达不到最理想的效果之后,杨雅晴偶然发现,泡沫镍具有三维结构的优势,利用它作为基底,实验最终“长”出来的材料会直接附着在泡沫镍上,方便收集和检测。于是杨雅晴采用泡沫镍作为镍源;接着,选取带硫的物质作为硫源。例如硫代乙酰胺、硫脲等,进一步进行试验。

然而在现实的实验中,由于存在许多不可控因素,实际往往会与理想中的结果不同。实验并没有合成钼掺杂的硫化镍,反而意外得到了二硫化钼/二硫化三镍的异质结构。杨雅晴通过进一步的研究发现,二硫化钼/二硫化三镍的异质结构在全电解水的反应中表现出更高的催化活性,比预期钼掺杂的硫化镍更为理想。同样的,实验所需的试剂源和还原剂,也是在反复的摸索中得到最理想的材料。杨雅晴说,科研是一个需要不断探索的过程,并不是一蹴而就的。

(负载在泡沫镍上的二硫化钼/二硫化三镍催化剂)

打磨耐心——科研之路磨砺中前行

解决了用何种材料作为反应物和催化剂等问题之后,反应温度的高低、反应时间的长短和反应物量的多少,又是亟需解决的难题。这些条件并不是固定和已知的,并且,一点细微的改变,都会导致物质内部结构发生变化,产物也会与预期截然不同,显著影响实验结果。比如实验产物的形貌会伴随着反应物量的改变而改变,可能从纳米棒变化为纳米球。

为了达到理想的结果,杨雅晴参考了大量相关文献,并结合自身实验的实际情况,针对每个不同的变量,分别在大范围内不断进行尝试和实验,一步步缩小范围,逐渐接近更加精确的范围,最后确定为一个准确的点。最终选择出每个变量中最优的反应条件进行反应。

除此之外,在大部分情况下,我们无法直接通过肉眼分辨合成产生的产物,这时候便需要对其进行表征。所合成的催化剂往往需要通过XRD、SEM、TEM、XPS、Raman等物理表征进行佐证,通过所反映出的特定性质,相应地对应某种物质,从而确定所合成材料的成分。接着从周边对反应物进行横向及纵向的发展,结合反应时间、反应温度、投料比、原材料的不同等条件的变化情况以及相应的性能与形貌的变化情况,探索、总结出一定的规律。并从规律中找出最优条件下的催化剂。

同时,产物的性能也不可忽视。实验的重现性难以把握,有时尽管只是微妙的变动,不仅产物的性能就可能差之千里,而且还会产生迥然不同的另一种物质。为了使实验结果更具说服力,这时就需要不断地重复实验,得到大量稳定的实验数据,排除偶然性因素的影响。杨雅晴说,在漫长的实验过程中,她也被磨炼得更有耐心了。

经过长达一年的实验以及接近半年的论文撰写和反复修改,在导师的指导下,杨雅晴成功在美国期刊 ACS Catalysis(IF=10.614)上发表了论文MoS2−Ni3S2Heteronanorods as Efficient and Stable BifunctionalElectrocatalysts for Overall Water Splitting。该期刊属于A1 1区期刊,是化学界十分具有影响力的刊物。这篇论文发表距今仅1年多,就被引用了将近50次,被称为高被引论文。她的论文也是班里所有发表论文中,影响因子最高的文章。正是凭借这样一篇高水准的论文,杨雅晴成为了“国奖”的有力得主。

(杨雅晴发表于美国期刊ACS Catalysis(IF=10.614)上的论文MoS2−Ni3S2Heteronanorods as Efficient and Stable BifunctionalElectrocatalysts for Overall Water Splitting)

另辟蹊径——科研之路以“新”取胜

科研讲究创新性和新颖性,其他人都有可能和你产生相似的创新想法,这时候就要看谁能抢先一步将想法通过论文的发表呈现出来。

一天深夜,杨雅晴收到导师发来的消息,发现近期有一篇和她最近准备投稿的论文的文章发表,那篇文章中运用的主要材料二硫化钼和二硫化三镍、以及应用方向和她的完全一致。一篇论文需要付出的心血不言而喻,自己的文章在即将投稿之前被其他学者捷足先登,“我当时心灰意冷,感觉前功尽弃,我的论文已经修改得差不多了,准备要投了……”即使已经过去了,谈起这件事,杨雅晴的语气还是满满的遗憾。她意识到,科研是一个争分夺秒的过程,不能有半点松懈,把握时机十分重要。

科研追求一定的新颖性,谁是第一个“吃螃蟹”的人,得到的肯定和荣誉当然更高。“我问老师,是不是要把这部分工作放弃了,从头再来”,在杨雅晴准备放弃的时候,导师告诉她,仍然可以在她现有的这部分工作中挖掘出和别人不一样的创新点,“讲不一样的故事”。杨雅晴豁然开朗,又全身心地投入其中,重新发掘出没被发现的创新点。她说,要不是导师的鼓励和冷静的指导,她可能就真的放弃了。杨雅晴还补充道:“除了这件事,导师平时也帮了我很多。”科研成果通常会以英文文章的形式呈现。然而杨雅晴的英语水平比较差,有时候不能将想要传达的内容完美地表达出来,尽管如此,导师总是耐心地阅读并仔细修改她的文章。谈到自己的导师,杨雅晴的字里行间充满了感恩和敬意。在导师的谆谆教导下,杨雅晴在科研方面能力得到显著的提升。

尽管困难重重,但杨雅晴对科研的兴趣却丝毫不减,甚至越挫越勇。

除了在美国期刊ACS Catalysis上发表了优秀的论文外,在2016年杨雅晴还参加了第十六届青年催化学术会议。该学术会议从全国各地投稿的论文中挑选小部分参加者进行口头快报,并向其中最优秀的十名授予“优秀口头快报”的荣誉,杨雅晴凭借出色的表现成为其中之一。

(杨雅晴参加第十六届全国青年催化学术会议并获“优秀口头快报”奖)

一切成果来之不易,荣誉固然耀眼,但在科研这一条布满荆棘的道路上,留下的血泪只有杨雅晴自己知道,但杨雅晴的想法却纯粹而直白,她说,做自己喜欢的事,就不会感到疲惫和厌倦。电影《实习生》里有一句台词一直鞭策着她:“You are never wrong to do the right thing”。在她看来,“科研是正确而快乐的事,在探索和磨炼的过程中,不断钻研与创新,把握时机,最终总会有收获,”科研这一荆棘之路上定会开出最绚烂的花。

尽管平时几乎所有的时间都在实验室度过,但当完成一篇汇报,或者写完一篇文章,研究稍微告一段落时,杨雅晴也和其他女生一样,喜欢看有意思的综艺节目或者电影放松心情。“平时没有空闲的时间,周末也不放假,都是待在实验室,有空闲的时候就看一下综艺,能让我开怀大笑。”杨雅晴的桌上,还有一样东西十分引人瞩目——一根一端布满大大小小凸起的按摩棒。“平时经常需要在电脑上用软件处理数据,时间一长颈椎容易不舒服,就用这个敲一敲脖子和肩膀。”杨雅晴戏称自己“活得像个老年人”。

毕业后,杨雅晴决定从事中学化学的教学工作,将多年所学传授给更多的人,也将她对科研的无限热忱感染给更多人。

(文| 新闻社 苏佳霖 图| 受访者提供)