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刘沐鑫:不懈探索+怀疑精神=科研成功!
发布时间:2019-09-27    录入:xcb   

 

2019816日,国家自然科学基金委正式公布了本年度国家自然科学基金申请项目评审结果。此次自然科学基金委共接收项目申请240711项,决定资助面上项目18995项。中国科学院大学博士、蚌埠学院材料与化学工程学院讲师刘沐鑫申请的面上项目《煤直接液化过程中的自由基反应及结焦抑制机制研究》是此次资助项目之一,获得直接资助费用66万元,实现了我校国家自然科学基金面上项目“零”的突破。

其实,刘沐鑫对煤液化的研究要追溯到他攻读硕士学位的时候,到如今他已经为此做了数百次工艺模拟实验,经历了无数次的尝试与探索,凭借他对科研的热爱,一直坚持不懈,到蚌埠学院以后,继续获得大力支持,终于取得了突破。

和煤液化研究结下不解之缘

目前,我国的石油仍需从国外大量进口,据资料显示2018年我国的石油进口比例达到70.9%,严峻的石油供给形势对我国的能源安全和经济发展造成了巨大威胁。但我国煤炭资源丰富,如何将煤更高效地直接液化成油,实现煤的洁净转化并获得高附加值化学产品成为了许多专家学者研究的课题。

2007年秋,刘沐鑫考入安徽工业大学,师从水恒福教授和雷智平教授攻读硕士学位,从此开始了与煤液化十多年的不解之缘。两位导师谆谆教导和精益求精的态度,指引着他打开了从事煤液化研究的神奇之门。2010年春,刘沐鑫考入中科院山西煤炭化学研究所,师从刘振宇教授和杨建丽研究员攻读博士学位,并在他们的帮助下确定了自己的研究课题:煤直接液化过程的自由基反应机理。从此开始了对煤直接液化的更加深入的研究。两位导师治学严谨,在科研方面又能积极创新,他们要求刘沐鑫博士用开放式的思维思考问题,在科学研究上要一直持有怀疑的精神。导师的教诲让刘沐鑫受益良多。

当时关于煤直接液化的研究课题很多,主要集中于工艺条件优化,但因为缺少关于反应机理的基础研究,所以工艺运行过程中的许多问题没有得到很好地解决。刘沐鑫的导师认为,从理论上来说,如果借助相关仪器检测到了煤直接液化过程中产生的自由基,揭示出其在液化反应过程中的浓度和结构等方面的变化,就能从根本上找到解决煤直接液化工艺中各类问题的方法。既然理论上成立,那就付诸实践。当时研究所里还没有检测自由基所需的电子自旋共振仪。刘沐鑫就每周从山西太原乘坐3小时的高铁去500公里外的北京,到清华大学租用电子自旋共振仪检测自由基。由于设备昂贵,使用电子自旋共振仪必须要支付每天2000元的租金。为了不辜负巨额的租金和导师同学们的期待,在清华实验室的每分每秒他们都非常珍惜,注意力高度集中,几乎将所有时间都花在了做实验和记录分析数据上,一日三餐也只是草草对付了事。这样的生活整整持续了半年。

后来研究所购置了电子自旋共振仪。刘沐鑫更加珍惜来之不易的研究条件。在高难度、高强度的课题研究压力和强烈的探索欲望下,刘沐鑫把自己的大部分时间都留在了实验室。每天早上8点前进入工作区,晚上11点后才匆匆离开,有时甚至忘记了吃饭和休息。“那时候我们的工作区离生活区只有一门之隔,晚上1030分是规定的关门时间,但是实验没做完又无法中途暂停,所以我们常常在关门后又请门卫帮我们开门。”刘沐鑫笑着回忆。

刘沐鑫在研究所读博的第三年,他的导师关于用电子自旋共振技术(简称ESR技术)检测煤热转化过程中自由基行为的报告在一次学术会议上引发了权威学术专家们的热烈讨论。很多人认为报告中所提到的ESR技术检测到的自由基并不是实际参与液化反应的活性自由基,而是长寿命的稳定自由基,由于活性自由基的数量远远高于稳定自由基的数量,所以在煤直接液化过程中起决定性作用的是活性自由基。因此,通过ESR技术获得的关于煤直接液化自由基机理的认识是十分有限的。专家们的否定也意味着刘沐鑫和其项目成员如果想继续完成此类课题研究就必须换一种方式重新检测活性自由基,这对与他们来说无疑是很大的损失。最后,他们依旧选择了坚持。经过一系列研究讨论后,刘沐鑫和其课题组成员很快发现了一种能与自由基快速相结合的供氢溶剂,通过供氢溶剂的消耗量就可以检测到计算出活性自由基的量。

就这样,刘沐鑫不断地尝试,不断地积累,为后来这次国家自然科学基金面上项目的申请通过奠定了坚实的基础。

致力于培养学生的思维方式

20169月刚到蚌埠学院工作时,刘沐鑫承担《化工原理》等2-3门课程的教学任务。初为人师,为了把最好的状态展现给学生,他不得不把大部分时间都花在备课上,几乎没有时间做项目研究。但科研并不是刘沐鑫的全部,他对教书育人同样葆有热爱。“我之所以选择做老师,是因为我喜欢和学生们相处,想要把我所学到的知识传授给他们。”虽然第一学期刘沐鑫牺牲了大部分做科研的时间,但是却有了意外收获。刘沐鑫发现,教学与科研是可以相辅相成的,做了老师之后,思考的会比原来更多,每次上课前都要把知识揉碎了,才能让学生更好地理解,自己也因此收获了更多,有时会在教学过程中突然找到一些做科学研究的灵感。

刘沐鑫认为每位学生都有自己的优点,不能只根据成绩判断学生是否优秀。刘沐鑫平日更注重培养学生的思维方式,帮助每个学生寻找和放大自己的闪光点。有一次,刘沐鑫带学生做制备催化剂的实验,需要煅烧催化剂的前驱体,为了避免坩锅上的标签被烧掉后难以识别,刘沐鑫建议学生们用蓝色墨水在坩锅上做记号,因为蓝色墨水里面含有铁元素,即使被烧过之后也会有红色的痕迹,便于识别。但是不巧的是,当时实验室里没有蓝色墨水,一个学生的脑袋里蹦出了一个想法,他认为可以用实验室里的三氯化铁来做记号,和墨水有异曲同工之妙。刘沐鑫说,这就是一种思维活跃灵动的表现,我们应该多鼓励学生去思考,判断学生的标准不应该只是拘泥于考试成绩。

带领学生参加学科竞赛时,他是严格的“刘老师”,亦是贴心的“好朋友”。20187月,刘沐鑫和材料与化学工程学院秦英月、石春杰两位老师带领三位学生参加了第二届全国大学生化工实验大赛华东区赛。在参观、熟悉比赛实验装置后,老师和学生们制定了应对比赛的预案,连夜指导学生准备比赛。“大家一起奋力准备比赛的感觉还是挺不错的。”刘沐鑫笑着说。此次比赛一共包括笔试、化工单元仿真操作和实验操作三部分。面对华东地区浙江大学、华东理工大学等各大名校的竞争对手,同学们难免会有点紧张和缺乏信心。刘沐鑫在辅导学生练习仿真操作的同时,不停地鼓励他们保持平常心,相信自己的实力。功夫不负有心人,最后同学们凭借着出色稳定的发挥,成功夺得化工单元仿真单项奖。

“比赛时和刘老师相处的那几天,我觉得他既是严格的老师,又是贴心的朋友。指导比赛时对我们要求比较严格,一丝不苟,但是平时很幽默,会和我们聊天,缓解我们的压力。”2016级化学工程与工艺班的郝校斌如是说。

得到学校大力支持,数年努力终获硕果

816日,刘沐鑫博士申报国家自然科学基金面上项目《煤直接液化过程中的自由基反应及结焦抑制机制研究》获批,这也是我校第一个获批的国家自然科学基金面上项目。

国家自然科学基金是我国设立的最高水平的基金项目之一。此次项目获批并非看起来那样易如反掌。在此之前,刘沐鑫博士申请过两次国家自然科学基金青年科学基金项目,遗憾的是均以失败告终。这一度让刘沐鑫有些气馁。这时候他给导师雷智平教授打了个电话,那天导师在电话里一句“不能放弃”又让他重新燃起了斗志。同时,正巧,刘沐鑫博士的一篇相关主题的论文在国外期刊Energy & Fuels上发表了,权威专家的肯定无疑是他对自己最大的鼓励。

由于青年科学基金项目申请人必须是在年龄35周岁以下,刚过35周年、不再符合条件的刘沐鑫博士当机立断,转换了申请项目目标,决定申请更有难度的国家自然科学基金面上项目,也做好了迎接更大挑战的准备。

不过,有了前面两次的青年科学基金项目的申请经验,刘沐鑫这次的申请从容了很多。于此同时,他还收到了学校的鼎力支持。我校高度重视国家自然科学基金申报工作,学校专门召开2019年度国家自然科学基金项目申报指导会,校党委书记刘泽功教授出席会议并作了要求。会议邀请了安徽理工大学陈明强教授、何杰教授、胡劲松教授、疏瑞文副教授等专家,针对我校2019年度国家自然科学基金项目申报书中存在的一些共性方面问题进行了说明,专家就立项意义、研究内容、拟解决的关键科学问题、技术路线、研究基础及预期目标等方面进行了逐一点评并提出了具体修改意见。各位项目申请人还获得了与专家进行了一对一交流的机会。刘沐鑫认为何杰教授当时给的建议对自己帮助很大。

另外,学校科研处和材料与化学工程学院也一直给予刘沐鑫各方面的支持和鼓励。这些都让刘沐鑫有了前进的动力。做足了前期的准备工作以后,真正撰写申请项目书仅仅花费了十几天的时间。

这次申请面上项目,虽说难度很大,但材料与化学工程学院院长李宗群教授始终对刘沐鑫抱有信心。他认为刘沐鑫博士基本功非常扎实,又对科研有热情,有钻劲,有恒心。“小伙子迟早会申请成功,得偿所愿!”李宗群很欣慰地说。

刘沐鑫申报通过的这一项目对于增强我国能源自主保障能力和推动煤炭清洁、高效、高附加值利用具有一定的意义。谈及下一步的工作计划,刘沐鑫说:“获批国家自然科学基金面上项目是国家给予我的肯定,我倍受鼓舞。接下来我将会用实验来验证之前的设想,为解决煤直接液化过程中结焦这一瓶颈问题贡献绵薄之力,为我国能源自主供应进一步提供技术支持。”(撰稿:校记者团章璇 温单单 倪凯丽;编审:黄灿)