曹然然御姐环境
2016年7月毕业于中国地质大学（北京）材料科学与工程专业，获学士学位。 同年通过保研进入清华大学环境学院张鹏毅先生课题组，开始博士学习生涯。 博士研究方向为氧化锰催化分解臭氧。 时光荏苒，2021年7月，我从清华大学博士毕业。 环境科学与工程专业。 回顾博士期间的科研经历，有迷茫、迷茫、挫折、沮丧、惊喜和幸运。 我得到了张老师的悉心指导和许多师兄师姐的帮助。 能够顺利毕业。 这篇文章是我对博士研究经历的总结，希望能从中有所借鉴，对以后的生活和工作有所帮助。
清华园二门毕业纪念
研学旅行
在读博士之前，大四的时候，我来到了张老师的课题组学习。 一开始张老师让我看了有关合成锰氧化物的文献，跟着孙一桐老师做了一个“七价锰和二价锰反应合成二氧化锰并催化分解甲醛”的小实验。 . 当时主要是模仿文献中的合成方法进行实验，测试合成的氧化锰材料的甲醛去除性能家庭教育，筛选性能良好的催化剂，探索合成方法影响性能的原因。 现在看来，这段经历是一个很好的研究和探索入门，为我打开了氧化锰材料的大门，但当时作为初学者，思考不够深入，工作不够系统，从而引发了这部分的研究工作。 没有更多的文字。
然后跟着组里的博士后姐姐刘芳做了《钨掺杂氧化锰催化分解甲醛的研究》。 这部分对我来说是更详细的探索。 在这个阶段，我对氧化锰的合成方法有了更多的了解，也了解了材料表征实验和分析。 大四的入门研究经历让我学到了很多新的东西，也为后面的锰氧化物材料研究打下了基础。
博士期间的日常实验，从左到右前三位分别是制备的各种催化剂、催化剂中的离子、臭氧分解的湿度条件； 下面三个从左到右是待离心的催化剂，安装在装置中的反应催化剂，检查臭氧分析仪的故障；
博士第一年大部分时间都在课堂上，所以没有做太多的实验，但也看了一些文献。 在这个阶段，张老师非常重视我们的指导。 每周他都会和我以及随山红（同年进组的硕士生）单独讨论，指导我们如何阅读文献，如何思考研究课题。 博士第一学期，在张老师的帮助下，我确定了自己的研究方向——氧化锰结构调控催化分解臭氧。 在阅读这方面的文献时，看到一篇文章是用硝酸溶液处理水钠锰矿型二氧化锰，大大提高了其在干气条件下降解臭氧的能力。 同时，课题组博士后刘洋开展了硝酸处理水钠锰矿型二氧化锰用于湿条件下催化分解臭氧的研究。 受此启发锰怎么读，在与张总的讨论中，发现了一些突破，用铵盐溶液处理水钠锰矿型二氧化锰，用于湿条件下催化分解臭氧。 通过实验发现，铵盐后处理使水钠锰矿型二氧化锰分解臭氧的催化性能提高了约8倍。 当我得到这个结果的时候，真的是非常的开心，对于好久没有搞科研的小白来说，好像发现了新大陆一样）。
我深受鼓舞，开始进行相关的实验。 通过控制变量法，我发现铵离子是催化剂性能提高的重要原因。 后续系统地开展了铵态改性水钠锰矿型二氧化锰的研究，但后续探索催化剂性能提升机理的过程并不那么顺利。 有些实验重复了很多次，试图解释微观机制，但似乎无法解释。 很明显，我也一度陷入瓶颈。 后来在张老师的帮助下，我开始了思索，把研究的过程和结果逻辑地呈现出来，思考本质的原因。 在思考的过程中，张老师也鼓励我不要闭门造车，要多学习别人的发现，以便融会贯通。
博士二年末，这篇难产的文章得以投稿，但是投稿的过程也让我很郁闷。 被拒了很多次，中间断断续续搁置。 夏天的时候，文章真的被接受了。 经过这次研究经历，我才能真正理解一篇文章或一个小课题从头到尾的全过程，也明白每一篇发表的文章背后都付出了很多的心血。
铵态剥离水钠锰矿型二氧化锰增强其臭氧分解性能
当第一个研究课题差不多的时候，我也开始思考后续的课题，也尝试了很多新的方向，但结果都不尽如人意，有一段非常沮丧的时期。 以后再想想，在一个项目结束的时候，在充分跟踪文献的同时，应该多想想自己进行的研究，有哪些不足，哪些地方值得进一步改进，这样才能让我们的研究更上一层楼。方向更明确。 逻辑。
我的第二个研究项目就是这样产生的。 当时，课题组科研助理高乐乐在氨改性水钠锰矿型二氧化锰法合成催化剂时，没有及时分离洗涤催化剂。 第二天，他发现催化剂在铵溶液中不仅没有沉淀下来，反而变得蓬松悬浮起来。 根据这个有趣的发现，我开始研究催化剂在铵溶液老化过程中的变化。 通过大量实验，我发现铵离子可以促进水钠锰矿二氧化锰在二维方向上的生长，形貌呈超薄片状。 催化剂，对臭氧的催化分解性能更好。 为此，我系统地开展了铵离子辅助制备超薄水钠锰矿型二氧化锰纳米片的研究。 这部分研究工作比第一个研究课题更进了一步，后来通过更深入的表征试验，发现了铵离子在臭氧催化分解中的作用。
铵盐辅助制备超薄水钠锰矿型二氧化锰纳米片进一步增强臭氧分解活性
在第二个研究课题的基础上，思考是否可以将大尺寸的纳米片与纳米线等其他形状材料结合，构建三维气凝胶材料。 基于这个想法，我进行了尝试和探索。 一开始我想用碳纳米管和氧化锰纳米片来构建，但是大部分碳纳米管都比较短，柔韧性差，所以不可能构建一个完整的三维气凝胶。 后来查了文献，发现了纤维素纳米纤维。 这种纳米纤维素具有良好的长度和韧性。 通过实验探索，发现加入少量纳米纤维素可以与超薄水钠锰矿型二氧化锰纳米片结合形成超轻块状三维气凝胶，因此我的第三个研究课题是开展关于构建二氧化锰三维气凝胶催化分解臭氧。 通过第一个研究课题的训练，第二、第三个研究课题的时间周期会更短、更顺畅。 我觉得这就是积累经验，升级，打怪。
纳米纤维素/二氧化锰复合气凝胶形成机理示意图
博士四年级的时候申请了清华大学的短期访问基金。 2019年10月赴美国康涅狄格大学化学系进行为期半年的访问交流。 我参观的研究组有一个微波合成器，可以用于合成材料。 微波合成可以改善化学反应的动力学，缩短化学反应的时间，从而影响材料的结构等，这与传统的水热法有很大不同。 因此，我也因地制宜地尝试用微波合成法合成氧化锰。 通过文献研究和实验尝试，发现乙二醇具有很强的吸收微波的能力，还可以作为合成锰氧化物的还原剂。 因此，我尝试利用乙二醇与高锰酸钾的氧化还原反应合成高性能的氧化锰材料。
出国留学期间在康涅狄格大学纪念
2020年春节，新冠疫情在中国武汉爆发，随后新冠疫情席卷全球。 在学校、导师和家人的帮助下，我得以在2020年3月及时回国。回国后，清华大学实验室还采购了一台微波合成仪，这对我帮助很大。 在实验探索过程中，两次合成的氧化锰明显采用了相同的配比，但性能却大相径庭。 反复思考原因，发现是我两次用的移液器不一样，导致加了乙二醇。 乙二醇的用量相差约10 μL，发现乙二醇的用量对锰氧化物的性能有显着影响。 然后系统地进行了添加还原剂乙二醇合成富缺陷锰氧化物的调控。 臭氧催化分解研究。 化学实验对操作人员的要求很高，一个小的改动就可能使实验结果大相径庭。 所以，在科研过程中，一定要认真记录，认真对待每一次操作，才有可能有重大发现。
科研经历
博士五年级的时候，我大部分时间都在整理研究工作和写博士论文。 我也时常想起自己过去的研究经历。 在这个过程中，我想和大家分享一些自己的经验：
1个
在科学研究的过程中，乐观的心态非常重要。 在科学研究和探索中取得成功是件好事。 如果你没有成功，你可能一无所有。 只要你认真做，认真总结，你的科研能力一定是在慢慢提高的。 精力充沛，才会有好的结果。
2个
在科学研究的过程中，每个人都会遇到各种困惑、瓶颈和烦恼。 不要回避问题，而是直接面对并解决问题。 你可以不断地阅读文献、思考、实验测试、与他人分享想法、与你的导师讨论，重要的是采取行动并培养自己解决问题的能力。
3个
在博士生涯中，要处理好科研与其他方面的关系。 虽然科研需要投入大量的时间和精力，但我们也应该积极拓展自己的生活，关注其他方面的成长。 有时改变我们的关注点也会影响科学研究。 有利。
以上只是我个人博士阶段的科研经历，可能不具有普遍意义，但还是希望后来者知晓，博士阶段科研中遇到的很多问题，很多人都遇到过遇到过，相信可以解决。 希望师弟师姐们有信心有能力去面对研究生阶段的科研！ 也祝愿大家的科研文章稳步提高，顺利毕业！ 希望我们课题组在张老师的带领下越办越好！
关于作者
编辑：曹然然，女。 2012-2016 中国地质大学（北京）本科，2016-2021 博士清华大学环境学院学生。 博士论文《水钠锰矿型二氧化锰的结构调控及其催化分解臭氧的研究》获得2021年清华大学优秀博士论文奖。 臭氧是近地表大气中的常见污染物。 在水处理过程中使用臭氧消毒和高级氧化也会产生臭氧尾气，一些空气净化技术也会产生臭氧。 因此，高效去除空气中的臭氧，不仅可以避免大气臭氧的危害，还可以保证相关水处理工艺和空气净化设备的安全使用。 曹然然发现的臭氧触媒已获得中国发明专利授权，并已申请美国专利，并结合等离子空气消毒技术应用于中央空调通风系统。
优秀博士论文及发明专利证书
张鹏毅教授课题组介绍
张鹏毅教授，清华大学环境学院，博士生导师，近年来承担了863、973、国家自然科学基金等项目。 ，任中国环境科学学会室内环境与健康分会理事，出版学术著作4部，发表论文200余篇，申请发明专利30余项。
张鹏毅教授的科研团队由博士后9人、博士4人组成。 学生锰怎么读，7名研究助理和数名研究生。 成员来自环境、化学、化工、材料等学科领域。 团队主要研究方向为环境污染控制化学与纳米材料研究，涉及水和废水、室内空气的污染化学与控制。 部分研究成果已成功转化为商业产品，有效帮助大众解决室内空气污染问题。返回搜狐查看更多
