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《纳米化学概论》课程实践简报

  • 仇丁丁
  • 创建时间: 2019-11-25

       中国科学院大学纳米科学与技术学院《纳米化学概论》专业核心课程是由国家纳米科学中心杨延莲、吴晓春、韩宝航研究员共同授课,授课内容包括纳米化学的基础知识、基本理论和重要技术。纳米材料的可控制备与表征是纳米化学的重要组成部分,是研究纳米尺度独特性质/性能,包括化学性质,和最终应用的可靠保障。

       在授课过程中,为了理论结合实践,拓展学生视野,帮助他们更形象、更直观的理解和认识纳米材料的制备过程以及调控因素,经授课团队老师协商决定,由吴晓春老师于2019年11月9日指导学生走出课堂,到国家纳米科学中心开展主题为“金纳米材料合成与表征”的实践活动,希望通过该实践活动,不仅能够和学生们探讨金属材料可控制备的理论知识,更是借助纳米科学中心国际一流的先进实验平台,大家能够将课堂上学到的内容结合到具体实验操作中去,真正做到教学相长,共同推动纳米化学课程的教学工作。

       实践活动当日,25名研一学生从雁栖湖校区乘坐校车到达国家纳米科学中心。首先,大家共同参观了吴晓春老师的实验室,吴老师向学生们详细介绍了贵金属纳米材料(以典型金纳米棒为例)常见的可控制备和表征方法和技术,以及具体实验过程中所用到的仪器等。通过交流,大家对纳米材料制备和表征方法有了更清晰的认识,并纷纷对吴老师实验室获得的各种国家标准物质定级证书表示敬佩。

 

参观吴晓春老师实验室

 

       在短暂的参观交流之后,在吴老师课题组3位科研人员的带领下,所有25名研一学生分成5个小组,亲自进行金纳米棒的合成与表征实验,主要包括金种的制备、金纳米棒的成核生长、以及金纳米材料的紫外可见吸收光谱和电镜表征等实验。所有学生精力充沛、踌躇满志,积极参与到实验的各个环节中,收获颇丰。3位科研人员表示:“这是一次互相学习的机会,通过该交流方式与即将进入科研实验室的研一学生进行交流,也是对我们的一次锻炼,在讲解中学习,我们也获益良多,希望以后能有更多的机会和平台进行相关实验探讨。”

 

在科研人员蔡瑞的指导下进行金种的制备实验

 

科研人员高欣爽的指导下进行金纳米棒的生长实验

 

在科研人员陈佳琪和蔡瑞的指导下进行金棒的电镜表征实验

 

       在实践活动结束之前,所有25位研一学生按照实验分组就此次“金纳米材料合成与表征”实践活动谈起了自己的心得体会。

       A组(赵儒鹏,吴婷,毛冬冬,孟婷,张陈琪):

       这次实践活动一天的行程收获满满,是我们第一次在实验中见证了金纳米棒从种子溶液的配制到棒的生长,在透射电子显微镜下我们清楚的看到了一个个纳米棒的形态,在脑海里留下了深刻印象。小组成员之间相互团结学习,相互讨论,充分利用不同专业背景知识,激发出不同的思维,对于我们拓展思维有很大的作用。作为研一的我们,我们这一年近乎是“纸上学习”的模式,这次实践课无疑是一次“实验感”的预习,我们很珍惜这次学习机会。

 

A组认真实验操作的小组成员

 

       B组(梅婕、应越、陈紫薇、王紫瑶、张薿元):

       通过金纳米棒制备和表征的亲手操作,不仅加深了对学习内容的理解,也让我们体会到合成高品质的金种和金棒的难度比想象中高的多,由于不同人员操作导致加入试剂的方式、速度、反应的时间和温度等参数均会影响金棒的合成质量,这让我们以后科研生涯中会更加注重实验细节上的改进。非常感谢国家纳米中心给我们提供的研究平台,感谢授课老师给我们提供的学习机会,老师们辛苦啦!

 

B组认真实验操作的小组成员

 

       C组(韩佳佳,王杏灵,刘若晨,赵一霖,吴茂生):

       我们在科研人员带领下,利用透射电子显微镜和紫外可见分光光度计检测和对比了不同小组金纳米棒合成样品的形貌尺寸和生长状态的差异,并和吴老师一起讨论了造成这些差异的原因,比如温度、加种液量的影响等。通过本次实践活动,让我们印象最深刻的一点,就是不要仅局限于文献内容,要大胆尝试对实验方案进行改进,这为我们以后的科研生活打下了良好基础!

 

C组小组成员与吴老师交流实验心得

 

       D组(汪昕晔、刘静怡、张浩、李星池、林相斌):

       此次金纳米棒合成实验采用的是水体系中的湿法制备工艺、不需要特殊气氛保护,也不涉及高危险性化学品硼氢化钠。这些特点对于该工艺的规模化和产业化有巨大优势。此外,通过本次实践活动,让我们看到了科研人员所具有的严谨治学的精神,科研除了真诚与严谨认真,还有温情和传承,吴老师的耐心解答,其它科研人员的不吝赐教,都是此次实践课上美丽的风景。在以后的科研生活中,我们也会尽我所能,努力向这条路上的前辈们学习,做到大胆假设,小心求证,成为一名合格的科研工作者,认真实验,待人真诚。

 

D组认真实验操作的小组成员

 

       E组(郭志宇,王浩武,邵胜贤,程锦皓,窦家彬):

       本次实践活动我们有很多收获,加深了我们对于理论知识的理解。例如,金纳米棒制备中还原剂为对苯二酚而不是硼氢化钠,这是因为硼氢化钠还原性太强,有利于瞬间提高单体浓度并引发“爆裂形核”,而对苯二酚是一种较弱的还原剂,有利于稳定扩散控制的生长过程。控制反应温度稳定在30℃的原因是希望控制临界成核尺寸处在较窄范围内,有利于种子的“尺寸聚焦生长”,这些理论知识的掌握为我们理解《纳米化学概论》课程内容起到了非常大的帮助。

 

E组成员与吴老师探讨金纳米材料合成方法

 

       纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。通过此次走出课堂,学生更加直观地了解到纳米材料可控制备以及调控因素,不仅有助于他们理解纳米材料的化学性质及其机理,也让他们提前感受到科研生活的魅力和乐趣。此次“金纳米材料合成与表征”实践活动取得了圆满成功。

 

《纳米化学概论》实践活动全体成员合影留念

(国家纳米科学中心 方小翠 供稿)

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