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[浦东]华师大附属东昌中学:一氧化碳的今生与未来-浦东新区2020年未来科学之星培养计划之科学家进华郎棋牌项目 《化学化工的基础研究》系列课程开课

时间:2020/7/23 13:32:07

来源:华东师范大学附属东昌中学        选稿:东方网教育频道 陈乐 徐甦敏

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为弘扬科学精神,普及科学知识,营造讲科学、爱科学、学科学、用科学的浓厚氛围,激发青少年创新热情和创造活力,促进青少年科学素质的跨越提升。浦东新区2020年未来科学之星培养计划之科学家进华郎棋牌活动《化学化工的基础研究》研究类课程于2020年7月17日在华东师范大学附属东昌中学正式开课。

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正式开课前举行了简短的开班仪式,代表浦东新区教育局、浦东新区科协和中科院上海高等研究院蒋老师、上海科技大学杨教授和华东师范大学附属东昌中学教学处向荣老师、化学教研组组长唐增富老师及来自东昌中学的20名学员参加了开班仪式。

开班仪式由唐增富老师主持,唐老师向全体学员介绍了本次活动的活动背景、学习形式和价值与意义。

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向荣老师为本次开班仪式致辞,她感谢上海科技大学杨永教授的到来,祝贺20位同学成为此次实验项目的成员,是非常幸福、幸运的。东昌中学一贯非常重视学生科学素养的培养,十分重视学生的课题研究、科技创新活动,但目前我们非常迫切地希望得到更高端的专业指导、也迫切希望学生能开拓视野。这一天,科学家进华郎棋牌活动系列课程开始了。

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向老师希望参加活动的学员们能在接下来近一个学期的时间内,通过本项活动充分利用科研院所导师团队、实验室等资源激发自己对科学的兴趣,在导师带领下探索科学的奥秘,通过走进大学实验室、科研院所或科学实践基地的机会拓展自己的视野,在与科学家面对面交流中提升自己的研究能力。在活动中提升自己的学习能力,培养科学思维方式,提升科学素养,充分挖掘自己科学探究的能力。最后向老师期望能通过活动每个学员能完成一项课题研究任务。

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随后,来自由上海科技大学研究员、美国佐治亚州立大学物理学博士杨永老师给学员们上了第一堂课,主题是《一氧化碳选择性氧化一般背景及发展内容》。

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杨教授通过大量的数据、图表分析了世界能源的消耗趋势与温室效应的关系。用非常生动的实例如京剧《马前泼水》来阐述预防与治理更重要,给学员们解读减排的意义与价值,详细解读了绿色化学的十二个原则。最后聚焦到一氧化碳的来源与催化转化利用的手段、策略及方向。从一氧化碳的产生到转化,学员们既感受到了科学工作者严谨求实的科学态度,也感受到科学家们开拓创新的科学精神。同时,从杨老师研究中体会到了学好基本理论、掌握基础知识的重要性。杨老师研究检测的工具介绍,也着实让学生们开了回眼。

一个半小时的课,杨老师精心准备与学员有效互动,还带来了上海科技大学的Logo校牌奖励积极参与互动的学员。一堂课下来杨老师衣服都湿透了,同学们听得也很认真投入,均觉得收获颇丰。

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下面是部分同学课后感想——

用综合思考解放研究效率——通过杨永教授的研究报告体验一种现代科研思维模式

今天有幸聆听杨教授的研究报告。虽然只讲解了一部分,但是仍可从中窥见一种先进的科研思维模式。我试图通过自己的理解梳理报告内容,并着重体会其中的思维模式。

课题的研究背景是温室效应加剧的当今社会,由此确定研究的最终目的:减缓温室效应导致的全球变暖,且其过程应遵循“绿色化学”思想。教授首先分析了引起温室效应的因素,将目光集中在三种气体上:CO/CO2/CH4。相对于CO2与CH4,CO有很大的直接危害,有可行但尚未实现的无害化方法,因此通过转化CO来减缓温室效应发展是很有前景的,研究焦点也自然集中在了转化CO上。

确定了研究对象,就要解决问题。依照“绿色化学”思想,CO应在排放之前无害化,从根源解决问题。CO的源头包含汽车尾气、工业废气等,汽车尾气排放再细化为汽油发动机与柴油发动机,两者尾气成分的不同使得其对策也不同,因此分类研究,分别从尾气成分特性、需求的处理部件、适用催化剂等角度入手。这两种情况下对CO的处理方式都是完全催化,但是当处理对象气体包含其它还原性气体时,两者都会参加反应,因此需要研究CO的选择性氧化,即此报告的标题。这种思维模式是连贯的,有因有果,有始有终,而不是无中生有。

以上是我理解的总体研究思路。除了总体研究思路,教授对一些末端问题的研究思路同样值得参考。例如寻找合适催化剂这一阶段,传统的思想方法类似于枚举,将不同物质作为催化剂逐一尝试;但在综合思维模式下,科学家会首先研究催化剂应有的结构特征等多种特征,逐渐缩小寻找范围,最后合成符合条件的催化剂。这样的思维模式更底层,更本质,也更高效。科学家也会对符合条件的催化剂在多个方面进行比较,确定最合适的催化剂。这种思维模式基于多角度、多维度的思考与探索,其结果也更全面。此外,研究领域索然属于化工,但教授多次提到其他领域的理论或应用,例如通过量子力学理解化学反应。这种思维模式贯通个门学科,各个领域,物尽其用,最大化利用现有成果。

以上感悟都是基于我对这部分报告的个人理解。无论我如何理解这些内容,无论我的理解是否正确,我们在聆听报告时都能感受到这种连贯、全面的思维。我将这种连贯、本质、全面、多个领域成果结合的思考方法称为综合思维模式。思维模式对研究效率的影响可见一斑。掌握先进的思维模式,我们的研究效率必然会得到解放。

——张旭鲲

很开心能参加未来科学之星计划。今天上科大的杨永教授来我校讲“一氧化碳的选择性氧化一般背景及发展内容”,整个讲座让我拓宽了知识面。

一氧化碳的选择性氧化这一块让我印象最深的是在汽车尾气方面:汽车尾气会排出CO,CH,NOx等气体,直接排放会对环境造成污染。在化工产业中最重要的一点就是:不能将气体排放出去后再收集起来,这样几乎是不可行的,所以要先将这些气体反应后再排出。那么这样就可以把这些气体混合点燃,使一氧化碳氧化成二氧化碳后再排放,从根源解决问题。从催化剂的角度入手,也可以解决柴油发动机和汽油发动机的尾气处理问题。另外,我也从讲座中被科普了一些知识,这些常常是我们的认知误区,例如:二氧化碳浓度过高引发的温室效应只有弊,其实在中国西北地区的一片沙漠,人们几十年来的植树造林,终于在温室效应的这个契机之下成为了一片绿洲;我们谈之色变的PM2.5,经过测量显示:汽车尾气管内的PM2.5含量要比空气中少;太阳能硅板的转化率实际很低,而每次清洗硅板的清洗剂也会造成环境污染······

这次讲座让我受益匪浅,无论是从讲座内容本身的知识丰富度,还是杨教授的思维方式都能让我学到很多。这次的讲座也让我开了眼界。期待后续的课程。

——张赟彤

杨老师为我们带来了一场非常具有启发意义的课程。本次课程的题目为“一氧化碳选择性氧化一般背景及发展内容”,我本认为这会是一节有关其原理,专业理论非常多的课程,但杨老师先从其意义出发,论述绿色化学的重要性及其真正落实的复杂程度,比如,老师既使用了的“覆水难收”的典故,又列举了现在空气中CO?的具体数值,生动而有说服力地证明绿色化学——从源头减少污染的重要性;同时,老师也提出了大规模减少污染是艰难的任务,无论是可燃冰的开发,亦或是太阳能板的大规模使用,都并不一定真正减少了污染。总之,杨老师从多方面说明了减少污染需要脚踏实地地细心研究,引出了今天的题目“一氧化碳选择性氧化一般背景及发展内容”,杨老师介绍了一氧化碳的来源及运用,并从贵金属催化剂等方面大致介绍了如何选择性氧化一氧化碳,真正地做到绿色化学。

杨老师的课让我们开拓了眼界,也让我们看到了什么是科学家的严谨思维,求真务实的精神和非追名逐利脚踏实地的工作态度,杨老师的这堂课,使我受益匪浅。

——沈则羲

我们的老师是一名教授,在美国深造时遇到了金融危机,专业由物理转变为了化学,似乎在告诉我们理化不分家。课上我们以一氧化碳为中心了解了能源与环境。太阳能虽然是清净能源,但是将其转化为电能的硅板转化效率有限,用清洁剂清洁会污染环境。几年前很火的氢能源看似最后利用的时候十分清洁,但是大量的氢需要电解水来制取,这又需要能量,又回到了怎么发电。能量是不会凭空出现也不会凭空消失的,只会互相之间转化。未来发展方向应考虑转化或是利用时如何将污染降至最小。现在利用将产生的有毒物质一氧化碳转化为一些有机物的技术可以减少有害物质的排放。今年来的可燃冰走进了大家的视野,在听老师讲之前我还认为它能大量开采并投入使用了,熟不知现在的技术不足以支撑其保存与运输,如果保存运输不当甲烷释放到空气中带来的温室效应比同体积二氧化碳大。这次课程教授精心准备,角度新颖,是我们一般课堂上不会讲的知识。我们思考问题要全面,凡事皆有俩面。

——马桢

在今天的科学家进华郎棋牌活动中,我受益颇多。从一氧化碳的选择性氧化一般背景及发展内容到新能源化学化工的合成及利用,我深刻体会到了原来化学化工在我们的身边无处不在,从煤气到甲烷,从化石能到太阳能到核能,目前人类的各方面生活从起居到娱乐我们无时无刻不利用着化学。

杨教授从简单的氧化还原反应开始,到新能源的前景及背景。不仅巩固了我们的基础同时也让我们开了眼界。此次教学令我印象最深的便莫过于催化剂这一章节了:催化剂不仅能使反应物的反应速率大大提高而且在反应前后没有质量上的变化,只需补充其活性,即可再次为反应物增快反应速率做贡献。

催化剂同样为我的课题提供了灵感,有了催化剂可以显著地提高亚甲基蓝到亚甲基白的氧化还原交替反应速率,这样可以更易于观察,从而进一步为制成亚甲基蓝检测还原性葡萄糖做出贡献。

——富周承

很高兴能成为20个人中的一员。

今天的讲座让我受益匪浅,杨永教授讲授了许多我们平常在课堂中无法接触到的知识,让我对化学这门学科有了一个更深的了解。此次讲座以能源作为一个引入,介绍了世界及我国目前最多使用的化石燃料,借此稍稍带到了新能源的开发以及开采和运输等问题。由这些引出了最后要讲的关于燃烧后CO的处理。正在大家思考如何处理有毒的一氧化碳气体时,他却给出了截然不同的思路,我们应该从源头解决问题,首先避免一氧化碳的大量生成。从专业的方面提供了及有效率的思路。从处理这块他又分了两点:燃料的选取和生成后处理的方式(主要举了汽车内燃机的三元催化剂)

整个讲座十分充实有趣,在中间又穿插了许多有趣的小故事,让本不单调的更加具有了趣味性。让我印象最深的是这样一个关于化学的讲座,竟牵扯出那么多关于物理,关于地理、历史、政治等等各门学科的知识,使我明白了:一个真正的专家,不仅在自己研究的专业领域有着优秀的表现,同时十分博学,晓畅多门学科的知识。

——蔡亦宁

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