[好文章,你推荐!]做到“多才多艺”有多难

中国科学技术大学材料科学与工程系李晓宁推荐的文章:

Title: Visible-light photocatalytic properties of weak magnetic BiFeO3 nanoparticles

DOI: 10.1002/adma.200602377

URL:http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/adma.200602377/abstract

俗话说,众口难调。做材料就像炒菜,如何炒出一盘众口皆赞、老少皆宜的菜,显然并非易事。人们一直在追求这样一个材料,同时拥有多种物理、化学及生物性质。而且希望多种性质之间又不是独立的,是耦合的,可以通过控制一个维度,操控另一个维度。这样有趣神奇的科学足以让科学家们废寝忘食,孜孜不倦。

我初接触科研领域时,是从本科毕业论文中研究TiO2光催化开始的。后来,有幸在首批千人计划陆亚林老师的门下攻读博士学位,陆老师长期从事超晶格多铁材料(同时具有铁电性、铁磁性或铁弹性)。这两个小分支的思维碰撞,给了我很大灵感。我开始思索,光催化和多铁性质能否共存?之间是否相互影响?如果有,会是怎样的?鉴于,光催化的基本原理就是半导体内光生载流子的分离输运,那么载流子的运动行为必定受到电场的影响,而多铁材料内部存在着自发极化。另外一个值得注意的技术要点是,光催化剂的回收问题。多数高效光催化剂为粉体状态,很难回收再次使用,这在实际应用中是极其浪费的。如果光催化剂具有磁性,可以通过外加磁场回收利用,这必将大大推进光催化剂的实际应用。

这样的多才多艺的多功能材料,是否只存在理论设想中,是否以实打实的材料存在?于是我就开始在数据库搜索关键词,铁电、铁磁及光催化。当然,搜索结果的大量文章,多少有些出乎意料。这样的想法原来已经被科学家们尝试着,探索着,这也让我找到了一种科学思维的归属感。其中一篇2007年发表在先进材料上题目为Visible-light photocatalytic properties of weak magnetic BiFeO3 nanoparticles的快讯引起了我的关注。再仔细一看通讯作者,是南大的刘俊明老师,我也曾几次听过他的报告,目睹他的风采。而我的导师也是南大毕业的,他们算是校友。进一步细细研读这篇文章的渴望,也就愈发强烈了起来。

文章以具有弱磁性铁酸铋纳米颗粒的可见光催化性质为题,简明扼要的突出了文章的几大亮点: 可见光催化、磁性、纳米颗粒。开篇从多铁材料入手,指出过去的研究表明铁酸铋是著名的多铁材料。紧接着指出它具有比较小的带隙可用于光催化领域,简单明了的指出整个工作的灵感来源。之后,用大量前人的研究实例,说明把铁酸铋用做光催化剂设想的合理性。既然已经有报道,那么,作者工作的意义在哪里呢?紧接着下面一段,讲到过去对发现铁酸铋具有铁磁性多在薄膜材料中,陶瓷块体多是反铁磁性质的。最重要的是,多数人要么关注他的多铁性,要么光催化性质,对于这两者同在一个材料中的研究还是少之甚少。而后用XRD表征材料的物相,这是做材料首先关注的问题。相当于炒了一盘菜,你说是土豆,最后成了地瓜,那就不行了。然后对材料的形貌用SEM,TEM,HRTEM,SAED等手段表征,使读者对材料有个更清晰准确的认识。之后,紧扣主题,从光催化着手,研究光催化首先要研究材料的光吸收。如果对光没有吸收,哪来的光催化呢。通过紫外可见吸收谱发现的确具有比较窄的带隙。尽管光催化效率测试结果不够突出,然而纳米尺度的形貌使其具有饱和磁性和矫顽场的磁滞回线,这足以让这个材料显得“多才多艺”。

这篇快讯,没有多余的数据堆积,没有过多的花哨言辞,给研究者一个很好的启发,磁性光催化剂铁酸铋的真实存在。然而,作者只验证了这种可能性,留了很大的空间给研究者。就我个人,我会思索这样一些问题,比如,光催化性质是否可以通过减少团聚提高比表面积来改进?磁性光催化铁酸铋颗粒是否通过磁性来回收?它的铁电性如何?铁电性和光催化之间有没有关系?铁电和铁磁呢?我们能否通过控制铁电,从而提高铁磁和光催化?这样一系列的问题,让我迫不及待的去做实验,去证实。

后来我通过水热方法制备分散性较好的纳米书架状的层状钙钛矿多铁材料,光催化效果不错,因材料具有比较大的比表面积。并且后期通过一些结构调控和元素掺杂,得到了一些性能不错的“多才多艺”的材料。如何充分利用这些材料,我也做了相应的工作。博士在读期间的小小的收获,得益于前人的研究报道。他们像灯塔一样,为迷失在茫茫科研中的我们指引着方向。当你一筹莫展时,他们可以给你启示和灵感;当你一次再次实验失败时,给你越挫越勇的勇气和力量。都说科研是孤独的,其实不是。哪一篇在外人眼里看起来深奥难懂的文章,不都是科学工作者在向你倾诉,在向你表白,在和你交朋友。我们,从不孤独。生命永不止息,真理永远值得追求。《钢铁是怎样炼成的》中的一段,是我鞭自己的座右铭。人的一生该是这样度过,当他回首往事的时候,他不会因为虚度年华而悔恨,也不会因为碌碌无为而羞耻;这样,在临死的时候,他就能够说:“我的整个生命和全部精力,都已经献给世界上最壮丽的事业——为人类的解放而斗争。”科技的进向,正是为了人类的解放。最后,向科学工作者致敬!