2025年2月2日，閆思楊第一次潛入到海底。
當(dāng)她按下潛水背心的排氣閥，身體直立著沉入水中的剎那，窒息的壓迫感突然變成通透的寧靜，面鏡后的雙眼見證著奇妙轉(zhuǎn)變：陽光在水面折成碎鉆，魚群穿梭在火山砂鋪就的“海底星空”，她腦海中的第一反應(yīng)是，“這就是邊界”。
“上岸”一個(gè)多月后，在大連理工大學(xué)擔(dān)任科研助理的閆思楊突然接收到了Science的郵件，她作為共同第一作者的文章即將正式上線。日前，該論文正式發(fā)表。研究圍繞高效負(fù)載型催化劑，證明其設(shè)計(jì)需要精確構(gòu)建金屬與載體之間的界面結(jié)構(gòu)，并充分利用了氫在催化過程中的獨(dú)特作用。
科研助理一作發(fā)Science，在許多人眼中十分值得關(guān)注，但是閆思楊卻略顯“淡定”：“就像潛水一樣，最迷人的永遠(yuǎn)是突破邊界的一瞬間。”
潛水中的閆思楊。受訪者供圖
從自動(dòng)化工程師到“分子翻譯官”
在當(dāng)代化學(xué)工業(yè)的大舞臺(tái)上，九成劇目都需要一位看不見的主角——催化劑。催化劑的應(yīng)用可以改變化學(xué)反應(yīng)速率，認(rèn)識(shí)實(shí)際生產(chǎn)過程中催化劑的表面反應(yīng)是提高化工生產(chǎn)效率的“指揮棒”。
而閆思楊與化工和催化的接觸，時(shí)間還要撥回到2011年。
此時(shí)的她剛從浙江理工大學(xué)自動(dòng)化控制專業(yè)畢業(yè)，成為一名中國石油天然氣集團(tuán)的設(shè)計(jì)員，負(fù)責(zé)工廠控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及儀表的選型。
在工廠里，閆思楊看到物料罐、反應(yīng)器、分離塔和換熱器等各司其職，經(jīng)管線網(wǎng)絡(luò)，由儀表系統(tǒng)聯(lián)通并控制，原料在自動(dòng)化設(shè)備的精密操控下蛻變?yōu)樾螒B(tài)各異的化學(xué)品。這讓她聯(lián)想到高中的化學(xué)課，與眼前流轉(zhuǎn)的工業(yè)圖景悄然重疊。
也是在這時(shí)，她萌生了讀研“轉(zhuǎn)行”的想法，想在化學(xué)工程領(lǐng)域重新出發(fā)，找到自己真正的熱愛。沒過多猶豫，她就叩開了大連理工大學(xué)化工專業(yè)的大門，開啟了新的征程。碩士畢業(yè)后，2018年，閆思楊與大連理工大學(xué)教授劉家旭的相遇，則為她打開了另一扇窗。
“在實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)過程中有幸和劉老師聊了很久的催化表征技術(shù)，讓我第一次系統(tǒng)認(rèn)知到催化表征技術(shù)的大千世界。”閆思楊說。
劉家旭團(tuán)隊(duì)一直致力于高效催化技術(shù)的研制設(shè)計(jì)及工業(yè)化，在國際上首次開發(fā)出雙光束原位透射紅外表征方法，為近真實(shí)條件下催化反應(yīng)的機(jī)理研究與催化劑設(shè)計(jì)提供有力指導(dǎo)。
說到雙光束原位透射紅外表征方法，閆思楊立刻“眼冒金光”，這是一項(xiàng)國際首創(chuàng)技術(shù)，就像給催化劑裝上兩盞“智能探照燈”，即使在高溫高壓的苛刻條件下，也能實(shí)時(shí)“直播”材料表面吸附分子或中間體的動(dòng)態(tài)變化。
“因?yàn)槲沂强鐚I(yè)，有一些儀器、控制之類的背景知識(shí)，也希望有機(jī)會(huì)能夠接觸頂尖的設(shè)備和科學(xué)家。就這樣，我成為了劉老師團(tuán)隊(duì)內(nèi)一名科研助理。”閆思楊說道。
搭一個(gè)大型“樂高”
有些選擇就像催化劑，一旦遇見對(duì)的反應(yīng)條件，便會(huì)迸發(fā)出超乎想象的能量。閆思楊加入劉家旭團(tuán)隊(duì)后，立刻著手搭建紅外實(shí)驗(yàn)室。
大多數(shù)原位紅外表征技術(shù)偏重于真空吸附方面，而吸附物種如果過量的話，就會(huì)產(chǎn)生游離態(tài)，分辨不清哪些是吸附質(zhì)，哪些是吸附在催化劑表面的中間體，從而影響到最終數(shù)據(jù)的真實(shí)性。
雙光束紅外光譜的優(yōu)勢(shì)便凸顯了出來，它可以實(shí)時(shí)在空間采集數(shù)據(jù)，并將氣相背景譜“扣除”，避免了過量的吸附質(zhì)造成的數(shù)據(jù)干擾。隨后，她們又加入了一些氣路設(shè)計(jì)，慢慢開始探索高壓、超高溫的實(shí)驗(yàn)條件，再加入雙光束，不斷“做加法”。提起這段經(jīng)歷，閆思楊依然很興奮：“我覺得像搭樂高一樣，可以把腦海中的想法一點(diǎn)點(diǎn)在眼前實(shí)現(xiàn)，特別有意思。”
“每一步的突破都是特別不容易的，我印象特別深的是有一次探索炭材料的原位紅外表征，吸光很嚴(yán)重，捕捉不到有效信號(hào)，整整一個(gè)月一個(gè)數(shù)據(jù)都沒有，當(dāng)時(shí)是真有點(diǎn)‘磨人’了。”閆思楊回憶道，“我們逐步調(diào)整了各階段的預(yù)處理以及實(shí)驗(yàn)的條件，最終成功解決了這個(gè)問題。”后來，這項(xiàng)工作發(fā)表在了《自然-通訊》上，也成為了閆思楊的第一篇一作文章。
一個(gè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)成熟了，她們就擴(kuò)展下一個(gè)，目前已經(jīng)搭建了4臺(tái)儀器，10個(gè)原位池，最高可以做到850度，實(shí)現(xiàn)在工況條件下的原位表征。“實(shí)驗(yàn)室的研究最終是為了工業(yè)應(yīng)用服務(wù)的，而我們的目標(biāo)就是打開真實(shí)工業(yè)反應(yīng)過程中的‘黑匣子’。”閆思楊笑著說道。
閆思楊在實(shí)驗(yàn)室。受訪者供圖
在建設(shè)的過程中，團(tuán)隊(duì)也迎來了一個(gè)老朋友的到訪——美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的研究員蘇際。他同樣畢業(yè)于大連理工大學(xué)，與劉家旭合作多年。他這次帶來的，是關(guān)于負(fù)載型金屬催化劑的難題。
負(fù)載型金屬催化劑在化學(xué)工業(yè)和環(huán)境清潔方面有著廣泛的應(yīng)用，但是由于催化過程的復(fù)雜性，催化作用機(jī)理與催化劑設(shè)計(jì)卻始終蒙著“神秘面紗”，理論研究與實(shí)際應(yīng)用過程存在著明顯“鴻溝”。
考慮到這個(gè)難題，蘇際找到老朋友劉家旭，想到了團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)的“利器”——雙光束原位透射紅外光譜。慢慢地，勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室教授Miquel Salmeron、研究員David Prendergast課題組及華中師范大學(xué)教授郭彥炳等都加入進(jìn)來，一個(gè)“大家庭”逐步搭建了起來。
研究所需的原位紅外光譜表征就在劉家旭和閆思楊的實(shí)驗(yàn)室里。正是通過這臺(tái)大型“樂高”，讓他們?cè)诖呋磻?yīng)中發(fā)現(xiàn)了新機(jī)制，最終通過修飾氧化鈰上的鉑單位點(diǎn)，設(shè)計(jì)并確定了新的“鉑-鈰-氫”三元界面氫化活性中心結(jié)構(gòu)。
合作團(tuán)隊(duì)還提出了“氫化活性位點(diǎn)”的新理論，相當(dāng)于開創(chuàng)了催化劑設(shè)計(jì)的新大門，該結(jié)構(gòu)的一氧化碳氧化反應(yīng)速率比鉑單位點(diǎn)高出9倍。
6年跨越大洋的合作，這篇合作完成的文章順利發(fā)表在Science上，這也是雙光束原位透射紅外表征技術(shù)第一次“登上”正刊。
“這種新型的氫化反應(yīng)中心能夠顯著提高氧化反應(yīng)的速率和產(chǎn)物的選擇性，克服了傳統(tǒng)催化劑在效率和選擇性方面存在的瓶頸。界面氫化反應(yīng)中心的概念可以擴(kuò)展到負(fù)載型金屬催化劑，將為更多重要的多相催化反應(yīng)提供可靠的技術(shù)路徑。”閆思楊說道。
不設(shè)限的“實(shí)驗(yàn)室打工人”
這6年，見證了閆思楊的迅速成長。她在解決科學(xué)問題的同時(shí)，也很感謝團(tuán)隊(duì)搭建了一個(gè)“烏托邦”。在劉家旭的團(tuán)隊(duì)里，她可以吸收到各個(gè)老師同學(xué)的想法，全身心投入到紅外實(shí)驗(yàn)工作中。
科研助理是目前高校、科研院所等機(jī)構(gòu)常見的職位，主要是協(xié)助科研人員開展學(xué)術(shù)或技術(shù)研究工作。在他們的日常詞典中，“重復(fù)”是關(guān)鍵詞。打開精密儀器，關(guān)上數(shù)據(jù)終端，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)跳動(dòng)的圖譜，這套系統(tǒng)化流程已經(jīng)成為了閆思楊的肌肉記憶。
當(dāng)被問及是否枯燥時(shí)，她連說了三個(gè)沒有：“我真的很喜歡我的工作。”
畫圖定制、DIY紅外池、解決實(shí)際問題……這一套流程在閆思楊看來兼顧挑戰(zhàn)性和趣味性。“你可能看見我的實(shí)驗(yàn)會(huì)覺得流程很固定很枯燥，但實(shí)際上我在電腦上觀察到每個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果都截然不同。有時(shí)候同一個(gè)反應(yīng)用不同的催化劑，但它的路徑都是不一樣的，感覺每天都在接觸不同的東西，他們又基于一個(gè)共同的基礎(chǔ)，萬變不離其宗。
閆思楊觀察電腦上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。受訪者供圖
在休息時(shí)間，閆思楊最愛的事情還是“出去走走”。除了潛水，她還熱衷于徒步、爬山等活動(dòng)，“上班看微觀世界，下班看大好河山，我覺得生活特別美好”。
發(fā)Science后的生活好像也沒什么不同，閆思楊依舊每天很早就到了實(shí)驗(yàn)室。盡管科研助理的工作也面臨著項(xiàng)目周期短、科研壓力大等問題，但是閆思楊依然興致勃勃：“因?yàn)槲覀兇罱ǖ摹畼犯摺谥鸩阶呦蛘墸竺孢€有好多事情要去做，還有好多想法沒有實(shí)現(xiàn)，六年時(shí)間于我而言，不過是一個(gè)開始。”
“如果可以，我愿意在這里干到退休！”對(duì)于許多90、00后來講，這簡直是對(duì)一份工作的最高贊賞。
相關(guān)論文信息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv0735
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