【我们兰大人-44】马天琼:风物长宜放眼量

日期: 2019-07-03 阅读: 来源: 关键词:

时间回到2018年7月6日,美国《Science》(科学)杂志以“Single-crystal x-ray diffraction structures of covalent organic frameworks”为题,发表了以兰州大学为第一通讯单位,北京大学、加州大学伯克利分校共同合作在共价有机框架材料领域中取得的最新研究成果。这一研究首次实现了共价有机框架材料大尺寸单晶的生长和结构解析,将“共价组装有序结构”的研究提升到新的高度。

  这样一篇重磅科研成果,第一作者是兰州大学化学化工学院、功能有机分子化学国家重点实验室王为教授课题组的博士马天琼。

马天琼的简历似乎没什么特别:2006年考入兰州大学物理科学与技术学院本科学习,2008年在涂永强院士实验室进行科研见习。本科毕业前入选共青团中央第十二届研究生支教团,支教一年,同时成为化学化工学院推荐免试研究生,攻读硕士和博士学位。2017年在北京大学孙俊良研究员课题组联合培养一年,2018年获得兰州大学理学博士学位。但,就是这寥寥数语,包含了一个女生用12年的青春时光,在兰大一方小小的实验室里,不断进行科研探索的成长轨迹。

马天琼大学时期参加辩论赛

本科四年,马天琼是大家口中的“风云学姐”。她是温婉大气的女主持人,是思路敏捷的女辩手,是学生们喜爱的副班主任“马姐”,更是支持西部儿童教育,教孩子们知识的“马老师”。

因为爱好广泛,经历丰富,马天琼曾获得兰州大学第十二届“世纪杯”优秀辩手、西北民族大学与兰州大学“迎新杯”辩论赛冠军等荣誉;也曾获得兰州大学第四届“挑战主持人”优秀奖、第三届“英文配乐诗朗诵”二等奖、“纪念改革开放三十年诗朗诵大赛”三等奖等;还曾获得党校“优秀学员”、“社会实践先进个人”、“学生标兵”等荣誉称号,被选为共青团兰州大学委员会第十三次代表大会代表。

马天琼主持晚会

  2008年,马天琼担任了08级材料化学班副班主任一职。一年的工作比想象中辛苦很多,也遇到了很多前所未有的困难。当时正好遇到班上两名同学先后生病住院,马天琼一边安排学生陪护他们,一边兼顾班级的正常学习工作,同时又要处理自己的专业学习任务,还要不间断地进行科研探究。这段“焦头烂额”的时光,锻炼了马天琼的意志和能力,也让她收获了满满的感动。在她20岁生日那天,一份特殊的生日礼物出现在校园的宣传栏中:“马姐,你永远都是我们的骄傲!08材化感谢你!”班上的学生们为她精心制作了祝福留言板,同时,马天琼的努力也得到了学校的肯定,获得“优秀副班主任”的荣誉称号。

  2010年马天琼本科毕业后,被选为共青团第十二届研究生支教团成员,赴榆中县第二中学支教一年支教期间,她曾同时承担两个年级五个班的课程,一度成为全校课时量最大的老师,最高纪录每周24节课。做别人不敢做的选择,马天琼从不后悔:“这一年的支教生活教会我很多东西,从一开始渴望战胜困难的豪言壮语,到后来流血流汗也流泪,最后明白了承担的真正含义,那就是关键时候能扛起一座山,别人需要的时候还可以给他们可以依靠的肩膀。”正所谓“白日不到处,青春恰自来。苔花如米小,也学牡丹开。”支教结束后,马天琼荣获“优秀支教生”、全国基础教育英语综合能力竞赛“优秀辅导教师”等荣誉称号。

马天琼曾经支教的办公室

2011年,马天琼完成支教,重新回到了自己钟爱的科研工作中。埋头科研,蓄力七年,马天琼取得的科研成绩离不开在王为教授课题组的磨砺与成长。

王为教授课题组是国际上较早在共价有机框架材料领域中开展研究的小组之一。共价有机框架材料(Covalent Organic Frameworks,COFs)是有机单体通过共价键的连接、在二维或三维方向上形成的一类新型的晶型有机多孔高分子材料。共价有机框架材料领域中的一个重大挑战是:如何获得大尺寸和高质量的单晶。由于采用强的共价键作用进行构筑,COFs的合成过程很难从原子分子尺度上进行精准调控,之前合成出的COFs材料因而主要表现为多晶形态,其结构的推定通过粉末X-射线衍射、电子衍射和计算机模拟等手段间接获得。如何采用精准的共价组装策略大幅度提升COFs材料的结晶度、从而通过单晶X-射线衍射技术在原子尺度的层面获得其精确的结构信息,是该领域发展的核心瓶颈。

  2011年,马天琼就合成出一例新的COF材料,命名为LZU-111那时大家对COF材料结构的了解还处于非常初级的阶段,几乎都依赖于对拓扑的模型的认识、想象和猜测。尤其是对三维COF,如果不能通过大量计算机模拟和筛选的手段得到相对合理的猜测结构,大多数研究者甚至最后放弃对未知COF材料的研究。

为了研究LZU-111的结构,马天琼自学晶体学和计算机结构模拟。那段时间,她的实验没有任何进展,每天早上很早来到实验室,先洗一桶玻璃仪器,然后抱着电脑和一本《X-射线晶体学》,一言不发地躲在角落里看书。导师王为教授看在眼里急在心里,但并没有对她失去信心,反而是在马天琼的沉淀期给予了她最大的耐心。功夫不负有心人,马天琼终于在无数次实验后,第一次模拟出了材料的粗略结构,导师向她的学生竖起了大拇指,这也极大地鼓舞了马天琼继续做科研的决心。

马天琼在第24届世界晶体学大会上作报告

2013年,王为教授把在药物多晶型研究领域颇有建树的殷小天博士介绍给马天琼认识。殷博士深厚的结晶学内功,给了马天琼很多启发,她查阅大量文献,了解各种晶体材料单晶的生长方法,并尝试各种条件,希望能生长出COFs材料的大单晶,通过单晶衍射方法得知精确结构。马天琼说:“我已经记不清自己筛选过多少合成条件,做过多少材料,失败过多少次了,有时做梦都能梦到金光闪闪的大晶体在远远地向我招手。

又经过一年多的努力,终于,马天琼从扫描电镜中第一次看到了晶体从纳米尺寸长大了一个数量级。我当时那种惊喜真的很难形容。但因为当时从来没有人能做到‘使COF晶体长大,所以我自己内心其实是半信半疑的。”组内老师、同学善意提醒马天琼单晶没有那么容易长大,甚至劝她放弃这么艰难的课题,做一些容易的工作,尽快发表文章,准备毕业。甚至有时家人都会替她着急,问她读博什么文章都不发表还比别人花了更长的时间“耗”在实验室。但执着的马天琼却决定坚持下去:“这个课题虽然很难,但她是我的梦想,我相信自己的晶体一定能够长成大单晶!我不舍得放弃,更不应该放弃。

苯胺控制合成基于亚胺的大尺寸单晶COF

  凭借着这样的“死磕”精神,马天琼坚持做原创性工作,坚定地走别人没有走过的路终于,功夫不负有心人,她建立了控制生长大尺寸单晶COFs的方法,并首次合成出多种三维亚胺型COFs的大尺寸单晶。

得益于单晶的获得与解析,研究者首次观察到COFs孔道中水分子客体的有序排列、COFs框架中有机链的构象旋转、以及亚胺键的连接方向等核心信息。此外,通过单晶结构解析还确认了最初带给马天琼幸运与艰难的LZU-111材料的结构,这个单晶具有罕见的lon-b-c3手性拓扑结构。“如果不是得到单晶,可能我永远也不会知道这个材料有如此美妙的结构。”

  这些研究成果在2018年5月被美国《Science》杂志接收,7月6日正式在线发表。至此,马天琼终于能够坦然地参加博士学位答辩,并最终以优异的成绩获得博士学位。

天琼在博士毕业之际与使用多年的实验设备合影

从2006年夏天第一次来到兰大,到如今远赴重洋继续深造。十二载时光,马天琼在兰大生活、历练、不停追寻。从万众瞩目的聚光灯下走向看不到终点的实验室;从孤独的逆境磨练到一跃成为science女神,马天琼在科研探索的道路上始终坚定如一,从不言弃。

博士毕业后,马天琼在北京大学开展了“博雅计划”博士后研究工作。目前她已前往美国加州大学伯克利分校Omar Yaghi教授课题组,准备开展下一阶段的博士后研究工作,继续实现她关于单晶的美丽的梦。

图片:受访者提供

发现错误?报错
文:肖坤,卢婷婷,王洪梅
图:
视频:
编辑:赵洋

推荐关注

阅读下一篇