近日,台州职业技术学院迎来科研里程碑式突破!机电工程学院青年教师张雯轩的科研成果,荣登Nature子刊《Nature Communications》,成为学校首位在该期刊发表论文的研究者。
Nature Communications网站论文截图
当科研的“星光”照亮职教之路,这位青年教师有怎样的初心与坚守?又是如何深耕科研领域,突破技术瓶颈的?我们与她展开了一场深度对话。
与固态储氢的“双向奔赴”
谈及与固态储氢材料领域的结缘,张雯轩的眼神里满是坚定与热爱。“最初关注到这一领域,源于博士期间系统接触氢能的相关研究。”她回忆,氢能作为重要的清洁能源载体,是实现国家“双碳”战略目标的关键一环。但氢能产业链中所面临的高效且安全的储存技术,一直是制约氢能规模化应用的核心难题。
正是在这样的背景下,固态储氢凭借操作安全、储氢密度高等天然优势,成为行业重点攻关方向。而这,也让张雯轩看到了固态储氢研究的巨大价值和广阔前景。
“在接触硼氢化锂(LiBH4)材料时,我们发现,18.5wt%的超高理论储氢容量极具应用潜力,但行业内始终无法破解其工作温度高、可逆性差的核心瓶颈,其中的研究价值与突破空间不言而喻。”在她看来,做科研不能盲目跟风,要立足国家需求,找到自己的突破点,才能真正做出有价值的成果。
理想的科研愿景背后,是布满荆棘的探索之路。项目起步阶段的艰难险阻,远比预想中更多。
“起步阶段的实验,不仅受环境、天气等因素制约,相关参考资料也十分匮乏,实验数据屡屡与预期相悖。”张雯轩说,为了完成一项验证,很多时候团队成员要反复测试上百条数据,连续好几个月遭遇实验失败,这都是很常见的情况。
“那段时间确实很煎熬,但我始终坚信,每次失败都是向成功靠近的一步。”最难的时刻,她和团队成员一起复盘失败原因、优化实验方案,扎根实验室反复调试参数、优化方案。最终,他们冲破科研路上的重重阻碍,迎来了突破的“曙光”。
解锁中温可逆储氢“新密码”
此次发表的论文中,张雯轩团队创新性构建的载体-催化剂-储氢材料三层结构的硼氢化锂纳米复合体系,成为破解传统硼氢化锂储氢材料“瓶颈”的关键。
三层纳米硼氢化锂复合材料分层组装示意图
三层纳米硼氢化锂复合材料的微观形貌表征
“传统LiBH4体系,需要300 ℃以上的高温,才能实现可逆吸放氢,严重制约了该材料的商业化应用,我们通过精准构建三层纳米结构,实现了纳米限域与催化掺杂的协同调控,大幅提升了硼氢化锂材料的综合储氢性能。”她说。
三层纳米硼氢化锂复合材料的综合储氢性能
具体来看,该分层组装的独特纳米结构,通过耦合纳米效应与催化效应,成功将硼氢化锂储氢材料的吸放氢工作温度降至100℃以下,实现了该材料在温和条件下可逆储氢的关键技术突破。
三层纳米硼氢化锂复合体系的电子结构与氢吸附反应机理
从研究立项、实验开展到最终发表,整个科研过程历时近3年。谈及最难忘的瞬间,张雯轩很是感慨。
“印象最深的是返修攻坚那会儿,审稿人要求我们补充材料微观结构的高难度表征实验,团队成员连续两个多月扎根实验室与测试平台,反复优化方案,屡屡因为样品转移、环境把控等细节问题测试失败,最终成功获取了清晰的界面微观结构表征数据。”她说,拿到结果的那一刻,所有的通宵疲惫烟消云散,那种攻克难题的成就感,正是科研工作最独特的魅力。
科研与育人的“双向赋能”
此次成果,是台职院首次在Nature子刊发表研究成果。于张雯轩个人和学校而言,都具有里程碑式的意义。
“对于我个人来说,这是多年深耕固态储氢领域科研工作的认可,打破了‘职业院校教师做不了高水平科研’的自我设限,也让我更加坚定了深耕固态储氢领域的决心。”张雯轩说,对于学校而言,这项成果有力推动了学校新能源相关专业的建设发展,为学校深化产教融合、开展校企合作、培养新能源领域高素质技术技能人才,提供了更坚实的科研平台和学术支撑。
在收获科研硕果的同时,张雯轩也对科研与教学的融合产生了自己的思考。
“我不认为科研和教学是对立的,它们可以相互促进、双向赋能。”于是,她合理划分时间,把科研中的前沿知识和实践经验融入课堂教学中,打破课本知识与科研前沿的壁垒,让学生们在课堂上就能接触到相关知识。
“生活中,我会鼓励学生多关注科研,指导他们把抽象的理论知识,和具体的科研实践结合起来。”她常带着学生走进实验室,亲身参与基础实验操作,沉浸式感受科研独特魅力,在实操历练中锤炼专业实践能力、启发创新思维。
在张雯轩的悉心引导下,不少学生慢慢走进科研、爱上科研。“印象特别深的一个学生,刚进入实验室时,只有基础的化学实验操作能力,看不懂专业英文文献,认为自己‘做不了科研’。”张雯轩说,于是,她就从最基础的实验基本操作、材料测试基本原理等实验规范教起,让学生负责样品制备的基础环节,同时逐步引导学生阅读英文文献,实验失败时一起分析原因,给他足够的试错空间与信任。
经过一年多的培养,这名学生不仅能熟练完成样品制备的全流程操作,还能独立设计对照实验、分析实验数据,表现出了对科研的浓厚兴趣。张雯轩说,看着学生的成长,这是她觉得作为教师最幸福的事。
对于未来,张雯轩也有自己的清晰规划。“我会保持初心,继续深耕固态储氢材料这一核心领域,开展更深入的研究,努力突破,并把这些前沿研究成果持续融入课堂教学,完善新能源相关专业的课程体系,搭建学生科研创新与实践实训平台,同时致力于推动研究成果从实验室走向产业化,让科研成果真正服务于产业发展、服务于国家战略。”她说。
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