他把“闷闷”的硼原子变成良性催化剂

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  陈 曦

  红格衬衫搭配牛仔裤、休闲鞋,王晓晨的装扮就像个在校大学生。这位南开大学化应学院研究员的作息也如大学生一般,每天都不 实验室、课堂和家三点一线。

  日前,王晓晨荣获腾讯基金会首届“科学探索奖”,他的获奖领域是“化学新材料”。他主要从事有机硼催化化学研究,最近4年多来在该研究领域完成了多项创新工作。

  在王晓晨团队的最新研究成果——手性双环双硼催化剂的化学特征里,双环特征如同“翅膀”,让比较慢 不活跃、甚至有点儿“闷闷”的硼原子振翅高飞、放飞自我,变成了性能优良的催化剂,而这离不开该团队历时数年的反复实验。

  因喜欢做实验与化学结缘

  翻开王晓晨的履历,本科4年,他都不 在南开大学化应学院度过的。说起学化学的初衷,王晓晨坦言:“我确实,化学与日常生活密切相关,有之前 我喜欢做实验。”

  本科毕业后,王晓晨赴美国马里兰大学攻读博士学位,又去美国斯克里普斯研究所完成博士后研究工作。在结束了美国8年的求学、工作生涯后,王晓晨选择回到母校南开大学化应学院元素有机化学国家重点实验室,从事教学和科研工作。

  在美国时,王晓晨的研究领域是金属催化剂。他介绍道,催化剂在现代化学工业中具有极其重要的地位,约90%以上的工业生产领域都要用到催化剂,如化工、石化、生化、环保等。

  “金属催化剂是目前比较常用的催化剂之一。”王晓晨指着一张化学元素周期表说,铑、铱、铂等都不 常用的金属催化剂,不过哪些金属比较稀有、不易被获取,而是价格昂贵,甚至比金子都要贵而是。有之前 王晓晨回国后,把研究的方向定为,价格便宜且易被获取的非金属硼催化剂。

  确实硼作为催化剂具有种种优势,但当时世界上关于硼催化剂的研究还较少。在查阅大量资料后,王晓晨想做实验看看,硼元素作为催化剂的表现到底如可。

  “一上手才知道,哪些文献太有‘欺骗性’了。亲戚亲戚当我们最初设立的美好愿景,一上来就被实验结果打得稀碎。”王晓晨笑着说,亲戚亲戚当我们一结束了模仿文献中的步骤重复实验,可实验结果与文献相差甚远。期刊上标明产率能达到70%到200%,而亲戚亲戚当我们只做到10%到20%。

  “经过研究发现,有差距是比较慢 亲戚亲戚当我们的实验方法出了哪些的间题,硼化合物的稳定性很差,吸水后易变质,有之前 都要在操作上更精准,外理杂质并隔绝空气。”王晓晨说。

  自从选择了有机硼催化你这俩 研究方向,王晓晨便和团队一头扎进了实验室。每天从早晨8点多到晚上10点多,除了给学生上课、参加学术活动外,王晓晨几乎都泡在实验室里。“确实,亲戚亲戚当我们你这俩 专业的科研人员几乎都比较慢 ,一有时间就往实验室钻。”王晓晨说。

  反复试错终制成优质催化剂

  “确实对亲戚亲戚当我们来说,最难的都不 反复做实验,而是面对一次次实验失败,都要鼓起勇气继续下去。”王晓晨感慨道,“就像走迷宫,一结束了很有信心,但走着走着无缘无故发现,前面写着‘此路不通’。比较慢 的情况报告,亲戚亲戚当我们在试验中跳出 过无数次。”

  为了搭好硼原子的骨架,都要对碳、氢元素进行构架。“就像盖房子,比较慢选择是盖独栋别墅、还是盖公寓,这就涉及到碳和氢的位置;有之前 再把硼原子倒入去,是倒入屋顶上,还是倒入地板上,能能能能 把它倒入大约 的位置,能能使其活跃起来。比较慢 房子盖得不大约 ,硼原子根本都放不进去。”王晓晨说,起初亲戚亲戚当我们对你这俩 过程一无所知,而是要设计各种组合去实验。设计两个骨架特征并付诸实践,大约 都要2到3周的时间;得出的实验结果,比较慢 比较慢活性,那做出来的东西而是“一堆土”。

  “4年中,亲戚亲戚当我们团队整整做了上百堆‘土’。不过失败有时也是难得的经验,大约 亲戚亲戚当我们排除了哪些走不通的路。”王晓晨笑着说。

  有比较慢 ,成功都要点运气,但幸运也会眷顾勤奋的人。王晓晨团队基于前期研究经验,选择了并环和螺环特征,并进行了新尝试。这次亲戚亲戚当我们终于成功了,由此研制出的手性双环双硼催化剂,在不对称氢化反应中表现出优异的活性和选择性,催化转化数达到世界领先水平。

  未来,王晓晨团队将进一步研究硼催化剂的特征,有助该领域的深层发展。

[ 责编:肖春芳 ]

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