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专访报道

王梦晔:在科研路上追光而行

来源:分析化学 阅读数:336 时间:2021-07-30 16:09:26

在300多摄氏度的密闭容器内,热气弥漫,底部浓稠的液体不停地翻滚,在高温的蒸腾下上升。容器上方的温度要比底部略低一些,当液体从底部升腾到温度低处时,便会析出纯净无瑕的晶体。循环往复的冷热对流使得晶体不断生长,在容器内生长出或透明或五彩斑斓的耀眼宝石。


长大的透明晶体有棱有角,在灯光下折射着柔和的光,光里有一个女子温柔坚定地微笑。中山大学材料学院副教授王梦晔一直以来专注于半导体材料的催化和晶体生长,为了让自己的研究成果能够解决国家在半导体及能源领域的问题,数年来,王梦晔苦学深造,上下求索,多次在专业领域获得重要发现和突破。



王梦晔



锐意求学,得遇恩师


一直以来,王梦晔给人的形象都是温和优雅、平易近人,但与她合作的人都知道她是一位心志坚定、勤奋忘我的科学工作者。2006年,怀揣着对物理化学的热爱,王梦晔踏入了厦门大学的大门。这座由爱国华侨领袖陈嘉庚先生一手创办起来的学校,自1921年成立开始,就以“南方之强”闻名于世,陈景润、余光中等学术名人皆出于此。在浓郁的文化氛围中,她迈着坚定的步伐走进了厦门大学的王牌专业——化学系。


进入厦门大学的王梦晔,很快就感受到了学术殿堂的宏伟和耀眼,积极地迎接和乐观地享受着每一个可以锻炼科研能力的机会。厦门大学学术风气浓厚,注重培养学生的探索精神和创新能力。为了鼓励更多学生积极参加科技学术活动,学校创立了“化学人才培养基地育苗基金”,用于资助学生参加课外科技学术活动。王梦晔获得了育苗基金的支持,加入了林昌建教授和孙岚副教授的课题组。“两位老师和风细雨式的引导方式给了我在科研方面很大的信心和帮助,而老师们严于律己、宽以待人的处世态度也让我受益匪浅。”对于两位老师,王梦晔一直怀着亦师亦友的感激之情。


2013—2015年,王梦晔前往美国佐治亚大学材料科学与工程学院进行博士联合培养。在那里,她碰到了另一位对她影响深远的老师——林志群。林老师积极主动的研究态度让她产生了对科研知与行的思考,“经常有学生不停地做实验,但却很少去思考,这是一种思维的惰性”。带着这个感悟,王梦晔接受了严格的科研逻辑训练,这对她之后的科研工作起到了很大的推动作用。


学如逆水行舟,不进则退。为了进一步丰富自己在物理化学领域的知识,2016年,王梦晔前往香港理工大学做博士后研究。在合作导师柴扬的指导下,她将物理与化学交叉,利用二维材料提高了催化剂的抗光腐蚀性能,研究了提高催化剂稳定性的机制,并将成果发表在JACS杂志上。对于王梦晔来说,这是自己科研生涯中的一个重大进步。



挑战科研难题


结束博士后的工作,王梦晔选择进入中山大学材料学院,既坚持原来的催化方向的研究,又开始了氧化物晶体生长的新课题,这在她看来是挑战也是机遇。一方面,在晶体生长方面她的经验不多,而且传统方法难以获得大尺寸晶体;另一方面,学校有先进的实验设备和专业的工程师团队,又让她备受鼓舞,可以学习新的知识和探索新的问题。在来到中山大学的两年时间内,她组建了自己的研究团队,包括3名硕士、2名博士、1名博士后,目前团队的工作正在一步步按照她的规划开展。


如今王梦晔的研究方向主要包括半导体晶体生长技术及半导体的催化机制。关于研究内容,王梦晔解释道:“半导体材料是一种可在极端条件下使用的先进功能材料,半导体晶体生长主要是通过高温高压的水热环境促成高纯度晶体的生长;而半导体催化则主要利用半导体催化过程中的化学变化建立半导体材料结构与光催化效率间的关系,阐明催化机制。”


一直以来,寻找高效、稳定的共催化剂材料是光催化领域的研究重点。近年来二维碳化物材料(MXene)Ti3C2因具有良好的金属导电性、亲水性、大量的暴露金属位点以及合适的费米能级位置而被普遍认为是一种理想的共催化剂材料。然而,负载后的Ti3C2以何种形式存在、Ti3C2到底如何提高半导体光催化活性等,都是学术界亟待阐明的问题。王梦晔所在的团队研究发现,Ti3C2对半导体光催化性能的提升主要归因于Ti3C2衍生石墨烯量子点,而不是学界一向认为的Ti3C2本身。他们通过HF刻蚀法制备分散的二维Ti3C2,并将其与物理化学性质稳定的La2Ti2O7纳米片结合制备了Ti3C2/La2Ti2O7复合材料。拉曼光谱、固体核磁等实验结果表明在氢氟酸刻蚀剥离Ti3AlC2制备Ti3C2的过程中,氟离子与Ti发生反应,使得Ti3C2表面留下不饱和碳键,这些碳键通过相互作用生成具有π共轭结构的石墨烯量子点。而这些量子点在后续的反应中,也一直稳定存在于复合材料中,成为光催化性能提升的主要因素。该研究成果被发表在Angew. Chem. Int. Ed杂志上,并被评为VIP文章,它为理解Ti3C2如何提升光催化活性提供了新的视角,同时为重新理解MXenes在不同领域应用中所起的作用提供了新思路。


在半导体的催化方面,王梦晔也一直在持续不断地深入研究着。2019年,她和香港理工大学应用物理系柴扬教授的课题组联合进行了有机-无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3材料的研究。他们利用有机无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3的压电特性,通过引入一种交变的外部力学效应,在钙钛矿内部构筑出更有利于电荷分离的瞬态内建电场。这个内建电场驱动光生的空穴和电子往相反的方向迁移,从而显著地提高了钙钛矿的催化效率。这项研究成果拓展了钙钛矿CH3NH3PbI3的应用,也引发了为何CH3NH3PbI3可在光催化过程中维持稳定的思考,该项目的研究成果也被发表在了Adv. Energy Mater杂志上。



“享受探索的过程”


在十多年的求学和研究生涯里,王梦晔不仅丰富了自身的专业知识技能,还积累了很多关于科研的思考。她清楚我国对于半导体的研究起步要晚于国外,因此更加希望能够通过自己在科研和教学方面的努力追赶并超越国外的研究进度。如今她在中山大学教授无机化学实验、物理化学实验等课程,并深切地渴望学生们能够在专业领域深入研究下去,为我国的物理化学发展做出贡献。


王梦晔深知只有沉下心来享受探索的过程,才能在科研的道路上走得更远。为了让学生们真正喜欢所学的课程,她将以往学习经历中老师们对自己谆谆诱导的教育方法应用到教学工作中。“我要求自己用比较简单的语言讲授复杂的专业知识,让学生尽可能地理解项目内容。”在谈及学生的学习态度时,她说:“我希望他们享受研究的过程,而不是以结果为导向。”在她看来,只有学生真正爱上这个专业,才会有勇气去翻越科研道路上的一座座山丘,这是因与果的问题。


拥有一颗纯粹专注的内心,经历高温高压的磨炼,这是对高纯度晶体的生长要求,也是王梦晔科研之路上必须要保持的品质。对半导体催化和晶体生长的研究还有很长的道路要走,作为一名年轻的科研工作者,王梦晔心中的那束科研之光永远不会消失。无论未来有多少艰难,她都会朝着光的方向继续走下去。


来源:科学中国人