英才计划：当光照进催化的殿堂
当光照进催化的殿堂
王阳明 / 杭州外国语学校
在网络游戏并不发达的童年，我最喜欢的事就是守在电视机前，等候每晚准时播出的“我爱发明”节目，或者抱着几本《游戏中的科学》，津津有味地翻阅各种趣味实验，如果材料齐全，就自己尝试完成。久而久之，尽管对“科 学”这个宏大的概念仍然缺乏理解，我也满口“科学”“理论”起来。感谢这段童年时光，感谢各类百科全书，也感谢那些译制纪录片，让我在懵懂的年代享受到了科学的启蒙。进入杭州外国语学校后，凭借兴趣，我逐渐打破了阅读外文资料的困难，开始搜集各种科普文献和关于学科前沿的介绍，尽可能地捕获关键信息并通过网上检索或者向前辈们请教加以理解。2020年1月，我幸运地入选英才计划，在浙江大学化学系何巧红教授的悉心指导下，开启了化学科研的大门。
探寻心仪领域
英才计划培养伊始，何巧红老师曾 多次找我谈话，在寻找研究方向这个话 题上，何老师反复论证的“兴趣是最好 的老师”，给我留下了深刻的印象。在导师的精心安排下，我有幸聆 听了多位教授的讲座。第一堂讲座的主 讲人是李浩然教授，他从各种粒子的半 径差异讲起，介绍了化学学科的诞生， 并阐述了从肉眼观察到仪器分析这一研 究方式上的转变，以及人体对于冷、热 的感觉；同时，李老师还详述了热力学 从具体问题走向抽象分析的发展史，并 介绍了热和功的定义、量度 , 以及相互 转化的方式，为我后续学习红外光谱打 下了基础。后续的讲座上，陆展教授向 我们介绍了有机化学的定义、研究对象 和课题案例，带我们走进功能性药物合 成等研究前沿。除此之外，我还利用课 余时间自学元素化学、基础有机化学和 分析化学知识，为未来可能的研究方向 作知识储备。实践方面，在导师的带领 下，我完成了对苯甲酸和正丁醇的红外 光谱实验，并分析了各特征峰与指示基 团的对应关系，这一经历让我对通过仪 器“看”物质更有兴趣了。
问题引出课题
开展课题研究是英才计划的关键环节。在导师的指导下，我最终选择“源 于天然纤维素物质的二氧化钛纳米复合材料的制备及其光催化性能研究”作为 课题。二氧化钛具有诸多优异性能，在墙漆、防晒霜等场景中得到了广泛应用， 但作为光催化剂，二氧化钛存在价带电子受激波长范围小、比表面积小等缺点。
在师兄的启发下，我采用模板法，以具有优异空间结构的纤维素作为模 板，合成二氧化钛纳米纤维，经超声分 离和灼烧得到比表面积更大的二氧化钛 纳米管，利用纳米效应显著增加材料的 比表面积。同时，采用尿素与二氧化钛 纳米管共同灼烧，形成混合气体氛围并吸附在二氧化钛纳米管表面形成氮化碳 层，在可见光下吸收良好的氮化碳作为改性剂，有效改善了二氧化钛在可见光 波段的催化性能，而且 2 种半导体间的异质结物也有效提升了电子的迁移速 率，抑制了光生电子 - 空穴对的复合。
制备完成后，即可将所得样品投送 X 射线衍射仪和热 - 重分析，在师兄 的指导下，我亲自操作扫描电子显微镜、 透射电子显微镜及红外光谱分析仪对所 得产物进行结构表征。以工业染料亚甲 基蓝为代表，探究氮化碳含量不同的光 催化剂催化降解有机染料的性能差异， 发现氮化碳含量接近一半时，光催化剂 具有优异的吸附和催化性能，丰富了光 催化剂用于污染控制的数据储备。尽管受到新冠疫情的影响，我仍然 在有限的 20 天内完成了制备实验、结 当光照进催化的殿堂 王阳明 / 杭州外国语学校 八九点钟 Student Projects 2022.05/ 中国科技教育／ 27 构表征和光催化性能测试，顺利完成了 课题。在此过程中，我曾面临不计其数 的困难，比如对抽象概念的理解都是巨 大的挑战，但是通过不断查阅资料，对 于无机光催化剂我逐渐形成了较为明晰 的概念。
向院士前辈请教深受启发
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