廣東
導讀
廈門大學化學化工學院國家級一流課程“基礎化學實驗（一）”教學團隊任艷平教授、孔祥建教授與汪騁教授等聯手，面向大一學生創新設計的化學自動化合成教學實驗項目“From Programming to Crystal Growth: High-ThroughputExploration of 3d?4f Cluster Synthesis Conditions?A LaboratoryExperiment for First- Year Undergraduates”于近日在美國化學會化學教育期刊《Journal of Chemical Education》(J. Chem. Educ.2026, https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.5c01768）發表。
隨著人工智能的快速發展和實驗室自動化、智能化的不斷推進，化學學科的研究思路和科研范式正經歷著日新月異的巨大變革。然而，在當前的大一化學實驗教學中，合成實驗條件的探索仍依賴于“試錯法”和手工操作，不利于學生理解和探索多個反應條件協同影響的復雜規律。為了加強學生對自動化、數據驅動的現代科研范式的理解與應用，教學團隊將有關高通量合成與編程控制的前沿技術等科研成果轉化為本科實驗教學內容，開發了集“硬件組裝—編程控制—高通量篩選—結構表征”于一體的大一綜合化學實驗項目。
該項目以3d-4f金屬簇合物[La3Ni6(IDA)6(OH)6(H2O)12](NO3)3·15H2O的合成與條件優化為核心，引導學生使用自動化技術開展團簇合成條件的探究。學生需要自行組裝注射泵并集成到移液工作站、利用Python編寫注射泵的校準與控制程序、設計包含25種不同配比的合成條件、自動化完成反應液的分配，并在教師的指導下通過光學顯微鏡、單晶X射線衍射和電噴霧質譜對晶體產物進行快速表征，學生可在4 h內完成了從“代碼”到“晶體”的完整實驗過程。該實驗為本科生提供了接觸“AI+化學”底層能力的應用場景，為培養適應未來智能化科研的創新人才奠定了堅實基礎。相比于其他商業化的自動化教學實驗，本實驗具有成本低，適合在一般教學實驗室推廣應用。
本工作在任艷平教授、孔祥建教授、汪騁教授共同指導下完成，博士生戚明強與本科生齊悅博、呂錦程和陳冠澎為論文共同第一作者。該工作也得到了龍臘生教授和鄭蘭蓀院士的指導和支持。化學國家級實驗教學示范中心（廈門大學）為項目的開展提供了重要支撐。相關工作得到國家自然科學基金（92461305，92161104，92161203，92361301和225B2120）、廈門大學教學改革研究項目（JG20210904）、首批國家級一流課程“基礎化學實驗（一）”建設項目、福建省高等教育學會高等教育科學研究實驗室專項（24FJSYZD003）以及廈門大學“南強優秀博士生培育計劃”和廈門大學大學生創新訓練計劃項目的支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.5c01768
來源：廈門大學
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