水热反应釜取出后

学员简介

潘柏乐，现就读于广州市天河外国语学校，2018年“英才计划”化学学科优秀学员，师从中山大学化学学院童叶翔教授。

潘柏乐的研究项目是“花生壳基活性炭/缺陷MoS2电极材料制备及电容脱盐性能研究”。这项研究利用干旱地区容易取得的废物花生壳，以及电容性能优越的二维材料MoS2，开发具有高吸附容量的新电极组合。实验装置使用太阳能供能，实现超低能耗海水淡化。项目在缓解世界高太阳辐射沿海干旱地区的淡水危机应用前景广阔，因此在论坛中获选2018“英才计划”优秀学员，“青少年国际科技交流项目遴选培训暨Intel ISEF冬令营”资格。培养期间，潘柏乐参加了“中日青少年科技交流活动”“使命与担当——探寻领袖成长之路实践活动”，并发表三篇学术论文。

回首一年前在面试室门口踱步徘徊的紧张，被录取后的兴奋，对未来一年的无限憧憬，实验、论文、研讨、交流旅行，如今，潘柏乐的设想和憧憬皆已成为现实，因为“英才计划”，这一年称得上是他迄今最充实的一年——两次交流旅行，三个课题项目，以及对化学越来越深的热爱。

初识科研基本方法

2018年2月到4月，潘柏乐参加了童叶翔教授指导团队黄勇潮博士的科研项目，在接受了查阅文献、安全培训、规范操作和设计实验等基本能力的训练后，便开始跟随师兄师姐们一起学习做科研的基本方法。

在此过程中，师兄师姐们从各方面对他进行指导，教会他如何借助 CNKI、Elsevier、Web of Science等学术网站查阅文献确定方向，学会使用离心机、电镀仪器、磁力搅拌机、氙灯、电化学工作站、水热反应釜、烘箱等基础仪器设备的方法，引导他进行各种实验条件下光催化剂的制备，并且还与老师、师兄一起到分析中心、测试中心进行结构与性质的表征分析。

第一次穿上白色的实验服，换上拖鞋，用权限卡打开一道又一道门，左绕右拐地来到一个冷气扑面的房间，掀开一台盖着黑布的高端仪器，开始进行测试。潘柏乐描述说，这是一种别样的感觉：神秘、满足、兴奋、感激——在高中阶段就能亲手接触并操作这些价值不菲的精密仪器，是多么难得的机会。

导师强大的人格魅力使得团队人员能够跨越不同的国家、不同的年龄段，紧密联系在一起，彼此之间更加有默契。在整个项目的研究学习过程中，潘柏乐不仅初步掌握了水体污染物光催化降解和操作先进仪器的基本科研方法，体验到了发现与创造的乐趣，还体会到团队合作的力量，和童叶翔教授、黄勇潮老师、以及来自尼日利亚的唐杰老师建立了深厚的师生情，和黎海波师兄、徐慧敏师姐、王子凡师兄建立了友谊，和同组的李思齐、童思瑶、倪瑞涛常保持着联系；更重要的是开阔了科学视野，建立了材料科学领域研究的重要思路。在这项研究得到光谱和显微照片后，潘柏乐与老师、师兄师姐们一起将研究成果撰写成论文，在一本SCI国际刊物上发表，潘柏乐是其中的第三作者。

在自主课题中体验发现与创造的乐趣

在掌握了一些基本的研究方法之后，潘柏乐很快便开始自己展开一些研究。BiOI材料属于卤氧化铋家族，是一种常用的光催化剂类型，BiOI和Bi4O5I2耦合形成的异质结可以大大提高其光催化性能。他查找文献后发现，使用拥有大比表面积和、优越导电性的石墨烯作为光催化剂的载体，是目前的一个研究热点。但是石墨烯价格较贵，有没有办法使用一种替代品呢？

这时，曾经做过的一道化学题进入了他的脑海——“石墨烯和二硫化钼同属二维材料，性质相似”。同时，考虑到目前光催化无法实现工业化的原因之一是粉末光催化剂难以回收。于是他想到，如果将光催化剂附着在碳布上，或许可以推进光催化剂的利用。经过查询，他发现，当时还未有人使用碳布负载的BiOI/MoS2异质结的载体的研究。这让他十分兴奋，立即投入了研究。

潘柏乐满怀憧憬地将一块载满样品的碳布放入光催化反应皿中，打开氙灯开始进行催化。然而，两个小时过去，100ml的甲基橙的颜色没有任何变浅的意思。是材料没有负载上去？还是量太少？他又改变试剂的用量或试剂种类，重复做了几个样品，进行了十几个小时的光催化测试，结果完全没有效果。这让他十分懊恼：究竟是什么原因呢？

“可能是附着在碳布上接触面积太小，不利于催化剂发挥作用。”黎海波师兄分析到，“可能要改变反应皿的形态才能有效果。”但是时间紧迫，要改变反应皿难度较大，潘柏乐决定暂时放弃碳布，回归粉末：如果将 BiOI和BiOBr结合在一起形成异质结会不会性能比前面所制作的光催化剂还更好呢？他立马上网搜查相关文献，结果发现，2014年已经有人研究了这种材料，效果的确远强于纯的 BiOI。

但让他兴奋的是，使用二硫化钼作为BiOI和BiOBr的载体还没有被研究，于是潘柏乐便着手合成MoS2/BiOI/BiOBr复合纳米光催化材料。不出所料，该粉末的光催化性能十分优秀，大大优于纯BiOI，而且在吸附能力方法强于前人研究过 的BiOI/MoS2。SEM、XRD、EDX、拉曼光谱、IR、EIS等表征表明，这个材料电阻小、孔径多、物质结构十分明显。于是，潘柏乐将自己的研究整理成了论文，目前还在修改完善阶段。

完成两个课题之后，潘柏乐并未止步于此，而是充分利用“英才计划”的剩余时光继续研究。通过阅读文献他发现，二硫化钼不止用在光催化领域，还是电容领域的一种热点材料。电容去离子也引起了他的兴趣，这是一种基于双电层理论的脱盐技术，研究重点在于研究出高吸附比电容的电极材料进行海水脱盐。当今最厉害的电极材料是什么呢？带着疑问，他在查阅各种国内外文献资料后，最终找到了有文献记载的最好的吸附材料：二硫化钼和活性炭混合电极，可以达到 35mg/g的吸附容量。紧接着，他融合了太阳能和花生壳基活性炭等更加绿色高效的元素，进行电容去离子项目研究。一开始关于流延体的选择，就花费了一番功夫：电极材料究竟是该负载在泡沫镍、活性炭纤维、还是石墨纸上呢？他制备了三种流延体，剪裁、清洗、烘干，将活性炭电极材料涂抹到上面去，并且分别对三种材料都做了测试。最终得出结论：泡沫镍是最佳的选择。其他材料的缺陷在于：石墨纸遇到水非常容易就散架了，其表面光滑不利于电极材料的粘附；活性炭纤维过于疏松多孔，而且雨水容易松软变形，会造成短路。

“这些材料的优缺点虽然现在看起来一目了然，但不经过探究确实是无法得知的。可见，当今那么多看似理所当然的真理，其实是多少先贤一辈子努力追寻的成果，但科学研究的魅力之处正在于，站在前人的肩膀上，一点一点推进对未知领域的探究。”潘柏乐说。

终于，在临近结业之前，这个项目得以完成。从一开始题目的确定、文献的搜集，到该领域理论知识的深入学习、在实验室开展实验，再到测试和表征、正式定稿，他走过了一条漫长、曲折但又收获满满的旅程。但那种目标实现的兴奋、幸福感溢于言表。他接下来的目标是将研究成果应用于工程领域，制成一台仅用太阳能就可以运行的海水淡化机，目标是解决世界高太阳辐射干旱地区的缺水问题。

两次远方的旅行与交流拓展视野

除了踏踏实实做研究，“英才计划”也给予了潘柏乐宝贵的交流学习机会和拓展视野的机会。在“樱花计划”近一周日本之旅中，他有幸和诺贝尔物理学奖得主益川敏英教授交流，了解了他发现六种夸克的灵感来源；聆听了亚洲第一位宇航员毛利卫博士的谆谆教诲，知晓了太空中生活的点点滴滴；和日本、文莱、新加坡的同龄高中生讨论各国科技和文化方面的异同，参观顶尖私立大学的实验室亲手体验超导

悬浮的魅力……

在延安“使命与担当”的旅程中，中国科学院武向平院士关于寻找外星人和重建诺亚方舟的演讲刷新了他对天体物理的认识；参观完梁家河让他知晓了岁月艰辛；给“八一三”烈士敬献花圈唤起了他对革命先辈的崇高敬佩；4D电影、火箭发射、安塞腰鼓等科技文化活动让所有的学员们在欢笑声中度过一周。

在交流活动中，潘柏乐还结识了许多同样对科学充满兴趣的同伴们：有的同伴涉及的领域横跨各个学科（比如数学+天体物理，物理+材料化学，计算机+辩证唯物主义等等）；有的是竞赛大佬，包括生物竞赛的金牌得主，计算机竞赛国家队成员……在这样优秀的群体中，他努力学习着他们的闪光之处，了解他们实现目标过程中的点滴和灵感起源，不断完善自己。

在年终的“英才计划”化学学科论坛上，他也借此机会见到了来自全国各地的化学学科优秀同伴。令他印象深刻的是，有一位来自湖北省化学竞赛省队的成员，指出了潘柏乐在表征分析中的一些不足之处，让他了解到，表征分析不仅停留于表面，还应该更深入发现它内部的原理。英才论坛也让他在未来将更加注重与实践的结合，很多评委当时都提到海水淡化究竟能不能真的实现，今后，他也将继续探索。

英才论坛上，中国科学院包信和院士的一句话让他印象深刻，“我们很难去发现一个全新的领域或者一种全新的物质，我们能做的不过就是给人类的智慧增添一些小贡献、小发现”。潘柏乐认为，作为一个中学生，自己很难在理论层面上有所突破，也许能做的是将前人的研究组合起来，然后在应用层面进行推广，这可能是中学生比较独特的地方，因为中学生更敢想敢做一些。

谈及未来，他说，“技已随我身，道已入我心，心志已然坚定、胸襟已然广博。前程坦荡，我心淡然，迈步向未知进发。”

导师简介

童叶翔，中山大学化学学院教授，博士生导师，先后担任中国化学会理事，教育部教学指导委员委员，广东省化学会秘书长和广东省科协常委。曾获“宝钢教育基金优秀教师奖”，广东省“教学名师”奖，“南粤优秀教师”和得中山大学首届“卓越教学名师”奖。

近 年 来 主 要 从 事 纳 米 能 源 与 环 境 材 料 的 物 理 与化学研究领域的研究工作，主持科技部重点研发计划、国家自然科学基金重大研究计划、面上项目和省级科研项目10余项；在国外重要学术刊物上发表SCI收录论文400余篇，其中IF >10 的论文 40 余篇；SCI他被引次数超过19600次，H-index=75；Intel ISEF冬令营”资格。培养期间，潘柏乐参加了“中日青少年科技交流活动”“使命与担当——探寻领袖成长之路实践活动”，并发表三篇学术论文。52篇论文入选 ESI Highly Cited Papers。获授权发明专利10件。入选科睿唯安（Clarivate Analytics）2017年“全球高被引科学家”和爱思唯尔 2017年“中国高被引作者”。 2015年获广东省自然科学一等奖（排名第一）；2015年获中国高校自然科学二等奖（排名第一）。