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俞书宏:纳米合成需从简单反应中获得启示

日期: 2020-11-30 05:51         本文来源:皇冠app

  4月25日,Cell Press细胞出版社发起的首届“Cell Press物质科学周”活动催化材料专场举办。中国科学院院士、中国科学技术大学化学系教授俞书宏出席在线讲座,介绍了其课题组近年来在围绕无机纳米线的宏量制备方面取得的进展。

  同时,俞书宏在进行在线讲座前,接受主办方Cell Press细胞出版社专访,分享长期从事纳米合成化学的经验和体会。《中国科学报》综合整理了讲座和访谈内容。

  俞书宏谈到,纳米材料的精准制备需要发展新反应、新概念、新策略和新理论,但这些理论与方法并非凭空产生。

  “更多的是基于我们平时对一些常规纳米合成过程中的反应热力学与动力学的深入理解,在此基础上设计新的方法理论并实现反应条件的精准调控。”俞书宏表示,“希望我们从事纳米化学合成的研究者们能够认真看待一些简单化学合成反应,这里面有时候会给我们很多意想不到的启示。”

  多年来,俞书宏在科研上的启示,还来自于大自然。“我自2002年回国以来,便基于自然启发,开始从事仿生材料领域的研究工作,从早些年无机纳米材料的仿生合成,到近年来宏观尺度纳米复合结构材料的仿生制备及应用方面进行了较系统的探索研究。”

  目前,他带领课题组已在仿生材料方面取得的系列进展,包括发展了系列无机纳米材料的仿生合成、自组装技术及模拟生物矿化方法,并基于这些技术方法成功地仿生合成了多种神奇的宏观尺度轻质高强新材料。例如,与天然珍珠母高度类似的人工合成珍珠母,受北极熊毛发中空结构启发的新型轻质、保温、隔热碳材料,防火、隔热、耐腐蚀的仿生聚合物木材等等。

  对于纳米材料合成当前面临的问题,俞书宏指出,目前简单组分与结构的纳米材料的可控合成已十分成熟,但其稳定性及服役性能往往不佳,难以满足实际应用。“在进行材料设计时,也应该以功能化应用为导向,而非漫无目的地将原材料加进去,一锅法反应后再简单评估产物形貌和质量如何。”

  他判断,设计制备新型多组分异质纳米结构,以及实现对纳米结构单元的表界面性质的调控,将会是未来纳米材料合成领域研究的重要方向之一。

  对于无机纳米线的宏量制备,俞书宏则强调了对基础科学问题的理解。实现一种纳米材料的宏量制备,表面上看,这似乎是个单纯的工程问题。但在这个过程中,大规模的宏量制备和小规模的实验室制备是完全不同的物理和化学过程。

  他强调,如何保证宏量制备的纳米材料的组分与形貌的一致性和稳定性,其中也会就会涉及大量的基础科学问题,需要研究者对纳米材料合成的条件,机理与过程有深入和细致地了解。

  最近,俞书宏带领课题组实现了纤维素纳米纤维的宏量制备,相比于高成本、过程复杂、耗时超过3天的传统制备方法,他们研发的宏量制备方法可以在半小时内实现纤维素纳米纤维的快速宏量制备,同时所得到的纤维素纳米纤维具有更好的形貌和性能。“这主要是因为,我们对一系列关键基础科学问题进行了深入的研究,基于这些研究的结论,设计并引入了一系列全新的化学和物理调控手段。”

  对于如何做好基础研究,俞书宏认为,首先,应志存高远,坐得了“冷板凳”,专注一个方向,坚持做一些从0到1的原创性工作。“要培养自己面对困难的勇气和解决问题的能力,而不是围着帽子和票子转。”

  其次,应重视与同事及其他领域的研究者开展合作,不要固步自封,科研上的合作经常是“1+1远大于2”。

  “希望年轻人在确定自己的科研方向时,多结合我们国家的国情,多思考国家战略和老百姓日常生活中的需求,用自己的所学回报社会。”俞书宏指出。

  Cell Press细胞出版社“Cell Press物质科学周”目的在于促进新冠疫情期间科研人员之间的交流。4月25-26日两天的“Cell Press物质科学周”在线学术论坛邀请国内外化学、材料、能源、环境等物质科学领域的知名学者利用线上平台与物质科学领域的科研工作者进行了交流,参加人数超过万人。

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