【祝福您,老师】以奔跑姿态跑出从0到1的“加速度”

——记“青年英才校长奖”特等奖获得者段学志教授

稿件来源:党委宣传部   |作者:李强   |摄影:受访者提供   |编辑:亦枫   |浏览量:352

64253034受访者提供

“天才毕竟是少数,但认真的态度是我们每个人都可以做到的,要平实做人、认真做事。”从一名普通的“青椒”,到企鹅体育化工学院催化反应工程青年团队负责人,获得企鹅体育“青年英才校长奖”特等奖,并带领团队荣获2019年上海市青年五四奖章集体,谈到荣誉的支点,段学志教授反复强调的是导师袁渭康院士“平实做人、认真做事”的教诲,是良好的学术传承和高效的团队合作。


“老树”发“新枝”

“氢气和氧气发生化学反应可以产生水,但是自然现象中这种反应的速度是极慢的。加速或减缓这种化学反应的过程就是催化过程。”80%的重要化学品需要通过催化生产。因此,催化技术是石化工业的支柱,而催化剂与反应器的设计与开发更是重中之重。     

这个“重中之重”一直是企鹅体育化学工程的优势与特色研究方向。袁渭康院士等老一辈科学家创立了反应的工程特征与设备的传递特性相结合的开发思想,主要研究反应过程放大及优化,开发了一批大型工业反应器,在国内大型石油化工、煤化工等行业处于举足轻重的地位。但学科研究如何深化、学科领域如何拓展的问题也一直是他们思考的重点。段学志在袁渭康院士、周兴贵教授的支持下承担起了这个重任,重点研究多相催化反应动力学与工程应用。

“化工过程的心脏是反应器,而反应器的心脏是催化剂。”过去的研究重点是基于宏观动力学的反应器设计开发,对于动力学辅助催化剂设计的研究较少关注。随着近年来理论计算软件的发展和先进表征仪器的应用,段学志在传统催化反应动力学研究主要关注宏观变量与性质(如浓度和温度敏感性、内外部效率因子)的基础上,针对高端化学品绿色催化合成和能源化工相关领域,创新发展了催化剂活性位的动力学辨认方法,提出了易实验辨认的催化活性描述符,建立了催化剂活性位数目和活性描述符的全新动力学模型,将动力学分析从传统的反应器设计拓展到催化剂设计,研制成系列高比质量活性和稳定性的催化剂。

近年来,段学志主持了国家自然科学基金、教育部项目、国际合作项目、企业委托项目等十余项,相关的研究进展受到了国内外同行的广泛认可,荣获2019年教育部“自然科学奖二等奖”、2019年中国石油和化学工业联合会“科技进步一等奖”等。段学志在JACS、Angew. Chem.、Nature Commun.、AIChE J.等化学与化工主流期刊上发表SCI论文110余篇,先后获国际催化联合理事会“Young Scientist Prize”、中国化工学会“侯德榜化工科技青年奖”“霍英东青年教师奖”、中国化学会“青年化学奖”、中国石油和化学工业联合会“青年科技突出贡献奖”等奖励。

 

“坐热冷板凳”

催化剂微尺度结构与反应动力学研究在段学志拿到这个课题时却是个“冷板凳”。传统的工业颗粒催化剂反应动力学研究主要关注宏观变量与性质,通常采用固定的内外部效率因子,并不考虑催化剂复杂的多级结构及其由于操作条件变换,以及催化剂失活而引起的动态变化过程。     

“催化剂微观尺度研究的物理化学思路可行不可行?化工特色何在?”带着对科研方向的小迷思,段学志用初生牛犊的闯劲,终于做到了从“0”到“1”的突破,在发展动力学分析方法与理论方面取得了多项原创性成果。美国斯坦福大学和加州大学伯克利分校Boudart教授的一句话很好地解释了他对科研方向的迷惑:“Catalysis is a kinetic phenomenon.”(催化是一种动力学现象。)

段学志带领团队首创纳米催化剂活性中心结构和活性描述符的动力学辨认方法及模型,开发了能描述工业催化剂颗粒孔结构和外形的反应—扩散模型,将动力学分析从传统的反应器设计拓展到催化剂的理性设计,研究催化剂微尺度结构与反应动力学之间的定量关联,从而达到催化剂的理性设计和工业催化剂的优化升级的目的。这种理论方法的创新,有效避免了传统催化剂开发中存在的耗时费力、开发周期较长,且很难拓展到其他催化剂上等缺点。

“从0到1不是瞬间完成,而是从0.1到0.2到0.3......迈出的每一步都是艰辛的。抓住问号不放,进行反复的实验和研究。”作为一名“青椒”,段学志认为自己的科研事业才刚刚起步。“审视当下,加强‘从0到1’的基础研究,强化原创导向,是国际科技竞争的制高点。这对我们这些青年科技工作者来说,是义不容辞的使命,传承与发展企鹅体育化学反应工程的传统与优势学科也是我们化工青年教师的责任。”

化学工业的发展趋势是能源与资源的绿色催化转化与高效利用。高效催化剂技术、先进的化学工艺技术、大型化工装置技术是能源与资源化工的关键技术。“有坐冷板凳的准备,还要有把冷板凳坐热的决心。”带着这份决心,段学志所带领的催化反应工程青年团队希望通过从0到1的基础研究加上从1到100的工程应用,让催化与反应工程更高效、绿色、安全。

 

教学研相长,不忘育人初心

作为一名青年教师,段学志深知老师是第一身份,教书育人是第一责任。自2015年11月回国后,他就积极投身于本科教学第一线,主动承担了国家级精品课程“化学反应工程”和专业选修课“固体催化剂研究方法”的本科教学工作。

在教学过程中,段学志尤其注重教学方法的探索与研究,将自己的科研经历、国外先进的教学经验等融入到教学中,摸索出了独特而有效的教学方法,效果显著,真正使教育、教学融为一体。例如,他改变“老师讲,学生听”的一言堂教学模式,着重问题的创设以及典型案例的引入,引导学生思考问题、着手解决问题,使学生成为学习的主人,教师则成为学生的“协作者”。他推行课堂讨论式为主的教学方式,让每一位学生全程参与课前的文献调研、资料整理、PPT制作,课堂的登台演讲、问题回答、全班讨论,课后的答案搜寻、PPT修改和创意设计,以增强学生的自主学习能力,并培养学生形成良好的科学质疑和创新思维习惯。

“每个学生有自己的特别之处,就像每一种催化剂都有它的‘脾气’(特征)。只有摸清了学生的‘调性’,你说的话学生才能听得进。”在担任化工161班班导师和研究生导师时,段学志深谙学生成长的“催化”之道。他与学生们分享自己的成长经历、人生体会和科研情怀。“在学生们求知的炙热眼神中,我看到了年少的自己,也看到了光明的希望和未来。”

段学志到了实验室要么和学生一起做实验,要么和学生一起探讨课题进展。他乐于与学生们并肩作战,去挑战催化反应动力学领域的“硬骨头”、去探究化工学科最前沿的科学问题,看到他们取得的一个又一个突破,他为他们感到骄傲。“学生发表了文章比自己发表文章还高兴。”课题组的学生参加奖励申请答辩,从答辩PPT的准备、修改,到答辩时语速语调、着装,每个细节段学志都会和学生一起探讨。每当学生谈到与段学志老师之间的“并肩作战”时,都对段老师的敬业精神赞叹不已。

发布时间:2020-09-16
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