“AI+化学”！厦大将化学自动化合成应用于本科生基础化学实验教学项目

导读

厦门大学化学化工学院国家级一流课程“基础化学实验（一）”教学团队任艳平教授、孔祥建教授与汪骋教授等联手，面向大一学生创新设计的化学自动化合成教学实验项目“From Programming to Crystal Growth: High-ThroughputExploration of 3d−4f Cluster Synthesis Conditions−A LaboratoryExperiment for First- Year Undergraduates”于近日在美国化学会化学教育期刊《Journal of Chemical Education》(J. Chem. Educ.2026, https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.5c01768）发表。

随着人工智能的快速发展和实验室自动化、智能化的不断推进，化学学科的研究思路和科研范式正经历着日新月异的巨大变革。然而，在当前的大一化学实验教学中，合成实验条件的探索仍依赖于“试错法”和手工操作，不利于学生理解和探索多个反应条件协同影响的复杂规律。为了加强学生对自动化、数据驱动的现代科研范式的理解与应用，教学团队将有关高通量合成与编程控制的前沿技术等科研成果转化为本科实验教学内容，开发了集“硬件组装—编程控制—高通量筛选—结构表征”于一体的大一综合化学实验项目。

该项目以3d-4f金属簇合物[La3Ni6(IDA)6(OH)6(H2O)12](NO3)3·15H2O的合成与条件优化为核心，引导学生使用自动化技术开展团簇合成条件的探究。学生需要自行组装注射泵并集成到移液工作站、利用Python编写注射泵的校准与控制程序、设计包含25种不同配比的合成条件、自动化完成反应液的分配，并在教师的指导下通过光学显微镜、单晶X射线衍射和电喷雾质谱对晶体产物进行快速表征，学生可在4 h内完成了从“代码”到“晶体”的完整实验过程。该实验为本科生提供了接触“AI+化学”底层能力的应用场景，为培养适应未来智能化科研的创新人才奠定了坚实基础。相比于其他商业化的自动化教学实验，本实验具有成本低，适合在一般教学实验室推广应用。

本工作在任艳平教授、孔祥建教授、汪骋教授共同指导下完成，博士生戚明强与本科生齐悦博、吕锦程和陈冠澎为论文共同第一作者。该工作也得到了龙腊生教授和郑兰荪院士的指导和支持。化学国家级实验教学示范中心（厦门大学）为项目的开展提供了重要支撑。相关工作得到国家自然科学基金（92461305，92161104，92161203，92361301和225B2120）、厦门大学教学改革研究项目（JG20210904）、首批国家级一流课程“基础化学实验（一）”建设项目、福建省高等教育学会高等教育科学研究实验室专项（24FJSYZD003）以及厦门大学“南强优秀博士生培育计划”和厦门大学大学生创新训练计划项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.5c01768

来源：厦门大学