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志将空中“金石气” 散作甘霖润九州

2024-05-07王鹏博

中国科技教育 2024年1期
关键词:科研活动师兄氮气

理想与热爱:但愿苍生俱饱暖,一枝一叶总关情

独自一人时,我总会静下心来思考自己身处的世界:自然是一个精妙完美的系统,万事万物都遵循自身规律运转,无机环境与有机生物影响和适应着彼此,化学反应在正负相吸、微观可逆中达到平衡……自然科学的魅力让我叹服,我也逐渐对自然科学产生了兴趣。

初中时,在化学学习过程中,我初次了解到哈伯所发明的合成氨工艺,其所带来的粮食生产效益让我震惊,引我深思。从那时起,我立志努力学习,希望投身于化学研究事业,为人类战胜饥饿贡献自己的力量。自此,我养成了在课余时间翻阅化学相关书籍的习惯,开阔自己的视野,丰富自己的知识。

2022 年,我成为了中学生英才计划化学学科的学生,师从山东大学李晓燕教授,探究金属氮气配合物的合成及固氮化反应,首次零距离体验了科研活动。在导师的指导下,我亲身参与科学研究、学术研讨与科研实践,激发了科学兴趣,提高了创新能力,帮助我树立了科学志向。

前行与尝试:为心中踌躇志,不待扬鞭自奋蹄

在选择课题前,李晓燕教授精心选择了“从茶叶中提取咖啡因”和“制备阿司匹林”2 个实验,让我们在山东大学化学实验室自主完成。到现在,我仍记得首次进入产物表征实验室时心中的激动和好奇。实验过程中,随着茶叶萃取液的绿色逐渐加深,我的好奇心也愈发浓厚,疑问一个接着一个。每当我提问时,师兄师姐总是耐心为我解答;乙酰水杨酸洁白无瑕的结晶显现时,我们并排而立,听导师讲解反应机理,阐述有机合成的重大意义。

在咖啡碱和乙酰水杨酸的红外谱图打印出来后,我默念在网络上学习到的读谱口诀,师兄师姐对我的记忆方法表示了肯定,但也告诫我说:记忆谱图特征应从仪器的表征原理出发,从数学和物理上认识“这个键的波峰为什么在这个位置”“这个键的波峰为什么呈这个形状”,不能简单机械地背诵口诀,更重要的是学会问自己“这是什么意思”“为什么是这个结果”。师兄师姐的告诫为我的学习方式提供了重要的指导。

后来,由于对固氮化反应的浓厚兴趣和探究热情,我选择了“硅烯及有机膦配体支持的钴配合物的合成及其催化的氮气硅氨化反应”作为实验课题,并通过学习相关基础知识、阅读文献、参与导师组讲座和报告等方式对课题相关知识进行了学习和探究。2022 年7 月下旬的最后几天,我每天迎着朝阳出门,迎着落日回家,穿梭于济南城20 公里的车水马龙中,徜徉在奇妙的化学实验室里。

师兄指导我使用精巧的真空线设备进行换气、创造氮气环境等操作,我动手试了几次,刚开始还有些笨拙,经过师兄的纠正,渐渐熟练起来。通过计算,按照化学计量比,称取0.321 g 配体和0.357 g 金属前体,运用真空线操作技术,以四氢呋喃为溶剂合成了二苯基膦配体支持的钴氯配合物;在无水无氧的环境下将其过滤,再将其置于室温下,观察到其无结晶趋势,然后将其置于0 ℃环境中,也没有观察到结晶趋势,最后将其置于-20 ℃环境中,终于成功结晶。接下来,分别使用硅烯配体支持的钴配合物和二苯基膦支持的钴氯配合物为催化剂,以石墨钾为还原剂,在真空线中加入硅烷为硅基化试剂,进行了相关探究。同时,师兄还为我讲解了如何利用气相色谱对实验结果进行定量分析。在反应进行了44 h 后,我在反应液中分别加入了内标正十二烷0.169 g和0.172 g,将其离心,取上层清液,利用气相色谱仪对实验结果进行定量分析,得到了催化生成硅胺当量的数值。在几天的科研活动中,我体会到了在实验室站立一整天的疲惫,也感受到了收获成果时的喜悦。

实验过程中,师兄的一个提问给我留下了深刻的印象:“为什么要选用硅烯作为配体?”当时,我的脑海里出现了很多答案,但这些答案却如乱麻交织在一起。听完我的回答,师兄严肃地说:“你的答案确实正确,但不完整、不成体系,学习不仅是单纯了解知识,更重要的是掌握这些知识; 所谓掌握, 便是在学习过程中主动探索并抓住问题本质、在问题中不断分析矛盾、在复杂困局中理出头绪并整理形成完整的属于自己的知识体系。”师兄的话如惊雷,震醒了埋頭死学的我,让我对自己的学习方法重新进行了梳理和改正,同时也让我逐渐认识到学习永远不只是学习知识。

感怀与收获:“氮”行好事,莫问前程

在课题研究过程中,从哈伯法合成氨工艺到生物固氮,再到氮气配合物的合成,我接触最多的几个字便是“氮元素”。在与它日复一日的“相处”“交流”中,我学到了很多。氮元素是生命的基本元素之一,形成极为稳定的氮气分子,成为空气中最主要的成分。我觉得人生、学习和工作也应该如此:踏实,求真,务实,不能空眼其大而不屑其小,不应好高骛远而忽视基础,不可追名逐利而忘记根本。我们既要仰望星空,又要脚踏实地,以扎实的知识和优秀的能力挑战人生,追求理想。

感谢中学生英才计划提供的平台,让我有机会在中学阶段接触真正的科研活动,帮助我认识到学习的真正含义。未来,我会继续脚踏实地,为了理想,无问西东!

王鹏博

2022 级英才计划化学学科学生

就读于济南新航实验外国语学校,师从山东大学化学与化工学院李晓燕教授。培养过程中完成课题“硅烯及有机膦配体支持的钴配合物的合成及其催化的氮气硅氨化反应”。

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