邮发代码:82-418   刊号:ISSN1671-4350   定价:16.00

[追踪]青少年高校科学营特色活动——青少年高校科学营特色活动 能源专题营: 逐梦科技游国重——参观催化基础国家重点实验室

卫晓鸾/中国科学院大连化学物理研究所

2021-09/总第306期

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2020年青少年高校科学营能源专题营在中国科学院大连化学物理研究所(以下简称“大连化物所”)举行。大连化物所邀请所内科研工作者联系学生课堂知识,融合时代发展趋势,精心准备了6场直播,涉及“山海之间探能源——云游大连化物所”“说能解源话科研——名家大师报告”“逐梦科技游国重——参观催化基础国家重点实验室”“火眼金睛辨秋毫——电镜实验”“察‘颜’观色解奥秘——荧光实验”5个活动,内容从大连化物所科技报国的发展历程延伸到国家科研前沿动态,从理论知识深入到科研一线,为营员打造出不在现场也能如身临其境般的科学展演。其中,“逐梦科技游国重”活动带领营员深入3个实验室,观摩科学实验,体验研究生活。


催化基础国家重点实验室简介

催化基础国家重点实验室于1984年由国家计委批准筹建,1987年通过国家验收并正式对外开放。催化基础国家重点实验室以催化基础研究为立足点,应用基础研究为结合点,瞄准国际前沿方向和我国重大应用过程的关键基础科学问题,开展深入系统的研究工作。郭燮贤院士、徐奕德研究员和李灿院士先后担任实验室主任;闵恩泽院士、郭燮贤院士、林励吾院士和Michel Che教授先后担任学术委员会主任。现任实验室主任为申文杰研究员,学术委员会主任为李灿院士。经过30多年的学术积累和人才培养,实验室形成了老中青相结合,以中青年研究队伍为主体,并配合有精干的技术和管理人员的研究队伍。


活动策划思路及理念

长期以来,人类一直以煤、石油和天然气等作为主要能源。随着经济的快速发展,这些化石能源已远远满足不了人类的需求。同时,化石能源的过度消耗会产生大量二氧化碳、硫氧化物和氮氧化物,导致环境污染和气候变化。为此,开发和利用洁净、可再生的新能源成为当务之急。希望营员通过此次活动能够全面了解太阳能和热电材料的相关知识,感受科学魅力,感悟科学精神,培养科研兴趣。活动计划在对催化基础国家重点实验室进行全面介绍后,深入3个实验室,带领营员观摩科学实验,体验科研生活。

太阳能科学利用研究中心

太阳能是人类的终极能源,其能量之大及可持续性能够满足人类对能源的需求,如果能够合理地把太阳能转化为化学能就可以解决目前的能源问题。众所周知,各种植物在阳光的照耀下,通过光合作用不断生长,为地球上的生命提供能源和物质基础。植物是自然界中将太阳能转化为化学能的能工巧匠。

据此,科学家设想可以模仿植物的光合作用建立太阳能工厂,直接生产低碳或无碳清洁燃料——太阳燃料。太阳燃料究竟是如何产生的呢?志愿者通过讲解光催化和光电催化,示范实验,深入浅出地展示了将水和二氧化碳转化为无碳或低碳的化学燃料的过程。

光电成像光谱研究组

传统化石能源是不可再生的,总有用尽的一天。在利用传统能源的过程中,产生了许多污染性的物质,打破了地球的生态平衡。而照在地表的阳光,清洁、可再生、储量巨大,要是能有办法把阳光收集起来那该多好啊!自然界的绿色植物就有很巧妙的阳光收集机制,它们的每一片叶子里都有许许多多收集阳光的工厂。通过这些工厂,它们把水和空气中的二氧化碳转变成生长所需的营养物质。受此启发,科研人员设计了一类名为光催化剂的神奇物质。通过这类物质,我们就可以像自然界的植物一样绿色环保地收集阳光。

通过实验平台配置的显微镜,营员可以看到,在实验中光催化剂材料上产生的气泡,就是看不见摸不着的氢气和氧气。进一步利用表面光电压的测试平台,可以揭开光催化剂的神秘面纱,让营员亲眼看到催化剂的形貌和各个不同功能的部位。

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二维热电材料研究组

热电研究的是热与电之间的关系。热能能否直接转换为电能呢?答案是肯定的,热电效应就可以带来这样的惊喜。活动首先带领大家认识热电效应这个大家庭中的3个主要成员:Seebeck效应、Peltier效应和Tomson效应。随后,视频展示了实验室自制的热电器件,演示这些器件的制备过程,启发营员思考热电器件的用途,如家里的电饭煲、烤箱、热水器,还有在疫情防控中大展身手的非接触式红外测温仪等。活动视频还演示了温差发电小实验。


活动实施和效果

活动开始前,分别在3个实验室进行录制,后期进行加工和剪辑。此次科学营活动依托互联网,同时面向社会公众开放,实现科学知识的普及与共享。加工剪辑好的视频按照日程安排按时播放,其间所有参与科学营活动的大连化物所的教师及志愿者都在电脑前就位,以便在直播中随时回答营员的提问。由于问题较多,而且有些高中学校已经开学,导致一些营员无法在原定时间观看视频。为此,大连化物所专门做了夜间答疑专场,3个实验室近10名研究员与博士生坐镇,充分满足营员对太阳能和热电材料的好奇与探究。

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活动中,营员通过视频学习,并使用弹幕留言与科研人员即时互动交流,了解电子显微镜、分子探针与荧光成像等研究手段,领略太阳能、氢能、生物质能、储能、热电等领域能源技术的研发与应用情况。

节目播出期间,互动区问题不断,营员提出了很多专业问题,研究员挤出时间亲自上阵,博士生团体作战,只为给营员最科学的答复!多名志愿者的双手在键盘上飞舞到变成一团影子,呼吸都变得急促,只为能赶紧回复那不断涌现出来的一个个问题。直播单场超400条的评论,基本都是干货问答。通过6场直播超过2 000条互动留言,大连化物所的教师和志愿者充分感受到了营员对科研的好奇与热情。

在夜间答疑专场的微信群中,营员与志愿者互动热烈。活动结束后,营员纷纷表示,虽然因为疫情原因不能亲临研究所感受科研氛围、操作各种仪器,但通过视频和互动,充分感受到了催化基础国家重点实验室教师和学生的满腹经纶及对科研的无限热情。这次科学营活动让他们对科研的兴趣提升很多,除了对知识的收获,还有营员说“真想去实地看看”“希望可以再次相遇”⋯⋯


结语

能源是推动社会进步的动力,是人类美好生活的基石。大连化物所希望借助全国性科普平台,整合优质资源,播撒科学的种子,展望能源未来,点亮青少年心中的科技梦、青春梦、中国梦,勉励公众与时代一起共成长,共勃发,共前行。


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