我们常说“眼见为实”,科学研究更是如此。在南京大学准聘副教授金彪看来,自己的研究是在努力探寻“第三只眼”新发现。“普通人的肉眼分辨率仅为0.1毫米,对于材料形成过程中微观世界的探索有限,导致黑匣子问题不断涌现;原位液相透射电镜就是我们的第三只眼,通过微加工技术构造纳米实验室,利用电子束实空间成像,能够成功实现在亚纳米尺度对材料的微观形成过程进行高时间分辨的监测与记录,进而可突破对材料形成机制的认知和指导设计新材料。”
中学时代就对化学特别感兴趣
金彪研究的是原位液相透射电镜技术,无机功能纳米材料结晶调控,二氧化碳可控转化与固定机制等方面的研究。近五年,在国际顶级学术期刊上发表论文共计39篇。
他对于化学的兴趣从中学时代就开始了。“自中学时代,我就对化学特别感兴趣,觉得物质的化学变化很神奇。”中学时期的兴趣悄然在金彪心中埋下了科学的种子。这份兴趣,不仅让他在大学期间脱颖而出,更引领他走上了科研的道路。
在本科期间,金彪就主动参与学校组织的一些科研训练项目,这些项目虽然规模不大,却为他打开了科研的大门,让他初步体验到了将理论知识应用于实践的乐趣和挑战,更坚定了他在科研领域精耕细作的决心——从基础科学研究入手,在微观世界中探索材料的奥秘。在读博期间,金彪有幸同时接触到化学与材料科学这两个学科的研究领域,并且深刻认识到先进仪器技术和方法在基础交叉学科研究中的重要性。于是,他坚定地选择以仪器技术为抓手,深入研究材料的成核和生长机制与结晶调控策略。
因此,他在博士期间深入学习了原位液相透射电镜技术,并巧妙地应用在了他后续的科研工作中。完成博士学位后,金彪并没有停下脚步。他远赴美国,先后在西北太平洋国家实验室和华盛顿大学开展博士后研究,围绕原位液相透射电镜技术,无机功能纳米材料结晶和二氧化碳可控转化与固定的机制理解做了深入探索。这些领域都是当前科学研究的前沿,对于推动材料科学和环境科学的发展具有重要意义。在这两所世界级的科研机构中,金彪与顶尖的科学家们并肩工作,不仅拓宽了学术视野,更在科研实践中锻炼了自己的能力。借助液相透射电子显微镜,金彪成功揭示了不同功能纳米材料的多步结晶机制,并实现了相关材料的可控甚至可预测合成,为材料科学领域带来了新的突破。
留学归国,投身新能源与新材料领域
近五年的海外工作经历不仅淬炼了金彪的科研素养和专业技能,更坚定了他投身祖国科研事业的决心。在结束博士后研究之后,他毅然回国,加入了年轻的南京大学能源与资源学院,与其他青年学者一起为服务国家“双碳”战略和新能源与新材料发展贡献自己的力量。
在此前的研究中,金彪结合先进的原位表征技术阐明了碳酸钙可控快速形成的结晶路径,并首次直接证明了蛋白质在特定碳酸钙矿物形成中的模板作用。这一研究成果不仅为材料科学领域带来了新的突破,也可能为实现“碳中和”战略目标提供潜在的科学路径。金彪解释道,在二氧化碳的钙化固定过程中,如果将特殊设计的蛋白质整合到生物体中,可能会加速海洋中石灰石的形成,从而有望将数十亿吨的碳污染转化为持久的矿藏。虽然在这一方案在实现产业化应用之前,仍面临着巨大的挑战和困难,但金彪并没有因此而气馁,“这是一项长期而艰巨的任务,需要科研工作者在化学、生物、材料等多学科交叉前沿领域开展创新性基础研究,但无疑,这是一项很值得去做、很值得期待的研究。”
在南大苏州校区,金彪将继续深入探索二氧化碳资源化转化和钙化固定的微观机制,期望开发出能高效实现碳捕获和贮存的新方案。他相信这些基础研究成果不仅能提升我国在新能源和新材料领域的学术影响力,更能为国家的能源安全提供坚实的科学基础。
科研成果将为环保事业增添助力
“将所掌握的知识和研究成果与‘碳中和’的国家战略需求相结合更有成就感和自豪感,学院为我们青年教师提供了一个实现自我价值的新舞台。”因此,金彪注重将自己的研究与绿色低碳发展和环境保护相结合。“二氧化碳矿化技术可以应用于工业废气排放处理,将人为排放的二氧化碳转化为固态碳酸盐材料,不仅能够为工业生产提供原材料,更可以降低大气中的二氧化碳浓度”。他表示,二氧化碳原位矿化封存技术在国际上已进入现场先导实验阶段,然而我国目前仍处于基础研究阶段,这要求更多的科技工作者开展矿化封存原理与开发矿化新工艺的研究。技术一旦成熟落地,不仅会为企业带来显著的经济效益,也为推动我国环保事业的发展增添助力。