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“功能納米材料的合成等探索研究”獲國家自然科學(xué)二等獎


來源:清華新聞網(wǎng)

十年磨一劍,以此來形容李亞棟教授和團隊這些年來的研究工作也許再合適不過。

  從1999年初調(diào)入清華,李亞棟就開始組建科研團隊,并選擇功能納米材料的合成、結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用探索作為主攻研究方向。10年間,他們的研究結(jié)出了豐碩的成果,共計在SCI刊物上發(fā)表論文180余篇,授權(quán)發(fā)明專利23項,還獲得了2006年北京市科學(xué)技術(shù)獎一等獎。2008年,他們的研究成果獲得國家自然科學(xué)二等獎。

  李亞棟帶領(lǐng)團隊完成的項目名為 “功能納米材料的合成、結(jié)構(gòu)、性能及其應(yīng)用探索研究”,該項目涉及納米材料研究中控制合成、結(jié)構(gòu)表征及應(yīng)用中的多個關(guān)鍵性科學(xué)問題。以納米材料的控制合成、形成機制研究為突破口,發(fā)展出的系列納米材料合成方法已經(jīng)為國內(nèi)外同行廣泛引用與采用,為納米材料的可控合成問題的成功解決奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。同時,項目在納米材料應(yīng)用領(lǐng)域的系統(tǒng)性研究成果也進一步拓寬了納米材料可能的實際應(yīng)用領(lǐng)域,對推動納米科技從基礎(chǔ)研究走向應(yīng)用具有重要的科學(xué)價值。

  在科研過程中,團隊也培養(yǎng)出了一批優(yōu)秀的青年科技人才,其中3人獲全國優(yōu)秀博士論文、1人獲北京市優(yōu)秀博士論文、7人獲清華大學(xué)優(yōu)秀博士論文、1人獲2005年度國際IUPAC青年化學(xué)家獎并獲國家杰出青年基金、2人入選中科院 “百人計劃”、6人破格晉升為教授。

  “盯在一個方向上一直做”

  納米技術(shù)的研究熱潮掀起于10年前的世紀之交,李亞棟和團隊也正是在那時確定了他們的研究方向。

  2000年1月21日,時任美國總統(tǒng)克林頓在加州理工學(xué)院宣布了一項新的國家計劃———國家納米技術(shù)計劃(NNI)?肆诸D把這項計劃作為聯(lián)邦政府科技研究與開發(fā)的第一優(yōu)先計劃,并將聯(lián)邦政府2000年在納米技術(shù)上的投資幾乎翻了一番,使NNI計劃在2001年的預(yù)算接近5億美元。

  一時間,納米科技異軍突起。世界各主要國家均把納米技術(shù)當做在未來最有可能取得突破的科學(xué)和工程領(lǐng)域,紛紛向該領(lǐng)域投入研究資金,來自各學(xué)科的優(yōu)秀學(xué)者也聚集到這一前沿熱點研究領(lǐng)域,可謂“強手如林”。

  談到選擇納米材料的合成、結(jié)構(gòu)和性能作為研究方向的原因,李亞棟說,人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)納米材料的諸多優(yōu)異特性可以推動科技發(fā)展,改善我們的生活,當研究者開始思考如何使用它時,納米材料的合成和制備就成了首先要解決的問題。之前已有的一些合成與制備方法各有特點,但很難適應(yīng)規(guī);⒋笈康闹苽,李亞棟和團隊想做的,就是尋找到新的途徑和方法,降低納米材料的制備成本,提高其制備方法的通用性,使其能夠滿足未來大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)與應(yīng)用的需求。

  在這個方向上,李亞棟帶領(lǐng)團隊一干就是10年。納米晶制備過程中成核、生長及其尺寸與形貌調(diào)控是該領(lǐng)域的重大難題,他們不斷探索納米晶成核、生長的規(guī)律,最終建立了一種通用的“液相-固相-溶液”納米晶合成方法,實現(xiàn)了貴金屬、氧化物、化合物半導(dǎo)體等不同類型單分散納米晶的可控制備,相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2005年的《自然》雜志上,并入選“2005年度中國基礎(chǔ)研究十大新聞”。劍橋大學(xué)學(xué)者Emsley在2007年《科學(xué)觀察》第一期上以“A Great Leap Forward in Nanotechnology”為題對該工作做了評論:“It is paper which looks set to revolutionize their synthesis.……will almost certainly be seen as a landmark in their production”。

  納米材料的可控組裝是實現(xiàn)其宏觀應(yīng)用的重要途徑之一。團隊在之前工作的基礎(chǔ)上,利用所合成納米晶在非極性溶劑中的可分散性,設(shè)計出水包油微乳體系,獲得了由單分散納米晶構(gòu)建而成的新型介孔材料,并發(fā)展出一種由單分散納米晶可控合成、組裝到三維膠體球及介孔材料制備的普適性方法!蹲匀粊喼薏牧稀贩Q他們通過納米組裝新途徑獲得了具有高孔隙率、良好的結(jié)晶性及熱穩(wěn)定性的介孔材料,在催化、鋰離子電池等領(lǐng)域顯示了誘人的應(yīng)用前景。

  另一項讓李亞棟備感驕傲的研究成果是有關(guān)納米材料的晶面與其催化活性關(guān)系的發(fā)現(xiàn)。2005年,他們發(fā)現(xiàn)暴露高活性晶面的氧化鈰納米棒CO催化氧化活性比其納米顆粒高數(shù)倍,隨后又在表面增強拉曼、氣敏等領(lǐng)域的研究中,觀察到不同晶面的納米粒子具有不同的表面增強效應(yīng),最近他們又通過一些新發(fā)現(xiàn)揭示出具有不同催化活性的納米晶所暴露的晶面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是引起催化活性、選擇性差異的關(guān)鍵,這為他們今后在納米材料的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究方面的深入奠定了良好的基礎(chǔ)。

  “如今的成果是 10年工作的積累,我們就是盯在一個方向上一直做!崩顏啑澾@樣總結(jié)他們今天的成績,“成就需要時間的磨礪,我們的同行都很聰明,最后要看誰更勤奮,投入的精力更多,堅持的時間更長。一分耕耘一分收獲!”

  研究和團隊建設(shè)都要揚長避短

  “目前我們的研究大多還是在前人基礎(chǔ)上的繼承和發(fā)展,把傳統(tǒng)方法中有利于大規(guī)模制備的優(yōu)點保存下來,改善其成本高、通用性不強等問題!崩顏啑澱J為,做研究要懂得揚長避短。

  1991年碳納米管的發(fā)現(xiàn),展現(xiàn)出一維納米管、線在基礎(chǔ)科學(xué)與應(yīng)用方面的重大前景。2001年,李亞棟帶領(lǐng)研究組提出了納米管的層狀卷曲形成機制,開辟了無機納米管合成的新途徑,相繼發(fā)現(xiàn)其他具有層狀結(jié)構(gòu)無機化合物納米管,并在國際一流學(xué)術(shù)期刊如《美國化學(xué)會會志》、《納米快報》、《應(yīng)用化學(xué)》等發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇,他們所發(fā)展的方法已被國內(nèi)外同行廣泛采用。

  “只有對一個研究領(lǐng)域具備相當?shù)牧私,清楚自己所處的位置和?yōu)劣勢,清楚該領(lǐng)域的問題和瓶頸所在,然后揚長避短地制定研究策略,才能取得別人做不到的成果!崩顏啑澱J為,這就像我們在觀看一些戰(zhàn)爭片或者體育比賽時感悟出的道理一樣,保持清醒的頭腦,知己知彼,善于取長補短、揚長避短,是在很多事情上取得成功的有效策略。

  正是靠著這種策略,李亞棟和他的團隊在納米材料的可控合成和制備方面,尤其是在其方法的建立和技術(shù)的發(fā)展方面,形成了自己的獨特之處。他們的研究成果在國際上得到廣泛的認可,據(jù)不完全統(tǒng)計,他們發(fā)表在SCI刊物上的論文累計SCI他引次數(shù)達7000余次,他們也借此成為該領(lǐng)域里國際有重要影響的研究團隊。

  對于團隊來說,如何讓每個人都能揚長避短,也是身為負責人的李亞棟始終思考的問題。他說:“人與所處的環(huán)境密切相關(guān),一個研究團隊需要能調(diào)動成員的積極性,激勵他們把最優(yōu)秀的潛能發(fā)揮出來,這可能是一個團隊成功發(fā)展的關(guān)鍵!

  李亞棟的辦公室里擺著五六把椅子,他喜歡大家經(jīng)常在一起自由探討。每當對問題有了新的理解時,李亞棟都會及時叫學(xué)生們到辦公室來交流討論。他把團隊的科研工作比成打一場殲滅戰(zhàn),大家有一個共同的目標,具體到每個人又有自己獨立的一攤事情,最后“幾路軍”在一個地方“會師”。這個過程中,團隊的交流合作非常重要。

  他還喜歡組織大家在周末和節(jié)假日開展一些輕松愉快的體育活動,學(xué)生們都知道他喜歡打乒乓球。在大家眼中,“李老師的思維總是圍繞著研究,我們在活動中實際上就是大家交流和碰撞不同的信息。愉快的拿來分享,不愉快的拿來宣泄,這才是一種良好的團隊氛圍!

  在李亞棟所在的研究所和科研團隊中,很多青年教師都有很重的教學(xué)任務(wù),為了減輕他們的負擔,李亞棟便把自己積累的課件提供給年輕教師參考使用,以減少他們在講授一些相關(guān)課程時的備課時間!耙粋人不可能包打天下,所以要大家互補、合作!崩顏啑澱f。

  任何一個團隊必然由各種不同的人組成,大家會有不同的追求和想法,要做到揚長避短、用其所長,李亞棟認為,身為團隊帶頭人要做到“知人”和“善任”。他說:“要弘揚好的,摒棄不好的,使優(yōu)秀的年輕人能夠充分發(fā)揮自己的才干,把團隊的氛圍、文化保持下去并不斷完善!

  理想主義者的更高理想

  李亞棟認為自己是一個理想主義者,所以他希望做研究能夠矢志不移、心無旁騖。在他看來,歷經(jīng)10年取得的成果,是大家踏踏實實、一步一個腳印的積累。

  李亞棟曾和學(xué)生們一起在網(wǎng)上測心理年齡,結(jié)果他“40多歲的人變成20多歲”。在李亞棟看來,這說明自己還是朝氣蓬勃、陽光向上的,這得益于自己不保守,也不太考慮負面的東西。李亞棟曾經(jīng)的學(xué)生、化學(xué)系教授王訓(xùn)這樣評價李亞棟:“李老師工作熱情非常高,對事業(yè)太執(zhí)著了,這一點讓我非常敬佩。比如每期雜志他絕對都要掃一遍,我們有時候可能做實驗多了,有點兒懶就不看了,但李老師會把每期雜志都通讀一遍!

  “我們目前所取得的一點點成績,是對我們研究團隊的肯定,是大家對我們的鼓勵和鞭策。”李亞棟說。他們還將繼續(xù)在這個方向上努力攀登,期望能進一步推動這一領(lǐng)域向前發(fā)展。

  相比于研究上取得的成果,團隊中學(xué)生的成長更讓李亞棟感到高興!翱粗鴮W(xué)生們一個個成長,有的成長和進步速度出人意料;看到他們能夠找到自己今后的學(xué)術(shù)追求,繼續(xù)從事相關(guān)方向的研究,把科學(xué)研究作為今后的事業(yè)”,這些讓李亞棟“真的是發(fā)自內(nèi)心的高興”。

  而一個理想主義者的煩惱則來自于一些瑣事,一個想要全身心投入學(xué)術(shù)研究的人,總是希望所有和學(xué)術(shù)相關(guān)的事務(wù)都更單純、更簡捷一些!氨热绱蠹医涣鞯臅r候,可以更簡單、更直接一些!睂Υ龑W(xué)生,李亞棟同樣是有問題就直接說,“有時候太直接了可能會讓別人誤解或難以接受,我現(xiàn)在也在不斷改進,但作為一個理想主義者,我寧愿做一個簡單的人、純粹的人,不應(yīng)該、也沒必要把過多心思放在這些非關(guān)鍵性事務(wù)上,浪費了寶貴而有限的時間。”

  李亞棟也把這種理想主義的風(fēng)格帶到了團隊。他總說,有多大胸懷才能成就多大事業(yè)。他認為,一個團隊的最高學(xué)術(shù)追求決定了團隊能走多遠,“團隊最重要的一點是要有大目標、大方向來引導(dǎo),大家才不會對別的東西太熱衷或者太感興趣,而是向著團隊的最終理想形成合力!蓖跤(xùn)也同樣認為:“我們團隊的特色就是方向比較集中,大家的大方向一致,勁往一塊兒使!

  “我相信我們團隊還有很大的發(fā)展空間,還有潛力,大家也都期待著納米技術(shù)在未來給我們的生活帶來更多益處。用我們掌握的新知識、新技術(shù)造福人類,產(chǎn)生更大的社會與經(jīng)濟效益,是每一位科學(xué)家的夢想,也是我們的理想!崩顏啑澠届o地說,“我們并不認為現(xiàn)在取得了多大的成就,更好的還在明天!
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