近日，山东师范大学实现建校70余年来历史性突破，化学化工与材料科学学院教授罗涛作为第一作者，山东师范大学为第一完成单位，在国际顶级学术期刊《Science》上发表研究论文，首次揭示单次冻融循环即可改变水铁矿纳米颗粒的聚集行为及其后续矿物转化路径。这一发现突破了传统认知——冻结不只是物理保护或反应减缓过程，其本身就是一个主动的“化学反应器”。

从“结冰”里读出地球化学的新故事

水结冰，司空见惯。但在罗涛眼中，冰晶之间藏着一个被长期忽略的微观世界。“水铁矿是自然界最常见的纳米矿物之一，尺寸在5纳米左右，反应活性极高，对环境中铁、碳、营养元素循环有至关重要的作用。”罗涛介绍。团队发现，将含有水铁矿纳米颗粒的溶液在零下20摄氏度冷冻再解冻，原本均匀分散的颗粒会发生不可逆聚集，生成微米级肉眼可见的沉淀。更关键的是，这种聚集改变了矿物后续的转化方向，未经冰冻的会变成针铁矿，冰冻过的则倾向于形成赤铁矿。

“我们利用冷冻透射电镜、红外光谱、X射线光电子能谱及动态光散射等多尺度技术，首次定量揭示了冰晶间液态边界层中纳米颗粒的聚集动力学与界面键合机制。”罗涛说。结冰过程中，水铁矿颗粒被挤压到冰晶之间极薄的液态边界层中，经历脱水、压缩和表面羟基反应，形成稳定的Fe—O—Fe键连接，并出现早期赤铁矿样结构。

这意味着什么？罗涛解释道，“过去环境化学中，冰川、冻土和季节性冻结土壤常被认为是反应相对缓慢的区域。但我们的研究表明，冻结并不是简单的降温过程。一次冻融循环即可改变矿物颗粒的物理化学状态。在我们的研究中发现水铁矿形成不可逆聚集体，比表面积减小，同时抑制传统的溶解—再沉淀生成针铁矿路径，转而促进固相转化形成赤铁矿。

短暂的冻结过程可能对矿物未来数月甚至更长时间尺度的环境行为产生持续影响。”罗涛把这种现象称为冻结的“记忆效应”。这项发现不仅改写了教科书对冻融过程的认识，更为理解寒区铁元素生物有效性、碳封存能力以及全球变暖背景下冻土区铁循环响应提供了关键理论依据。

“好奇心”驱动的前沿探索

这项改写教科书的发现，起点却是一次再普通不过的野外考察。罗涛在某地质公园考察时，注意到一处冰泉，泉水清澈透明，但泉口周围的冰冻区域却出现了土黄色或红棕色的絮状沉淀。团队采集沉淀物分析后确认，其主要成分正是水铁矿。“我们当时就在想，水是清的，怎么一冻就变色了？”正是这个从日常生活中发现的疑问，驱动团队走进了实验室。

正是这样朴素的驱动力——“好奇心”，让罗涛在一次又一次困难中坚持下来。

“当你发现一个现象，你会不断地问自己‘为什么’，深挖下去，可能会推翻之前的结论，也可能产生一个新的课题。我的很多文章，都是基于上一篇的某个点继续探索出来的。”罗涛说。

这种对基础科学问题的执着追问，与山东师范大学化学学科长期坚持的“基础研究引领、学科交叉为翼”发展战略不谋而合。罗涛的研究正是基础前沿领域的一次重要突破——它把“冰”与“矿物”两个看似不相关的领域巧妙结合，在环境地球化学的无人区开辟出一条新路。

为青年人才铺平“最后一公里”

2025年，罗涛依托山东师范大学申报国家优秀青年科学基金项目（海外），进入山东师范大学张建教授团队。选择山师的原因，既有人才政策的吸引，更有平台条件的支撑。

“学校和学院在制定设备采购计划时，主动征求了包括我在内的几位青年教师的意见，最后精准购置了这台最新的布鲁克红外光谱仪——和我国外实验室的型号完全一致。”罗涛说，“这让我回国后几乎不需要适应期，关键数据在校内就能完成，不用再像以前那样四处送样。可以说，学校用真金白银为这篇文章铺平了‘最后一公里’。”

除了硬件投入，更让罗涛感动的是一种科研生态上的“包容”。“基础研究周期长、风险高，但学院从没催过我‘快点出文章’，反而常说‘有难处就提’。这种允许‘坐冷板凳’的氛围，在国内高校里非常宝贵。”

这正是山东师范大学化学学科人才生态的缩影。近年来，学院实施领军人才“筑峰计划”，开通人才引进绿色通道。2025年11月，唐波教授当选中国科学院院士，形成了院士领航、国家级人才为骨干、省部级人才为支撑的“金字塔”式人才格局，人才集聚效应持续放大。对于青年教师，学院构建了“精准引才、系统育才、平台成才”的全周期培育体系，近三年累计引进30余名优秀青年博士，50余人次入选省级以上人才工程。

学科生态的勃勃生机

罗涛的《Science》论文不是孤例。它背后是一个学科生态的系统性发力。学科依托含氟功能膜材料全国重点实验室等13个国家级、省部级科研平台，构建“平台聚人才、人才攻难题、成果促产业”的良性创新生态。学科团队在国际上首创分子特异性识别荧光探针技术，获国家自然科学二等奖，广泛应用于临床精准诊疗；建成全球首条固态电池中试生产线，填补我国万米深海电源技术空白；攻克全氟离子膜产业化关键技术，覆盖国内90%氯碱企业，累计为行业节约电费超500亿元。

目前，山东师范大学化学学科ESI排名稳居全球前1.14‰。艾瑞深校友会2026中国大学化学专业排名中，位列全国第13位，跻身世界高水平、中国顶尖专业行列。

把前沿的火种传下去

如今，罗涛已经带着5名本科生进入实验室。“从课题设计、实验操作，到数据分析和文章写作，我会完整地带着他们走一遍。”在本科教学中，他也习惯把课堂知识点和自己的研究方向结合，“我希望这能对他们有一点点的引导作用，让他们对科研产生兴趣。”

学院大二本科生别翊轩就是这样入的门。罗涛先带他做基础实验，逐步培养科研感觉，随后放手让他承担独立课题。如今，别翊轩已依托罗涛提供的课题方向，成功申请到省级大学生创新创业训练计划项目。“遇到问题时罗老师一直在指导我们、鼓励我们，让我们坚持推进下去。”别翊轩说，未来他想报考罗涛的研究生。

从发现冰晶之间的微观秘密，到站上国际顶尖学术舞台，罗涛的成长既源于个人“坐得住冷板凳”的坚守，更依托于一个学科生态的系统支撑。正如他所说：“发顶刊只是一个‘结果’，而真正的旅途，是对未知世界永不停歇的探索。”

而在这条旅途上，山东师范大学化学学科正在以人才为第一资源、以创新为第一动力，在基础研究的无人区勇敢探路——这或许正是这篇《Science》论文背后，最值得关注的“山师密码”。