“AI+化學(xué)”！廈大將化學(xué)自動(dòng)化合成應(yīng)用于本科生基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目

導(dǎo)讀

廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院國(guó)家級(jí)一流課程“基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)（一）”教學(xué)團(tuán)隊(duì)任艷平教授、孔祥建教授與汪騁教授等聯(lián)手，面向大一學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)的化學(xué)自動(dòng)化合成教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(guó)化學(xué)會(huì)化學(xué)教育期刊《Journal of Chemical Education》(J. Chem. Educ.2026, https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.5c01768）發(fā)表。

隨著人工智能的快速發(fā)展和實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化、智能化的不斷推進(jìn)，化學(xué)學(xué)科的研究思路和科研范式正經(jīng)歷著日新月異的巨大變革。然而，在當(dāng)前的大一化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，合成實(shí)驗(yàn)條件的探索仍依賴于“試錯(cuò)法”和手工操作，不利于學(xué)生理解和探索多個(gè)反應(yīng)條件協(xié)同影響的復(fù)雜規(guī)律。為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)自動(dòng)化、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)代科研范式的理解與應(yīng)用，教學(xué)團(tuán)隊(duì)將有關(guān)高通量合成與編程控制的前沿技術(shù)等科研成果轉(zhuǎn)化為本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，開發(fā)了集“硬件組裝—編程控制—高通量篩選—結(jié)構(gòu)表征”于一體的大一綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

該項(xiàng)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(yōu)化為核心，引導(dǎo)學(xué)生使用自動(dòng)化技術(shù)開展團(tuán)簇合成條件的探究。學(xué)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(zhǔn)與控制程序、設(shè)計(jì)包含25種不同配比的合成條件、自動(dòng)化完成反應(yīng)液的分配，并在教師的指導(dǎo)下通過光學(xué)顯微鏡、單晶X射線衍射和電噴霧質(zhì)譜對(duì)晶體產(chǎn)物進(jìn)行快速表征，學(xué)生可在4 h內(nèi)完成了從“代碼”到“晶體”的完整實(shí)驗(yàn)過程。該實(shí)驗(yàn)為本科生提供了接觸“AI+化學(xué)”底層能力的應(yīng)用場(chǎng)景，為培養(yǎng)適應(yīng)未來智能化科研的創(chuàng)新人才奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。相比于其他商業(yè)化的自動(dòng)化教學(xué)實(shí)驗(yàn)，本實(shí)驗(yàn)具有成本低，適合在一般教學(xué)實(shí)驗(yàn)室推廣應(yīng)用。

本工作在任艷平教授、孔祥建教授、汪騁教授共同指導(dǎo)下完成，博士生戚明強(qiáng)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(dǎo)和支持。化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心（廈門大學(xué)）為項(xiàng)目的開展提供了重要支撐。相關(guān)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金（92461305，92161104，92161203，92361301和225B2120）、廈門大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目（JG20210904）、首批國(guó)家級(jí)一流課程“基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)（一）”建設(shè)項(xiàng)目、福建省高等教育學(xué)會(huì)高等教育科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)（24FJSYZD003）以及廈門大學(xué)“南強(qiáng)優(yōu)秀博士生培育計(jì)劃”和廈門大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.5c01768

來源：廈門大學(xué)