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上科大“學霸”以第一作者身份在國際期刊發表一項顛覆性的研究成果
她為二氧化碳減排找到新途徑
http://www.workercn.cn    2018-06-21     來源:解放日報
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  陳安琪(右)與林柏霖教授(左)在實驗室。 (資料)
  ■本報記者 裘雯涵

  又是一年畢業季。在上海科技大學,一批大四生將成為首屆本科畢業生,物質學院的陳安琪就是其中之一。在老師和同學心中,她是當之無愧的“學霸”,不僅保持全院第一的好成績,今年2月還以第一作者的身份在國際頂尖期刊《Cell》雜誌姐妹刊《Joule》上發表論文,對二氧化碳減排提出新的結論。她放棄出國留學的機會,選擇畢業後繼續在上科大讀研深造。

  顛覆思維定式

  通過大規模減少溫室氣體排放,尤其是二氧化碳的排放,將2100年時相對於第一次工業革命前的全球溫度升幅控制在2℃以內,是本世紀人類面臨的最大挑戰之一。陳安琪說,她所在課題組的研究重點,就是將二氧化碳轉化成其他易於運輸儲存、高附加值的非氣態產物,“簡單來說就是在減排的同時,變廢為寶。”

  不過,要達成二氧化碳轉化,需外加電能催化。然而電力的獲得以及整個操作過程,也會排放大量二氧化碳。學界普遍認為,應盡量使用風能、太陽能等清潔能源,達到二氧化碳減排目的,但這種減排方式也遇到瓶頸。“雖然發展風能、太陽能等低碳能源是未來的趨勢,但目前這些能源只能間歇性發電,其規模在近期無法滿足減排需求。目前,化石能源還是二氧化碳轉化時主要使用的能源。”

  不少人質疑,若使用化石能源進行二氧化碳轉化,會造成更多二氧化碳排放。情況真的如此嗎?為了論證這一點,陳安琪搜集和整理了大量數據,經過和課題組導師林柏霖教授的反覆討論和思維碰撞,他們得出令人詫異的結論:利用化石燃料驅動二氧化碳的電催化還原,能夠實現二氧化碳的淨負排放。

  一開始得到這個顛覆性的結論時,陳安琪還有些懷疑:這個結論和主流文獻觀點相矛盾,真的正確嗎?在導師的鼓勵下,她打消顧慮,進一步論證。經過近兩年的研究,今年2月,這項顛覆思維定式的研究成果發表。從理論和規律上,為二氧化碳化學固定這一減排策略開啟“化石能源”這扇大門,為最終實現溫控目標創造更多機會。他們還創造性地提出用兩個簡單公式描述途徑眾多、操作複雜的二氧化碳減排過程,用來對其他減排策略進行分析。

  實驗室“勞模”,從小課題突破

  這次科研突破,源於林柏霖給學生布置的一項“家庭作業”。這項課題需要學生搜集大量資訊並自學相關理論,沒有毅力難以堅持。“當時我布置這項額外思考題給學生們,幾個研究生都不了了之,只有陳安琪堅持了下來。”在林柏霖看來,作為本科生,陳安琪能在這本期刊上發表論文十分不易,即使是斯坦福、加州理工等國際頂尖院校的碩士研究生和博士生,能夠做到的也是鳳毛麟角。

  對陳安琪的性格,林柏霖打了個比方——如果出一張考卷,滿分是100分,有人可能做到60分就心滿意足,有的可能到80分、90分就給自己點贊,而安琪是做到100分還不滿意,希望拿到120分的人。“這或許是她能夠從一個課外作業形式的小課題一點點突破,最終完成科研突破的一個原因吧。”

  早在大一下半學期,陳安琪就進入林柏霖的課題組,邊完成日常課業,邊在實驗室裡和二氧化碳打交道。學業最忙的時候,她整天奔波在實驗室和課堂之間。為了擠出時間做測試,她常常早上7時就去實驗室,晚上9時多才回寢室。大二那年春節,恰逢研究處於最關鍵階段,陳安琪臨時取消回家的火車票,在學校待到大年三十才離開。

  “勞模”陳安琪打動了周圍的老師和同學,一些學弟學妹把每天最早到實驗室的陳安琪稱作“一姐”。“雖然兼顧學業和科研很辛苦,但我認為兩者都很重要。沒有紮實的基礎,在實驗室做得再久,也只是操作得比較熟練罷了,遇到問題很難獨立解決。”

  放棄出國留學

  在課堂和實驗室中培養出的獨立思考能力和批判性思維,是陳安琪在上科大獲得的一筆寶貴財富。她還記得五年前到上科大時的情景,高二那個暑假,她從河南洛陽來到上海,參加上科大的高中生夏令營。當時的上科大還是一片工地,但教授的教學理念深深吸引了她,“高中時我對未來很迷茫,只是因為物理、化學成績較好,就選擇了理科。聽了教授的一番話,我才決定走科研道路,家人也很支援。”就這樣,高三畢業時,陳安琪以優異成績考到上科大,在當時的河南報考學生中名列第一。

  作為上科大首屆本科生,大學四年是陳安琪與上科大共同成長的四年。“學校最初的艱苦狀態,只有我們經曆過,但我覺得學校兌現了當初對我們的承諾,給每位學生提供了豐富的教研資源。”陳安琪說。和一般高校一個班級配備一位輔導員不同,上科大的本科生沒有班級的概念,每6個本科生配備3位導師,從學業和生活上進行指導。

  “對於陳安琪這樣有憧憬又有幹勁的學生來說,在上科大做科研可以說是如魚得水。”林柏霖說。學校配備了核磁共振波譜儀、電子顯微鏡等多台高端科研設備,學生能很方便地預約使用。上科大和周邊的研究所有著不輸國外院校的豐富資源,這讓陳安琪決定放棄出國深造,留在上科大讀研。她坦言,之前已經抽空準備好了語言考試,但在實驗室的科研經曆讓她認識到,提升個人能力關鍵還在於自我要求。另外,她也心繫著實驗室裡已經有些眉目的研究課題。

  現在,陳安琪又開始“泡”在實驗室裡,為二氧化碳轉化的規模化應用努力著。“雖然基礎科研距離規模化應用還很遙遠,但我希望自己的研究能真正對改善環境和能源問題有所裨益。”

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