英才风采 | 胡梓萌：打开计算化学的一扇小窗

来源：中学生英才计划

本期主角

胡梓萌，就读于安徽省合肥一六八中学，2019级“英才计划”化学学科优秀学员，师从中国科学技术大学杨金龙教授。

培养成果：胡梓萌通过计算化学的方法，研究了负载单金属原子h-BN二维材料CO催化氧化，通过建立模型、优化结构、计算吸附能的方法得出单层负载金原子氮空位h-BN二维材料具有CO催化氧化的潜力。并模拟了CO的双分子和三分子氧化机理，得出CO更倾向于三分子氧化机理。

导师简介

杨金龙，英才计划化学学科工作委员会秘书长、中国科学技术大学副校长、中国科学院院士。1981至1985年在南京师范大学学习，获学士学位。1985至1991年在中国科学技术大学学习，分获硕士、博士学位。毕业后留校任教。曾在意大利Padova大学、Cagliari大学、国际理论物理中心、香港科技大学、东京大学、香港大学和新加坡国立大学等单位工作和访问。长期从事理论与计算化学的教学和研究工作。一直致力于发展与应用第一性原理计算方法与模型研究小分子，原子团簇，固体表面与界面和纳米体系的结构和性质，注重和相关实验研究的配合与合作。已发表学术研究论文四百余篇，论文被他引一万余次。

正文

2018年11月，胡梓萌怀着对化学的一腔热情和对科研的好奇心走进了“英才计划”。“英才计划”对于胡梓萌的意义，用她喜欢的作家费尔南多·佩索阿的一句话来说，“写下便是永恒。”

回顾刚进入“英才计划”的时候，胡梓萌说：“我所不能忘记的，是报名时的毫不迟疑；是可以对导师们自由表达自己的想法；是用在高中课本里没有见过的索氏提取器做“从茶叶中提取咖啡因”的实验；是发现陶瓷片竟然可以在海水淡化、油水分离中发挥重要作用；是双缝干涉实验、测不准原理所代表的微观世界带给我的震撼……”一年里，在导师们的指导下，胡梓萌学会了标准的实验操作，学习了很多高中课本里学不到的东西，包括知识，也包括对世界的理解。

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抽丝剥茧进入化学世界

胡梓萌的科研旅程，是从和杨金龙教授的午饭开始的。杨教授启发大家，要观察生活，在生活中去思考和探索，例如孔雀羽毛为什么那么漂亮，修正带为什么有顺滑和阻塞之分……胡梓萌也提出了自己所关注的问题——CO尾气和室内CO中毒。杨教授启发她，在材料化学里，催化剂也许是答案。

从计算化学基础密度泛函理论到薛定谔方程,从电子密度到哈密顿量,在老师以及学长学姐的悉心讲解下，胡梓萌打开了计算化学的一扇小窗，并且开始学习vasp软件，INPUT、OUTPUT、KPOINTS、EDIFF……刚开始的时候她的操作非常不熟练，对着手册一步一步操作，一次又一次犯错，但是看到VESTA优化后的Si单质，胡梓萌还是感到无比欣喜。

与此同时，胡梓萌也开始阅读与CO氧化相关的文献。对胡梓萌来说，文献阅读是一个不断学习和积累的过程，尤其是阅读英文文献时会学习到很多的专业术语。她了解到，贵金属催化剂可以有效催化CO氧化，例如Au就是一种极好的催化剂。但是块材金的催化效率并不是很高，在降低原子尺度时，金的催化效率会极大提高，但也会导致表面能的极大增加。金属尺寸降低可以提高反应活性，但单原子金属表面能过高，不稳定，需要选择合适的载体负载单金属原子，降低表面能。于是，她开始阅读关于单金属原子载体的文章，石墨烯本身易被氧化，会导致催化剂不稳定，而六方氮化硼是一种稳定的二维材料，高温下抗氧化，其独特的电子结构也不同于石墨烯。胡梓萌和导师讨论后，最终确定以h-BN单层负载单金属原子CO催化氧化作为课题。

确定课题后，胡梓萌便开始做实验，搭建h-BN模型和CO氧化路径模型，通过vasp进行结构优化和吸附能计算找到答案。“虽然听起来很顺利，但实际上兜兜转转，我也体会到了科研的不易。”让胡梓萌印象最深的是，由于最初没有仔细鉴别碳原子和氧原子的模型颜色，她把所有的CO2都搭成了C2O，看起来似乎是个小问题，但原本已经搭了一上午的模型都得从头再来。计算吸附能得出数据时，面对不符合实际的结果，胡梓萌一遍遍地排查错误的环节。研究过程中，胡梓萌不断纠正自己的错误，一次次加深对各个知识点的理解，渐渐熟练使用vasp，完善自己的做法，规范自己的行为。胡梓萌也不断与学长学姐们交流，了解他们对于课题、关于科研、关于大学、关于未来、关于世界的看法。

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年终论坛坚定科研理想

年终的学科论坛，胡梓萌选择用英文来进行答辩。早自习、课间、午休……凡是能利用的时间，胡梓萌都在一次次地整理、一次次地复习自己要答辩的内容。努力是值得回报的，最终，胡梓萌在学科论坛中获得了“优秀学员”称号。“面对导师们，我可以从容地介绍自己的项目，从容地回答导师们提出的问题。站在礼台上领取奖状并且和包信和院士握手时，我感到无比激动与荣幸。听到包院士对英才学员的教诲时，我的科研理想也进一步坚定。”

胡梓萌表示，“英才计划”对自己意味着很多。“它为我带来的，是对于科研的切实了解。”胡梓萌仍然记得当初回答导师“你为什么参加‘英才计划’”问题时自己给出的答案：“因为我有志于科研，所以我很想了解真正的科研，学习更深层次的化学。”胡梓萌说：“我想我的期待达到了，科研并没有那么轻松，但科研意义重大。时代需要肯埋下头去做事的人，我们这些被寄予期望的一代，也应当承担起责任。而对我来说，‘英才计划’便是我的起点。”

什么是“英才计划”？

为贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》有关要求，切实促进高校优质科技教育资源开发开放，建立高校与中学联合发现和培养青少年科技创新人才的有效方式，中国科协和教育部自2013年开始共同组织实施中学生科技创新后备人才培养计划（简称“英才计划”）。

“英才计划”旨在选拔一批品学兼优、学有余力的中学生走进大学，在自然科学基础学科领域的著名科学家指导下参加科学研究、学术研讨和科研实践，使中学生感受名师魅力，体验科研过程，激发科学兴趣，提高创新能力，树立科学志向，进而发现一批具有学科特长、创新潜质的优秀中学生，为“基础学科拔尖学生培养计划”输送后备力量，并以此促进中学教育与大学教育相衔接，建立高校与中学联合发现和培养青少年科技创新人才的有效模式，为青少年科技创新人才不断涌现和成长营造良好的社会氛围。