低維碳材料與納米科技研究部的中科院分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是國內(nèi)最早從事納米科學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)室之一。

科研人員創(chuàng)造出碳材料家族的新成員，不斷開創(chuàng)石墨炔領(lǐng)域標(biāo)桿性的成果。

研究人員正在開發(fā)基于有機(jī)激光陣列的新一代平板顯示，將基礎(chǔ)研究成果逐步應(yīng)用到新產(chǎn)業(yè)的孵育上。

研究人員利用先進(jìn)儀器開展實(shí)驗(yàn)

朱道本院士（中）指導(dǎo)研究人員開展工作

研究人員在實(shí)驗(yàn)中

韓布興院士（左二）與科研人員在一起

■本報(bào)記者 甘曉

設(shè)計(jì)新分子、創(chuàng)造新物質(zhì)，當(dāng)分子科學(xué)涌進(jìn)化學(xué)學(xué)科的潮流中，化學(xué)家成為名副其實(shí)的“造物者”。

2020年6月下旬的一天午后，中國科學(xué)院化學(xué)研究所（以下簡稱化學(xué)所）研究員、中國科學(xué)院院士韓布興拐進(jìn)化學(xué)所通向成府路的一條小巷。他一邊走，一邊思考著和合作者、北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院（以下簡稱北大化學(xué)學(xué)院）教授馬丁正在進(jìn)行的有關(guān)生物質(zhì)的綠色化學(xué)研究。

兩個(gè)課題組緊密合作的10多年里，韓布興無數(shù)次穿過這條小巷，像走親戚一樣來到北京大學(xué)中關(guān)新園“串門”。

他們所在的“大家庭”，便是北京分子科學(xué)國家研究中心。在這一“國字頭”平臺的支持下，化學(xué)家們齊心協(xié)力，在分子科學(xué)的世界里“乘風(fēng)破浪”。

一條小巷連起的“大家庭”

和韓布興一樣，許多科研人員對這條小巷再熟悉不過——化學(xué)所在這頭，北大化學(xué)學(xué)院在那頭，集結(jié)成一支中國乃至全世界最“硬核”的分子科學(xué)研究隊(duì)伍。兩家單位于2003年聯(lián)合籌建北京分子科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室（籌），2017年組建北京分子科學(xué)國家研究中心（以下簡稱分子科學(xué)中心），也是目前唯一一家由中科院與高校共建的國家研究中心。中心主任由北大化學(xué)學(xué)院教授席振峰和化學(xué)所所長張德清共同擔(dān)任。

事實(shí)上，兩家的“親戚”關(guān)系淵源不淺。上世紀(jì)50年代，中科院決定在北京籌建綜合性化學(xué)研究機(jī)構(gòu)。1956年，在北京大學(xué)化學(xué)系任職的唐有祺先生受邀到化學(xué)所兼職，籌組結(jié)構(gòu)化學(xué)方向。當(dāng)時(shí)，唐有祺先生已在中科院應(yīng)用物理所（物理所前身）兼職，籌組單晶結(jié)構(gòu)分析工作。利用在三家單位兼職的有利條件，唐有祺牽頭建成了新中國首個(gè)X射線結(jié)構(gòu)測定實(shí)驗(yàn)室。

唐有祺的加入，不僅將分子科學(xué)前沿的種子深深埋進(jìn)中國的科研土壤中，也成為兩家單位親密合作的起點(diǎn)。2020年7月11日，唐有祺迎來100歲生日。半個(gè)多世紀(jì)以來，唐有祺一直擔(dān)任著化學(xué)所的兼職教授，招收博士生。

1991年，化學(xué)所分子動(dòng)態(tài)與穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室獲批成立，由唐有祺擔(dān)任實(shí)驗(yàn)室主任。他在學(xué)術(shù)上發(fā)揮開拓和引路作用，促進(jìn)了雙方之間的合作。正是在這樣的倡導(dǎo)下，來自兩家單位的科研人員越走越近，真正凝聚成分子科學(xué)研究的“大家庭”。

“學(xué)生論文評閱、答辯，雙聘導(dǎo)師，人才互相流動(dòng)……更不用說日常舉辦的學(xué)術(shù)會(huì)議了。”化學(xué)所科技處處長鄭企雨對此感受頗深。

上世紀(jì)90年代末，作為創(chuàng)造新分子、新物質(zhì)的學(xué)科，化學(xué)在社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中作出的貢獻(xiàn)有目共睹。“好的應(yīng)用固然重要，但我們?nèi)匀粦?yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)化學(xué)是一門科學(xué)。”當(dāng)時(shí)，化學(xué)所時(shí)任所長朱道本基于這樣的認(rèn)識，借鑒世界發(fā)達(dá)國家科學(xué)家的思想，提出“分子科學(xué)”概念，旨在通過交叉融合實(shí)現(xiàn)方法理論的突破，開拓化學(xué)研究的新疆域，破解化學(xué)學(xué)科面臨的“分片式”發(fā)展困境。

一種心照不宣的默契也在巷子那頭產(chǎn)生——1994年，唐有祺等學(xué)者提出“分子工程學(xué)”概念，原北大化學(xué)系更名為北大化學(xué)與分子工程學(xué)院。

無論是分子科學(xué)還是分子工程，實(shí)際上都在強(qiáng)調(diào)，未來的化學(xué)不僅要研究單個(gè)化合物，還要以功能為導(dǎo)向，在分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)，創(chuàng)造出新物質(zhì)。這也成為兩家單位科研人員對化學(xué)學(xué)科未來的共識。

悠久的合作歷史及學(xué)術(shù)上的高度認(rèn)同，使兩家單位的科研人員結(jié)下了深厚友誼，為分子科學(xué)中心提供了內(nèi)在凝聚力。近幾年，他們開始嘗試進(jìn)一步深度合作。2018年，兩家單位的公共測試平臺互相開放，互相提供服務(wù)。“希望嘗試建立一些新機(jī)制、新制度，促進(jìn)學(xué)術(shù)交流和合作。”席振峰強(qiáng)調(diào)。

“中國牌”碳材料結(jié)碩果

多年來，雙方強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，在多個(gè)領(lǐng)域取得優(yōu)異成績。其中，石墨炔系列新材料由中國學(xué)者率先合成、自主研發(fā)，是地地道道的“中國牌”碳材料。

上世紀(jì)90年代，化學(xué)所有機(jī)固體實(shí)驗(yàn)室在中科院院士朱道本帶領(lǐng)下開展碳材料富勒烯研究。碳元素在sp3、sp2和sp三種雜化態(tài)下形成的不同同素異形體中，唯獨(dú)sp雜化的碳材料仍然停留在理論上，真實(shí)世界中并不存在。因其特殊的電荷分布特點(diǎn)，這類碳材料有可能成為新一代電子、光電器件及催化的關(guān)鍵材料。

2010年，英國科學(xué)家因通過物理方法獲得單層石墨烯獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。同一年，化學(xué)所研究員李玉良帶領(lǐng)課題組創(chuàng)造性地采用化學(xué)合成的方法，利用六炔基苯在銅片表面的催化作用下發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，成功地在銅片表面合成出石墨炔薄膜。這是世界上首次通過化學(xué)方法獲得的全碳材料，開辟了人工化學(xué)合成碳同素異形體的先河。

隨后，北大化學(xué)學(xué)院教授張錦課題組在此基礎(chǔ)上發(fā)展出石墨炔納米墻陣列以及其他不同聚集態(tài)的石墨炔。北大化學(xué)學(xué)院教授甘良兵則帶領(lǐng)課題組圍繞富勒烯的化學(xué)轉(zhuǎn)化開展深入細(xì)致的研究。長達(dá)10年的時(shí)間里，分子科學(xué)中心的科研人員不僅創(chuàng)造出碳材料家族的新成員，還齊心協(xié)力不斷開創(chuàng)石墨炔領(lǐng)域標(biāo)桿性的成果，引領(lǐng)這一領(lǐng)域的科學(xué)前沿。

據(jù)李玉良介紹，近期，研究團(tuán)隊(duì)首次提出了一種制備原子催化劑的新策略，并成功制得了錨定于石墨炔表面相互獨(dú)立的零價(jià)鎳/鐵原子催化劑。通過電化學(xué)還原，這種原子催化劑能將氮?dú)饣蛩�高選擇性、高效率地轉(zhuǎn)化為氨或氫氣，這為解決不斷加劇的能源和環(huán)境問題帶來了巨大的希望。

李玉良和他的“小伙伴”相信，作為具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的新材料，石墨炔將在新型碳材料的基礎(chǔ)研究及未來應(yīng)用上開辟新世界。

從0到1，初心不變

分子科學(xué)中心研究人員一直堅(jiān)持原始創(chuàng)新的初心，已經(jīng)形成良好的學(xué)風(fēng)，代代傳承。

分子科學(xué)中心高分子材料與科學(xué)研究部研究員趙寧所在的課題組是化學(xué)所最早建立的一批課題組之一，第一任課題組長是我國高分子物理學(xué)家施良和。“我2003年到所里，那時(shí)施先生幫助我們逐字逐句地改文章，指出文章中的問題。但從不署名。”趙寧從前輩身上學(xué)習(xí)到，唯有一步一個(gè)腳印踏實(shí)前行，才是做學(xué)問的真諦。

“在我所從事的高分子材料領(lǐng)域，要做好從0到1的原始創(chuàng)新，必須首先從理論創(chuàng)新入手，才能高屋建瓴地設(shè)計(jì)出具有新功能的分子。”趙寧告訴《中國科學(xué)報(bào)》。

最近，趙寧在高分子材料方面的系列研究受到業(yè)界關(guān)注，最大拉伸倍數(shù)超過13000倍的高分子材料、多功能形狀記憶聚合物等具有新奇性質(zhì)的材料陸續(xù)出爐。

“這些工作都是基于我們經(jīng)過多年積累提出的‘動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵’理論，即高分子材料的一些基團(tuán)之間總是處在斷鍵和形成的動(dòng)態(tài)過程中。”趙寧說，“當(dāng)時(shí)，北大化學(xué)學(xué)院余志祥老師提供了計(jì)算方面的支持，讓我們認(rèn)識到，這個(gè)過程的機(jī)理是化學(xué)鍵斷裂和形成過程會(huì)耗散能量，導(dǎo)致其拉伸倍數(shù)提高。”

踏踏實(shí)實(shí)的學(xué)風(fēng)也表現(xiàn)在科研人員甘坐“冷板凳”的堅(jiān)持上。2019年底，化學(xué)所研究員王健君在《自然》上發(fā)表研究成果。他們用表面相對穩(wěn)定的氧化石墨烯制備了一系列納米材料，證實(shí)吉布斯相變“經(jīng)典成核理論”中臨界冰核的存在。

很多人驚訝：“化學(xué)所為什么突然有個(gè)做冰的研究員？”

事實(shí)上，有關(guān)冰的研究，王健君從2010年回國到化學(xué)所工作時(shí)就已啟動(dòng)。“回國之初，按化學(xué)所要求，每位研究員需要鎖定別人沒有做過的新方向去開展工作。當(dāng)時(shí)，我考慮到2008年發(fā)生的凍雨災(zāi)害給國家?guī)�來很大損失，同時(shí)防冰材料在航空航天、低溫生物學(xué)等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。”

圍繞應(yīng)用層面的種種現(xiàn)實(shí)問題，王健君層層剝繭、步步為營，不斷挖掘、提煉深層次核心科學(xué)問題，直到3年后才發(fā)表了第一篇論文。“這里有踏實(shí)做基礎(chǔ)研究的風(fēng)氣和對待失敗的寬松環(huán)境，讓我去享受新發(fā)現(xiàn)、攀登真正的基礎(chǔ)科學(xué)高峰。”王健君總結(jié)。

韓布興的科研生涯則從化學(xué)熱力學(xué)理論創(chuàng)新開始。上世紀(jì)90年代，韓布興敏銳地意識到，化學(xué)熱力學(xué)與綠色化學(xué)的交叉研究將是科學(xué)前沿。他開始帶領(lǐng)課題組拓寬化學(xué)熱力學(xué)的研究范疇，解決綠色化學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵難題。

目前，韓布興擔(dān)任分子科學(xué)中心能源與綠色化學(xué)研究部負(fù)責(zé)人。如何將化學(xué)反應(yīng)中的原料“吃干榨凈”？他在這個(gè)問題上“死磕”多年后，最近又瞄準(zhǔn)綠色化學(xué)與材料科學(xué)的交叉領(lǐng)域，嘗試用二氧化碳、生物質(zhì)作為原料合成可降解并具有特殊性的聚合物材料。“這些新材料的使用可以減少人們對化石資源的依賴，促進(jìn)整個(gè)化學(xué)化工生產(chǎn)鏈的綠色化。”韓布興告訴《中國科學(xué)報(bào)》。

分子動(dòng)態(tài)學(xué)與激發(fā)態(tài)化學(xué)研究部、中科院院士姚建年團(tuán)隊(duì)長期致力于新型光功能材料的基礎(chǔ)研究與實(shí)際運(yùn)用，在有機(jī)低維材料、納米光子學(xué)、有機(jī)微納激光等光化學(xué)前沿方向上取得了開創(chuàng)性成果。

他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)首次將量子尺寸效應(yīng)從無機(jī)半導(dǎo)體拓展到了有機(jī)納晶體系，開創(chuàng)了有機(jī)低維光功能材料科學(xué)的研究先河，最早制備出基于單個(gè)有機(jī)單晶納米材料的光波導(dǎo)與微型激光器，成為國際上有機(jī)光電材料與納米光子學(xué)領(lǐng)域的先驅(qū)性工作。

面向未來，團(tuán)隊(duì)正在發(fā)展基于有機(jī)激光陣列的新一代平板顯示技術(shù)，將基礎(chǔ)研究成果逐步應(yīng)用到新產(chǎn)業(yè)的孵育上，為國家發(fā)展新型顯示核心關(guān)鍵技術(shù)作出貢獻(xiàn)。

低維碳材料與納米科技研究部的中科院分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是國內(nèi)最早從事納米科學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)室之一。在深入分析納米科學(xué)發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)室成立之初就對未來發(fā)展做出了長期布局，即面向科學(xué)前沿和國家需求，以功能分子納米結(jié)構(gòu)的物理化學(xué)研究為核心，以功能納米材料在生物醫(yī)學(xué)、能源環(huán)境等方面的應(yīng)用為導(dǎo)向，努力促進(jìn)原創(chuàng)性科研成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化。

該實(shí)驗(yàn)室成立20年來，在疾病診療的分子機(jī)制和能源環(huán)境中的表界面問題研究方面取得一批具有國際影響的原創(chuàng)性研究成果，引領(lǐng)了相關(guān)研究的國際發(fā)展，部分工作已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

從探究分子結(jié)構(gòu)到合成分子、組裝分子，再到面向國家重大需求的分子體系的應(yīng)用，分子科學(xué)中心科研人員在寬松的環(huán)境下心無旁騖、專心科研，已成長為一支特色鮮明、國際一流的分子科學(xué)研究隊(duì)伍。

身負(fù)“國家”盛名，分子科學(xué)中心的未來備受期待。“我們將更多地圍繞國家對基礎(chǔ)科學(xué)的需求，打造世界頂尖的分子科學(xué)研究機(jī)構(gòu)，吸引全球頂尖人才到這里來開展研究。”張德清表示。

科學(xué)午餐會(huì)，真香！

因?yàn)樾鹿诜窝滓咔榈木壒剩?font class="frd">中科院化學(xué)研究所（以下簡稱化學(xué)所）咖啡廳冷清了很長一段時(shí)間。2019年下半年，北京分子科學(xué)國家研究中心（以下簡稱分子科學(xué)中心）每兩周一次的科學(xué)午餐會(huì)在這里舉行�；瘜W(xué)所研究員于萍是午餐會(huì)的“熟客”。

剛啟動(dòng)時(shí)，每次午餐會(huì)安排1位科研人員主講，2位科研人員做墻報(bào)（poster）分享。后來，大家覺得不過癮，改成2位科研人員主講。

第一次參加午餐會(huì)，于萍就帶著課題組正在開展的離子傳輸調(diào)控相關(guān)研究和同事們分享。“鑒于腦內(nèi)的生物電信號都是通過離子傳輸，我們最近也在關(guān)注離子型器件，希望基于這一新原理發(fā)展一些新的分析方法。”于萍告訴《中國科學(xué)報(bào)》。她的分享引發(fā)同事們熱烈討論，也反過來啟發(fā)了她形成新的科研思路。

“一邊吃著盒飯一邊聊，感覺很有滋味、很有收獲。”于萍說。

更早一些時(shí)候，分子科學(xué)中心的“科學(xué)午餐會(huì)”還帶有一點(diǎn)“辣味”。2001年起，來自北大化學(xué)學(xué)院和化學(xué)所兩家單位的青年科研人員為了促進(jìn)科研交流，開始定期舉辦學(xué)術(shù)沙龍。

分子科學(xué)中心副主任范青華記得，科研人員經(jīng)常彼此“放狠話”。“報(bào)告人講完后，下面就會(huì)有人評價(jià)‘你這個(gè)工作，我看就不用做了！’”他回憶，“聽眾經(jīng)常質(zhì)疑報(bào)告人工作創(chuàng)新性，場面很火爆。”許多科研人員都在這樣的互相批評和質(zhì)疑中成長起來。

分子科學(xué)中心主任、北大化學(xué)學(xué)院教授席振峰用“抱團(tuán)取暖”來形容沙龍的初衷。“當(dāng)時(shí)，找文獻(xiàn)都不容易。”他說，“很多青年科研人員剛踏上科研道路不久，非常需要思想上的碰撞，互相促進(jìn)。”

當(dāng)然，科研人員都默契地相信，這些辛辣的“狠話”純粹是因?yàn)閷�學(xué)問的認(rèn)真態(tài)度，也是對科學(xué)的懷疑精神最有效的踐行方式。

多年的事實(shí)證明，學(xué)術(shù)沙龍和午餐會(huì)正像左右手互搏的擂臺，分子科學(xué)中心的科研水平在這樣激烈的“搏擊”中不斷提高。

科學(xué)午餐會(huì)，真香�。�甘曉）

北京分子科學(xué)國家研究中心簡介

北京分子科學(xué)國家研究中心（以下簡稱分子科學(xué)中心）是科技部2017年11月批準(zhǔn)組建的6個(gè)國家研究中心之一，在北京分子科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室籌建十余年的基礎(chǔ)上組建，依托于北京大學(xué)和中科院化學(xué)研究所。

該中心定位于面向分子科學(xué)前沿，瞄準(zhǔn)分子科學(xué)領(lǐng)域重大科學(xué)問題，開展基礎(chǔ)性、前瞻性、多學(xué)科交叉融合的創(chuàng)新研究，匯聚國內(nèi)外分子科學(xué)研究頂尖人才，建設(shè)高水平的國際化的分子科學(xué)前沿交叉研究平臺。

多年來，分子科學(xué)中心緊密圍繞分子體系的精準(zhǔn)合成與制備、分子的可控組裝、分子功能體系的構(gòu)筑與應(yīng)用等三大領(lǐng)域方向，設(shè)立9個(gè)相應(yīng)的研究部。包括分子動(dòng)態(tài)學(xué)與激發(fā)態(tài)化學(xué)研究部、合成與組裝化學(xué)研究部、無機(jī)與稀土化學(xué)研究部、高分子科學(xué)與材料研究部、低維碳材料與納米科技研究部、化學(xué)生物學(xué)研究部、有機(jī)固體研究部、分析與環(huán)境科學(xué)研究部及能源與綠色化學(xué)研究部。

北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院和中科院化學(xué)研究所強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合、優(yōu)勢互補(bǔ)，是分子科學(xué)中心的鮮明特色。