研究论文发表于Nature子刊!他们走在高分子科学前沿!

作者:学生通讯员 游佳林 王思燕 李珊来源:新闻网发布时间:2024-05-14浏览次数:294

“我常扪心自问,读研到底是为了什么?答案是:追求科学真理!当得知论文Catalytic polymer self-cleavage for CO2 generation before combustion empowers materials with fire safety被Nature Communications(IF=16.6)接受时,我最大的感受是‘守得初心,方得始终’。”该工作第一作者、理学院功能高分子材料绿色制备与循环利用研究团队2021级硕士研究生罗伟同学这样说。

文章截图


另辟蹊径 勇攀科学高峰

阻燃材料的使用是保护人民生命和财产安全的国家重要工程,采用阻燃技术将“被动灭火”转变为“主动防火”是从源头上解决火安全问题的重要措施。“聚氨酯等杂链高分子材料具有高度易燃性,且燃烧时会伴随产生一氧化碳等毒性气体,由此引起的火灾伤亡事故频发。然而,传统阻燃策略是通过阻燃剂分解产物使高分子材料获得阻燃性能的被动阻燃方式,已无法解决阻燃改性工作中面临的阻燃效率低、恶化力学性能、加剧烟气毒性等挑战。”罗伟说。

针对以上难题,该研究提出了一种利用催化聚合物在燃烧前自裂解并主动释放CO2以实现聚合物“主动灭火”的阻燃新策略。利用钾盐催化氨基甲酸酯基团裂解和聚醚链段重排,实现在聚氨酯大量分解前的较窄温度范围内,催化聚氨酯快速自裂解产生大量CO2,实现离火自熄,并有效降低毒性气体CO、HCN和NOx浓度,获得优异的火安全性能,且较好地维持了软质聚氨酯泡沫的压缩强度和形变回复率,并同时增强了拉伸强度和韧性,解决了聚氨酯高阻燃低烟毒且不损害力学性能的科学挑战,为开发综合性能优异的火安全高分子材料提供了新思路和新策略。

文章数据截图

回顾论文的发表经历,罗伟说:“该论文从投稿到成功发表共经历了140天左右,时间相对较短,但其中过程仍然曲折。”从2023年10月开始,此项研究成果历经“定稿、投稿、送审、拒稿、申述、数次修改、重投”数项环节,最终在2024年3月9日被Nature Communications成功接收。“科研是一个长期积累的过程,需要敢于去尝试新的思维、想法,敢于面对多次的失败而不放弃。功夫不负有心人,我们的坚持必定会取得成功。”罗伟说。


知行合一 直面科研难题和挑战

“科学研究要有延续性。因此,我本科时就开启了相关研究。”早在大二时,罗伟就在理学院陈明军教授的指导下开展阻燃相关创新实验,自此与阻燃结下不解之缘。在导师的指导下,罗伟的本科创新实验和毕业设计都围绕阻燃相关研究展开,这些积累也为他后期研究易燃高分子材料的高效阻燃奠定了良好基础。“为了强化我对聚氨酯材料制备与应用的知识和技能,大四毕业的暑假,陈老师就送我去企业进行了为期一周的实操培训,这为我研究生期间开展聚氨酯材料的阻燃研究奠定了十分重要的基础。”

“作为硕士研究生进入课题组后,陈老师给我的课题是解决软质聚氨酯泡沫高阻燃低烟毒的行业难题,经过对国内外研究现状的详细调研,我们一致认为传统阻燃策略不能解决本研究课题中的难题。因此,需要更加创新的阻燃策略来应对这一挑战。结合课题组前期工作基础,我们敏锐地发现通过催化阻燃的方式有望解决以上难题。”明确目标后,罗伟便着手开展相关研究。然而,科研的道路并不一帆风顺,即使有了目标,前进的道路上依旧充满荆棘。“机理的推导和验证是在科研中遇到的最大问题。”罗伟说,“因为这个研究的机理与传统的机制完全不同,我们当时做的所有研究都是围绕机理展开的,在机理的推导过程中经历了多次假设和验证,遇到了巨大的困难,当时做到后期基本快要放弃了。”

罗伟同学在实验室

但迎难而上是每一位科研人的态度。在茫然中寻找方向,在困境中绝地逢生。为了解决机理推导这一难题,罗伟不断提升自己的能力,在导师的引导和课题组科研思维的训练下,罗伟摸索出了更加高效的科研策略。先根据实验结果提出假设,通过大量查询文献和进行实验验证,再提出假设。如此循环往复,最终破解难题,实现机理的成功推导,并通过实验证实了普适性。“没有一项研究工作是在刚开始进行时就知道会成功。准备好心态,总结好经验,坚持不懈,持续前行。在这个过程中,王阳明的‘知行合一,注重理论和实践相结合’思想给了我很大启发。”罗伟说。

谈及科研过程中令自己印象最深刻的事,罗伟说:“最深刻的就是推导机理的过程,2023年1月到5月是我做实验最疯狂的时候。每个星期都要推导一种可能性去验证。睡前在推导,吃饭时也在推导,走在路上还在推导。一旦有新的思路就要去看相关的文献,查询有没有相关报道,再去做实验进行验证。现在想想,当时是我整个研究中最有意义的一段时间,特别热血,特别深刻。”

罗伟同学与老师外出参加学术会议(右1)

一项研究成果的发表需要多方协作。在科研的道路上,学校和老师为罗伟提供了很大的帮助。罗伟说:“学校提供了实验平台和科研仪器,为我们提供了一个良好科研的环境,让我们不被外界所打扰,能够专心进行科研。而老师则为我们提供所有实验条件,并进行悉心指导,培养我们的创新能力以及科研思维,搭建学术交流平台,扩展我们的眼界。”


凝心聚力 科研路上有你们不孤单

在整个科研过程中,团队的交流合作十分重要。罗伟所在的功能高分子材料绿色制备与循环利用研究团队(简称GRF Lab)由陈明军教授组建于2021年,团队成员有邓瑾妮教授、汪婷副教授、符志成博士和安文丽博士。团队主要研究方向为功能分子的设计与绿色合成,“阻燃+”多功能高分子材料的制备与应用,废弃材料的资源化利用,聚焦解决聚氨酯等典型高分子材料阻燃高效化、环保化和长效化难题中存在的关键科学问题和技术问题。围绕主要研究方向,团队还制定课题组研究生培养计划,每周举行科研进展汇报和文献分享报告,每月提交科研月报,每学期开展学期总结与计划,每年开展年度总结与计划,实施对外学术交流行动计划,推动人才培养。

GRF研究团队成员(罗伟同学,第三排右二)

“我们课题组交流十分频繁,主要包括以下三方面。”罗伟说。第一个是老师和学生之间一对一的交流,主要针对的是特定科研问题。在机理问题的研究上,罗伟与陈明军教授、汪婷副教授等老师会保证每周至少一次的一对一交流。“偶尔也会有与老师观点发生冲突的时候,但各位教师总会包容我的观点,也会列举大量例证来指出我的错误。”他说。第二个是课题组内部的组会交流。组内成员会将自己的观点和问题罗列出来,并经过激烈讨论在课题组内部达成共识,在该过程中会得到不同研究领域的老师指导,而不同研究背景的老师对该研究具有不同的观点与思考,这对科学研究非常重要。第三个是与其他科研团队的交流。陈明军老师与四川大学赵海波老师组建了合作组,双方定期开展学术交流。罗伟表示,其他科研团队的老师和学生的研究方式和观点对自己也有很大影响,在经历不同思维的碰撞后,会让自己产生更多的思考。

此外,罗伟认为,与同专业的师弟师妹交流也十分重要。在聚餐时,他会主动提起一个问题,与师弟师妹讨论,如果感觉思路可行,那么就会回去实验,验证是否正确。团队浓厚的科研氛围和相互的包容理解,也是罗伟在整个研究过程中坚持的动力。“我认为科研中的团队合作很重要,在团队合作中,吸取不同的想法和特长,会让自己得到更快的成长。”罗伟说。

罗伟同学在国际学术研讨会中做一分钟口头快报

关于研究成果的顺利发表,罗伟表示这一切离不开陈老师等课题组老师的指引和教导。老师们对自己的帮助除了科研方面,更重要的是在科研思维和做人做事方面的影响。陈明军教授的一句“失败时善待自己,成功时善待他人”成为罗伟一直秉持的理念,激励自己战胜困难,时刻保持谦逊。除此之外,课题组围绕研究方向,定期开展基础科研能力培训、师生座谈、学生职业生涯规划指导等,培养学生文献检索能力、数据分析处理能力、科研成果报告能力、科研论文撰写能力、表达沟通能力、发现问题—提出问题—解决问题的能力、创新能力等未来发展所需的能力,这些也成为罗伟前行路上的坚强后盾。“科研之路总是充满荆棘,一次次的重复实验会让自己身心俱疲。但课题组的老师们十分关注我们的心理状况,在我想要放弃时,老师会主动找我沟通交流,为我指点迷津,帮助我成长。”


满载而归 科研之路也是成长之路

通过科研,罗伟收获满满。“当我在大二第一次接触科研,我很困惑什么是科研,我觉得那是一种很高大上的东西。当我真正进入实验室后,在师兄的耐心解答下,我逐渐明晰了方向。”师兄告诉罗伟,做科研需要去阅读文献,获取书本上没有的知识,而所有的想法灵感都可以通过实验去验证。这让他感到格外新奇,激发起了对科研的热情。通过做科研,罗伟认为自己获取知识的能力、实验的能力、分析处理数据的能力、撰写实验结果的能力、汇报交流的能力、抗压能力等都得到了很大提升。“这些能力帮助我养成了一套行之有效的科研方法,让我在面对困难时,能镇静自若地解决。”罗伟说。

罗伟也寄语正投身科研的学弟学妹们:“第一,兴趣是第一动力,首先要对科研足够热爱。科研是一件枯燥的事情,你对科研的热爱足以支撑你拨开乌云见晴天。虽然我的成果没有赶上评奖评优,更是没赶上研三期间的申请读博,但是我很平静,因为我的目标是解决科学难题,目的是提升能力。毕业后的第一年我会继续留在实验室学习,为申请读博打好基础。第二,需要保持自信,并敢于挑战权威,敢于对老师、前人的观点提出质疑,但质疑的前提是你有足够的能力和知识,并通过创新去证明自己的观点。第三,还要保持谦逊,面对老师同学的提醒,需要不断自省、反思,并吸收借鉴正确的部分,这样才能不断成长。”

谈及未来,罗伟选择继续从事相关课题研究。“我最大的目标,也是当初我进入课题组的初心,就是能够把自己的研究所得应用在实际的生活中。我正朝着这个目标而努力,期望有一天,我的研究能为国家和社会做出贡献。”

“在攀登知识高峰中追求卓越,在身处科研困境时行胜于言。”这是罗伟及众多西华师生投身科研创新的真实写照,科研之路,道阻且长,埋头苦干是唯一捷径,探索创新永远步履不停。勇攀科研之峰,西华人一直在路上。