2021年12月15日，20级化学强基班、卢嘉锡化学科技英才班开展了第三场“化梦为实，学以强基，逐梦英才”专业研究方向师生交流会。本次交流会邀请了中国科学技术大学化学与材料科学学院副院长武晓君教授做“低维功能材料的理论设计与模拟”报告。强基班/英才班班主任黄微老师，以及化学院、少年班学院四十余位学生共同聆听了此次报告。
会议由黄微老师主持，黄老师对武晓君院长作了简要介绍。武老师的研究领域为理论与计算化学，主要基于第一性原理电子结构计算方法与多尺度模拟方法，设计具有特殊结构和功能的新型材料，为交叉学科的实验研究提供理论指导。武老师2018年入选教育部长江学者奖励计划青年学者，曾荣获中国化学会唐敖庆理论化学青年奖、科大校友基金会青年教师事业奖等多项荣誉。迄今已在Nat. Chem., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Nature Comm., Nano Lett., ACS Nano等期刊上发表270余篇论文，他引高达15000余次。
接下来，武老师给同学们带来了一场精彩的报告——“低维功能材料的理论设计与模拟”。首先，武老师以“什么是低维功能材料”和“为什么需要计算模拟”作引，向同学们介绍了计算模拟的优势和重要性。武老师说道，传统的材料研发模式要经历合成-表征-筛选环节，其主要依赖“试错”的实验方案或偶然性的发现，研发过程长达10-20年，已无法满足工业发展对新材料日益增长的需求。随着信息科技的逐渐成熟，人类通过计算机模拟发现新材料已成为可能，其是通过计算-设计-合成-应用的模式，帮助研究者预估虚拟材料的特性，得到以数据为中心的集成平台，将科学工作者“想做的”、“想了解的”、“想解释的”付诸实践，使其成为可能，极大缩短了实验研究周期，加速了新材料研发的速度。现代化学学科已由传统的实验驱动发展为实验、计算并行驱动。
随后，武老师向同学们介绍了计算模拟中所建立的化学-数学模型，解释了第一性原理，即根据原子核和电子相互作用的原理及其基本运动规律，运用量子力学原理，经过一些近似处理后直接求解薛定谔方程的算法。武老师进一步指出，与传统的合成-表征-筛选的材料研究方法相比，这种基于第一性原理的新型材料研究模式具有显著优点，其可有效帮助研究者们从分子层次上理解化学物质的结构-性能关系、动力学性质和反应特性等，指导新型材料的设计和优化。
最后，武老师以两个故事作结，其一是基于二维硼材料的研究，其二是光催化分解水的新型材料的发现与设计，使同学们更好地感受到计算模拟是如何摆脱传统依赖人脑的想象，从千万结构中找出所需的材料。正是凭借这类新颖的方法，近年来武老师团队所取得的研究成果也是令人瞩目的，其通过第一性原理研究，揭示了双层硼烯的结构、稳定性，以及其与衬底的相互作用等，为高质量大面积合成二维硼材料提供了强有力的理论指导。武老师还和与会师生分享了其与合作者在利用大数据分析筛选全分解水制备氢气与氧气的新型高分子材料方面的优势和研究进展。
在随后的自由交流讨论环节，学生们就虚拟材料的择取、计算模拟的未来发展等问题与武老师进行了探讨。武老师也以自身的科研经历寄语在座学生，要重视数理化基础课程的学习。武老师指出，物理是指导物质世界的基本规律，化学则是将物质世界具体化的学科，二者相辅相成。武老师希望同学们能保持兴趣，实事求是，心怀谦卑，在今后的学习科研生涯中不断磨砺自身，提升科学素养。交流会在热烈的掌声中结束。
我们希望通过系列学术交流会的开展，能够有效促进师生间的沟通与交流，让同学们能够了解各个领域的主要研究内容和前沿进展，帮助同学们明确所感兴趣的学科方向和研究方向，对即将到来的专业选择和进入科研实验室做好充足的准备。
（化学与材料科学学院强基班团支部 组织委员 刘天骐）