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任炫光,年少有为!

来源:兰州大学2022年09月16日

静谧深夜,自习室仍亮着灯,正津津有味地阅读着眼前这本页边微卷、纸张发皱的《无机化学》的任炫光丝毫没有发现原本同屋学习的同学都已不见人影,更没注意到此时钟表的时针已滑过数字2。看完最后一小节,任炫光熟练地合上书、关了灯、轻声关门而出。

这样的夜晚对大一时的2019级萃英学院化学萃英班的任炫光而言实在是稀松平常,每天保持15小时以上的学习时间已成为他的一种“本能”。

孤独的力量


任炫光自小就喜欢读书,尤其热衷读科幻小说和科学家人物传记,或畅游在天马行空的科幻世界里,或沉迷在詹天佑、邓稼先等科学家的科学故事中,这渐渐地激活了他那颗热爱科学、向往科学的心。

高中时,从科学报刊上看到的上个世纪黄文魁先生怀着“读书尽孝尽国尽科学”之心、响应国家号召、放弃了上海优越的生活工作条件、毅然来到西北支援兰州大学建设的故事,深深地激励了任炫光,他为黄文魁先生那种不为名利、潜心钻研的科学精神所感染。高考后,他果断报考了兰州大学化学专业,来到了这个承载着他青春理想的地方。

上大学以后,任炫光保持了自己喜欢读书的好习惯,从大一开始就将自己的生活安排的满满当当,每天除了上课,其他时间基本都会呆在自习室,他笑言:“就像在自习室里安了家。尤其是晚上学习的时候非常的安静,仿佛这个世界上就剩自己了,感觉孤独也变成了一种力量。”

作为化学专业的基础课程,学习《无机化学》这门课时,任炫光把教材翻了不知道多少遍,几乎把书“翻烂了”,但求知若渴的他却还是觉得只学这一本教材上的内容是不够的,于是又找来了北京大学版、吉林大学版的《普通化学原理》教材来学习。除了《无机化学》这门课,对其他的专业课任炫光也都“同等待遇”,“特别喜欢找不同版本的教材来比较着学习,每读一遍都会有新的认识”。

有段时间,任炫光患上了肠胃炎,于是他常常在上厕所的时候都抱着书,这件事让他在同学们当中“出了名”,到现在还有人会时不时拿这件事调侃他。甚至他为了节省时间静心学习,去自习室都不带手机。

学习之余,每晚十点的跑步、每周一次的打网球,都成为任炫光雷打不动的习惯,这也几乎是他学习之余唯有的生活调剂。

在广泛阅读的过程中,任炫光了解了大量催化剂相关的知识并对其产生了浓厚兴趣。大一下学期开始,在学院的鼓励下,他便迫不及待地申请加入实验室,希望自己也能像黄文魁先生那样在实验室中探寻科学的真谛。幸运的是,他得到了董正平老师的青睐,获得了参与对新型催化剂的支撑材料进行优化和改进项目的机会。

失败的力量


任炫光与班上几位同学一拍即合组成了团队,共同探索催化剂的改进方法。在老师的提示下,团队注意到炔醇催化半加氢合成烯醇反应作为在整个化学产业中具有广泛应用的中间反应,其所用到的贵金属钯基催化剂在使用中有两个显著问题,一是在催化过程中需要添加喹啉、铅等助剂对催化剂进行适当毒化,二是在使用过程中催化剂的活性组分易流失到反应体系当中。因此,如何设计出低成本、高反应选择性、低环境污染的炔醇催化加氢工艺就成了一个颇具现实性的问题。

项目起步阶段,如何设计和制备催化剂对团队来说是较为困难的,很多实验操作在书本上找不到答案,只能靠自己一次次尝试。为了实验数据的全面准确,“我们往往会一整天都待在实验室,时刻记录实验现象”,可就算如此,实验结果也仍是以失败居多,“有时候可能做了一个月什么都没有得到”。

焙烧过程是团队失败最多的步骤。焙烧中,贵金属纳米颗粒极易团聚,为了找到一种可以克服这个问题的支撑材料,团队累计合成并改进了17种不同的材料用于贵金属钯纳米颗粒的负载。在合成过程中,团队“失败了不下一百次”,但大家都从未想过放弃,相反,任炫光认为“每一次的失败,换来的都是新问题的发现,对我们来说意味着离正确答案更近了一步”。

耗时一年半,团队终于发现用介孔材料内部包裹贵金属活性位点这一方法可以解决团聚的问题。任炫光认为,在这一过程中他收获的除了项目的成功,还有对实验室仪器设备使用方法的基本掌握,更重要的是养成了把文献阅读贯穿于发现问题、提出问题、解决问题等过程的科学思维。

团队的力量


完成了实验室制备过程后,任炫光并未止步于实验研究阶段取得的创新成果,他认为:“如果只是停留在实验室,那么这项研究可以说是毫无意义的。”要想让一项科学成果转化为现实生产力,中试放大是必不可少的一个环节。

在董正平老师的鼎力相助下,团队和一家化工企业达成合作,前期实验成果由实验室步入了工业化生产阶段,新的问题随之而来:催化剂的使用量步入公斤级,催化效率大大降低。为解决这一问题,团队成员们又展开了新一轮的学习和实验,继续探索设计一系列的中空介孔硅胶囊载体负载贵金属催化剂,以期优化这一反应步骤。

功夫不负有心人,终于,团队设计出了能解决这一问题的新型的介孔硅纳米胶囊负载贵金属催化剂。新型的介孔硅纳米胶囊负载贵金属催化剂不仅具有耐强酸、抗活性组分流失、高稳定性等优点,更可以大大减少传统方法中对水体的污染。相较之前的产品,这种新型催化剂还能够在强酸强碱的环境下催化反应,其使用范围得到了有效的拓展。在产品的催化效率和性能方面,新型催化剂能够在经历14次催化之后效率依然维持在90%以上,而传统催化剂在重复使用6、7次之后催化效率就会下降到70%。

带着这项成果,在董正平老师以及萃英学院、学校团委的大力支持下,团队以《介孔硅纳米胶囊负载贵金属催化剂》项目为题参加了第七届中国国际互联网+大学生创新创业大赛,在高教主赛道本科生创意组勇夺全国金奖,实现了兰州大学在该赛道上金奖数目零的突破。

要想在互联网+大赛中胜出,除了产品本身质量要过硬外,申报书的撰写与答辩的打磨也是赛事的重中之重。从校赛到省赛再到国赛,团队的商业计划书越来越厚。“校赛时商业计划书大概只有两万字左右;到省赛时,我们进一步拓展了产品的应用范围;到国赛的时候,整个生产线都有了清晰的体现。”精益求精是团队的参赛准则,从ppt的细节,到答辩稿的措辞,甚至演讲的语速,团队都在与老师的反复商榷中,用半年时间打磨至完美。回忆那段辛苦的经历,任炫光笑言:“那时候,每天晚上老师都要来‘折磨’我们一番。”


梦想的力量


“将观察的尺度从宏观变到纳米级的微观视角下,物质的物理化学性质都会有很大的变化。”在从事催化剂相关研究的过程中,任炫光观察到了一些基础颗粒在纳米级尺度上反应性质的变化,这使他对纳米化学产生了浓厚的兴趣。

大三时开设的《纳米化学》一课给任炫光提供了深入学习纳米化学相关知识的机会,他如饥似渴地沉浸其中,幸而讲授该课程的张浩力老师在授课中不以“灌输”知识为主,而是重在培养学生的科研思维。“他会让学生们自己提出一个感兴趣的话题,以思维风暴的方式构建出一个科研项目,并按照国家科研基金的申请模板写作问题背景、实施计划与意义等内容。”

在这个训练过程中,任炫光萌生了设计一台用于提升单结硅基太阳能电池的发电效率的光子倍增器的想法。目前理论界认为,单结硅基太阳能电池有一个理论上无法突破的上限,而光子倍增器可以将一个本无法被单结硅基太阳能电池吸收的高能光子变为两个可以被单结硅基太阳能电池吸收的带隙为1.1电子伏特低能光子,达到使更多的光子被吸收的效果,进而提升这种太阳能电池的发电上限。由于能量损耗等问题,目前科学界对光子倍增器的研究尚停留在理论设想阶段。

在张浩力老师的指导和帮助下,任炫光设计了一款基于SF和TADF原理的新型光子倍增器,有望克服光致发光效率低和相分离的问题、从而实现200%的理想光子倍增效率。他兴奋地介绍道:“如果本项研究成功,那这种光子倍增器将使单结硅基太阳能电池的效率提升6%,这同时也意味着单结硅基太阳能电池发光的理论上限将被突破!”目前,任炫光已经和实验室的张伯洋师兄合作完成了材料的初步合成工作,“下一步要做的就是验证这个想法”。

谈到这几年在萃英学院的学习体会,任炫光同学感觉收获颇丰:“萃英学院极力鼓励和支持我们参加互联网+等学术竞赛,使我们在创新创业中巩固了专业知识,培养了我们的创新意识,提升了我们提出问题、分析问题和解决问题的能力。” 三年平均学分绩点位列班级第一、作为共同发明人申请发明专利两项、作为项目负责人获第七届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛金奖、连续两年获国家奖学金和感恩中国近现代科学家奖学金,而在不久前又荣获第十三届“中国青少年科技创新奖”、成为我校获得该奖项的第三名本科生。带着这样的成绩,任炫光将在明年毕业后赴北京大学化学与分子工程学院深造,继续从事自己深爱的化学学习与研究工作,就像他在申报“中国青少年科技创新奖”时在申报书中写道的那样:“ 长久以来,我一直思考着一个问题,以后到底要走什么样的路,成为一个怎样的人,了解了前辈的一生后,经历了一些科技创新活动后,我想我有了答案,吾辈青年当尽毕生之力,尽毕生之所学,求知、报国、利民,为党为国家为人民鞠躬尽瘁! ”

近日,由共青团中央、全国青联、全国学联、全国少工委主办的第十三届“中国青少年科技创新奖”评选结果揭晓,兰州大学萃英学院2019级本科生任炫光获得该荣誉,成为甘肃省唯一获此殊荣的大学生,也是我校获得该奖项的第九名学生、第三名本科生。

“中国青少年科技创新奖”设立于2004年,在邓小平同志诞辰100周年之际,经党中央批准,按照小平同志遗愿,小平同志亲属捐献出小平同志生前全部稿费,由共青团中央、全国青联、全国学联、全国少工委共同设立“中国青少年科技创新奖励基金”并开展“中国青少年科技创新奖”评选。迄今为止,已有千余名学生获得“中国青少年科技创新奖”这一崇高荣誉,获奖者中已产生了一大批在科研机构、创新领域发挥重要作用的优秀青年科技人才。

兰州大学历来重视对科技创新人才的培养和双创氛围的营造,不断理顺创新创业体制机制、强化创新创业服务能力,积极培育具有创新精神的时代新人,引导我校青年学子立足西部大地建功新时代。据悉,自首届“中国青少年科技创新奖”评选活动启动以来,我校先后有陆梅(现供职于杜克大学)、刘焕香(现为兰州大学药学院教授、博导)、刘玉孝(现为兰州大学物理科学与技术学院副院长、教授、博导,甘肃省十大杰出青年)、毕海鹏(2012年度全国优秀博士学位论文获得者,现供职于中国石油化工集团公司)、舒兴中(兰州大学化学化工学院教授、博导,教师党支部“双带头人”)、杨帆(现就职于四川大学)、史安也(毕业于兰州大学萃英学院,现就读于加州大学圣地亚哥分校)、周奇(现就读于兰州大学基础医学院)和任炫光(现就读于兰州大学萃英学院)共9名学生获此殊荣。

【责任编辑:曹竞】

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