在科研路上追光而行
——記中山大學(xué)材料學(xué)院副教授王夢(mèng)曄

倪海波 劉玉杰

在300多攝氏度的密閉容器內(nèi)，熱氣彌漫，底部濃稠的液體不停地翻滾，在高溫的蒸騰下上升。容器上方的溫度要比底部略低一些，當(dāng)液體從底部升騰到溫度低處時(shí)，便會(huì)析出純凈無瑕的晶體。循環(huán)往復(fù)的冷熱對(duì)流使得晶體不斷生長(zhǎng)，在容器內(nèi)生長(zhǎng)出或透明或五彩斑斕的耀眼寶石。

長(zhǎng)大的透明晶體有棱有角，在燈光下折射著柔和的光，光里有一個(gè)女子溫柔堅(jiān)定地微笑。中山大學(xué)材料學(xué)院副教授王夢(mèng)曄一直以來專注于半導(dǎo)體材料的催化和晶體生長(zhǎng)，為了讓自己的研究成果能夠解決國(guó)家在半導(dǎo)體及能源領(lǐng)域的問題，數(shù)年來，王夢(mèng)曄苦學(xué)深造，上下求索，多次在專業(yè)領(lǐng)域獲得重要發(fā)現(xiàn)和突破。

銳意求學(xué)，得遇恩師

一直以來，王夢(mèng)曄給人的形象都是溫和優(yōu)雅、平易近人，但與她合作的人都知道她是一位心志堅(jiān)定、勤奮忘我的科學(xué)工作者。2006年，懷揣著對(duì)物理化學(xué)的熱愛，王夢(mèng)曄踏入了廈門大學(xué)的大門。這座由愛國(guó)華僑領(lǐng)袖陳嘉庚先生一手創(chuàng)辦起來的學(xué)校，自1921年成立開始，就以“南方之強(qiáng)”聞名于世，陳景潤(rùn)、余光中、張高麗等學(xué)術(shù)名人皆出于此。在濃郁的文化氛圍中，她邁著堅(jiān)定的步伐走進(jìn)了廈門大學(xué)的王牌專業(yè)——化學(xué)系。

王夢(mèng)曄

進(jìn)入廈門大學(xué)的王夢(mèng)曄，很快就感受到了學(xué)術(shù)殿堂的宏偉和耀眼，積極地迎接和樂觀地享受著每一個(gè)可以鍛煉科研能力的機(jī)會(huì)。廈門大學(xué)學(xué)術(shù)風(fēng)氣濃厚，注重培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新能力。為了鼓勵(lì)更多學(xué)生積極參加科技學(xué)術(shù)活動(dòng)，學(xué)校創(chuàng)立了“化學(xué)人才培養(yǎng)基地育苗基金”，用于資助學(xué)生參加課外科技學(xué)術(shù)活動(dòng)。王夢(mèng)曄獲得了育苗基金的支持，加入了林昌建教授和孫嵐副教授的課題組。“兩位老師和風(fēng)細(xì)雨式的引導(dǎo)方式給了我在科研方面很大的信心和幫助，而老師們嚴(yán)于律己、寬以待人的處世態(tài)度也讓我受益匪淺。”對(duì)于兩位老師，王夢(mèng)曄一直懷著亦師亦友的感激之情。

2013—2015年，王夢(mèng)曄前往美國(guó)佐治亞大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院進(jìn)行博士聯(lián)合培養(yǎng)。在那里，她碰到了另一位對(duì)她影響深遠(yuǎn)的老師——林志群。林老師積極主動(dòng)的研究態(tài)度讓她產(chǎn)生了對(duì)科研知與行的思考，“經(jīng)常有學(xué)生不停地做實(shí)驗(yàn)，但卻很少去思考，這是一種思維的惰性”。帶著這個(gè)感悟，王夢(mèng)曄接受了嚴(yán)格的科研邏輯訓(xùn)練，這對(duì)她之后的科研工作起到了很大的推動(dòng)作用。

學(xué)如逆水行舟，不進(jìn)則退。為了進(jìn)一步豐富自己在物理化學(xué)領(lǐng)域的知識(shí)，2016年，王夢(mèng)曄前往香港理工大學(xué)做博士后研究。在合作導(dǎo)師柴揚(yáng)的指導(dǎo)下，她將物理與化學(xué)交叉，利用二維材料提高了催化劑的抗光腐蝕性能，研究了提高催化劑穩(wěn)定性的機(jī)制，并將成果發(fā)表在JACS雜志上。對(duì)于王夢(mèng)曄來說，這是自己科研生涯中的一個(gè)重大進(jìn)步。

挑戰(zhàn)科研難題

結(jié)束博士后的工作，王夢(mèng)曄選擇進(jìn)入中山大學(xué)材料學(xué)院，既堅(jiān)持原來的催化方向的研究，又開始了氧化物晶體生長(zhǎng)的新課題，這在她看來是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇。一方面，在晶體生長(zhǎng)方面她的經(jīng)驗(yàn)不多，而且傳統(tǒng)方法難以獲得大尺寸晶體；另一方面，學(xué)校有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和專業(yè)的工程師團(tuán)隊(duì)，又讓她備受鼓舞，可以學(xué)習(xí)新的知識(shí)和探索新的問題。在來到中山大學(xué)的兩年時(shí)間內(nèi)，她組建了自己的研究團(tuán)隊(duì)，包括3名碩士、2名博士、1名博士后，目前團(tuán)隊(duì)的工作正在一步步按照她的規(guī)劃開展。

如今王夢(mèng)曄的研究方向主要包括半導(dǎo)體晶體生長(zhǎng)技術(shù)及半導(dǎo)體的催化機(jī)制。關(guān)于研究?jī)?nèi)容，王夢(mèng)曄解釋道：“半導(dǎo)體材料是一種可在極端條件下使用的先進(jìn)功能材料，半導(dǎo)體晶體生長(zhǎng)主要是通過高溫高壓的水熱環(huán)境促成高純度晶體的生長(zhǎng)；而半導(dǎo)體催化則主要利用半導(dǎo)體催化過程中的化學(xué)變化建立半導(dǎo)體材料結(jié)構(gòu)與光催化效率間的關(guān)系，闡明催化機(jī)制。”

一直以來，尋找高效、穩(wěn)定的共催化劑材料是光催化領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。近年來二維碳化物材料（MXene）Ti3C2因具有良好的金屬導(dǎo)電性、親水性、大量的暴露金屬位點(diǎn)以及合適的費(fèi)米能級(jí)位置而被普遍認(rèn)為是一種理想的共催化劑材料。然而，負(fù)載后的Ti3C2以何種形式存在、Ti3C2到底如何提高半導(dǎo)體光催化活性等，都是學(xué)術(shù)界亟待闡明的問題。王夢(mèng)曄所在的團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，Ti3C2對(duì)半導(dǎo)體光催化性能的提升主要?dú)w因于Ti3C2衍生石墨烯量子點(diǎn)，而不是學(xué)界一向認(rèn)為的Ti3C2本身。他們通過HF刻蝕法制備分散的二維Ti3C2，并將其與物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的La2Ti2O7納米片結(jié)合制備了Ti3C2/La2Ti2O7復(fù)合材料。拉曼光譜、固體核磁等實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在氫氟酸刻蝕剝離Ti3AlC2制備Ti3C2的過程中，氟離子與Ti發(fā)生反應(yīng)，使得Ti3C2表面留下不飽和碳鍵，這些碳鍵通過相互作用生成具有π共軛結(jié)構(gòu)的石墨烯量子點(diǎn)。而這些量子點(diǎn)在后續(xù)的反應(yīng)中，也一直穩(wěn)定存在于復(fù)合材料中，成為光催化性能提升的主要因素。該研究成果被發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed雜志上，并被評(píng)為VIP文章，它為理解Ti3C2如何提升光催化活性提供了新的視角，同時(shí)為重新理解MXenes在不同領(lǐng)域應(yīng)用中所起的作用提供了新思路。

在半導(dǎo)體的催化方面，王夢(mèng)曄也一直在持續(xù)不斷地深入研究著。2019年，她和香港理工大學(xué)應(yīng)用物理系柴揚(yáng)教授的課題組聯(lián)合進(jìn)行了有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦CH3NH3PbI3材料的研究。他們利用有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦CH3NH3PbI3的壓電特性，通過引入一種交變的外部力學(xué)效應(yīng)，在鈣鈦礦內(nèi)部構(gòu)筑出更有利于電荷分離的瞬態(tài)內(nèi)建電場(chǎng)。這個(gè)內(nèi)建電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)光生的空穴和電子往相反的方向遷移，從而顯著地提高了鈣鈦礦的催化效率。這項(xiàng)研究成果拓展了鈣鈦礦CH3NH3PbI3的應(yīng)用，也引發(fā)了為何CH3NH3PbI3可在光催化過程中維持穩(wěn)定的思考，該項(xiàng)目的研究成果也被發(fā)表在了Adv. Energy Mater雜志上。

“享受探索的過程”

在十多年的求學(xué)和研究生涯里，王夢(mèng)曄不僅豐富了自身的專業(yè)知識(shí)技能，還積累了很多關(guān)于科研的思考。她清楚我國(guó)對(duì)于半導(dǎo)體的研究起步要晚于國(guó)外，因此更加希望能夠通過自己在科研和教學(xué)方面的努力追趕并超越國(guó)外的研究進(jìn)度。如今她在中山大學(xué)教授無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)等課程，并深切地渴望學(xué)生們能夠在專業(yè)領(lǐng)域深入研究下去，為我國(guó)的物理化學(xué)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

王夢(mèng)曄深知只有沉下心來享受探索的過程，才能在科研的道路上走得更遠(yuǎn)。為了讓學(xué)生們真正喜歡所學(xué)的課程，她將以往學(xué)習(xí)經(jīng)歷中老師們對(duì)自己諄諄誘導(dǎo)的教育方法應(yīng)用到教學(xué)工作中。“我要求自己用比較簡(jiǎn)單的語言講授復(fù)雜的專業(yè)知識(shí)，讓學(xué)生盡可能地理解項(xiàng)目?jī)?nèi)容。”在談及學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度時(shí)，她說：“我希望他們享受研究的過程，而不是以結(jié)果為導(dǎo)向。”在她看來，只有學(xué)生真正愛上這個(gè)專業(yè)，才會(huì)有勇氣去翻越科研道路上的一座座山丘，這是因與果的問題。

擁有一顆純粹專注的內(nèi)心，經(jīng)歷高溫高壓的磨煉，這是對(duì)高純度晶體的生長(zhǎng)要求，也是王夢(mèng)曄科研之路上必須要保持的品質(zhì)。對(duì)半導(dǎo)體催化和晶體生長(zhǎng)的研究還有很長(zhǎng)的道路要走，作為一名年輕的科研工作者，王夢(mèng)曄心中的那束科研之光永遠(yuǎn)不會(huì)消失。無論未來有多少艱難，她都會(huì)朝著光的方向繼續(xù)走下去。