李亚栋教授带领团队完成的“功能纳米材料的合成、结构、性能及其应用探索研究”获国家自然科学二等奖

向纳米材料研究的高峰不懈攀登

●新闻中心实习记者 刘蔚如

  李亚栋教授(前排右)和团队成员一起讨论(刘煜原 摄影)

  十年磨一剑,以此来形容李亚栋教授和团队这些年来的研究工作也许再合适不过。

  从1999年初调入清华,李亚栋就开始组建科研团队,并选择功能纳米材料的合成、结构、性能及应用探索作为主攻研究方向。10年间,他们的研究结出了丰硕的成果,共计在SCI刊物上发表论文180余篇,授权发明专利23项,还获得了2006年北京市科学技术奖一等奖。2008年,他们的研究成果获得国家自然科学二等奖。

  李亚栋带领团队完成的项目名为 “功能纳米材料的合成、结构、性能及其应用探索研究”,该项目涉及纳米材料研究中控制合成、结构表征及应用中的多个关键性科学问题。以纳米材料的控制合成、形成机制研究为突破口,发展出的系列纳米材料合成方法已经为国内外同行广泛引用与采用,为纳米材料的可控合成问题的成功解决奠定了技术基础。同时,项目在纳米材料应用领域的系统性研究成果也进一步拓宽了纳米材料可能的实际应用领域,对推动纳米科技从基础研究走向应用具有重要的科学价值。

  在科研过程中,团队也培养出了一批优秀的青年科技人才,其中3人获全国优秀博士论文、1人获北京市优秀博士论文、7人获清华大学优秀博士论文、1人获2005年度国际IUPAC青年化学家奖并获国家杰出青年基金、2人入选中科院 “百人计划”、6人破格晋升为教授。

  “盯在一个方向上一直做”

  纳米技术的研究热潮掀起于10年前的世纪之交,李亚栋和团队也正是在那时确定了他们的研究方向。

  2000年1月21日,时任美国总统克林顿在加州理工学院宣布了一项新的国家计划———国家纳米技术计划(NNI)。克林顿把这项计划作为联邦政府科技研究与开发的第一优先计划,并将联邦政府2000年在纳米技术上的投资几乎翻了一番,使NNI计划在2001年的预算接近5亿美元。

  一时间,纳米科技异军突起。世界各主要国家均把纳米技术当做在未来最有可能取得突破的科学和工程领域,纷纷向该领域投入研究资金,来自各学科的优秀学者也聚集到这一前沿热点研究领域,可谓“强手如林”。

  谈到选择纳米材料的合成、结构和性能作为研究方向的原因,李亚栋说,人们已经发现纳米材料的诸多优异特性可以推动科技发展,改善我们的生活,当研究者开始思考如何使用它时,纳米材料的合成和制备就成了首先要解决的问题。之前已有的一些合成与制备方法各有特点,但很难适应规模化、大批量的制备,李亚栋和团队想做的,就是寻找到新的途径和方法,降低纳米材料的制备成本,提高其制备方法的通用性,使其能够满足未来大规模工业化生产与应用的需求。

  在这个方向上,李亚栋带领团队一干就是10年。纳米晶制备过程中成核、生长及其尺寸与形貌调控是该领域的重大难题,他们不断探索纳米晶成核、生长的规律,最终建立了一种通用的“液相-固相-溶液”纳米晶合成方法,实现了贵金属、氧化物、化合物半导体等不同类型单分散纳米晶的可控制备,相关研究结果发表在2005年的《自然》杂志上,并入选“2005年度中国基础研究十大新闻”。剑桥大学学者Emsley在2007年《科学观察》第一期上以“A Great Leap Forward in Nanotechnology”为题对该工作做了评论:“It is paper which looks set to revolutionize their synthesis.……will almost certainly be seen as a landmark in their production”。

  纳米材料的可控组装是实现其宏观应用的重要途径之一。团队在之前工作的基础上,利用所合成纳米晶在非极性溶剂中的可分散性,设计出水包油微乳体系,获得了由单分散纳米晶构建而成的新型介孔材料,并发展出一种由单分散纳米晶可控合成、组装到三维胶体球及介孔材料制备的普适性方法。《自然亚洲材料》称他们通过纳米组装新途径获得了具有高孔隙率、良好的结晶性及热稳定性的介孔材料,在催化、锂离子电池等领域显示了诱人的应用前景。

  另一项让李亚栋备感骄傲的研究成果是有关纳米材料的晶面与其催化活性关系的发现。2005年,他们发现暴露高活性晶面的氧化铈纳米棒CO催化氧化活性比其纳米颗粒高数倍,随后又在表面增强拉曼、气敏等领域的研究中,观察到不同晶面的纳米粒子具有不同的表面增强效应,最近他们又通过一些新发现揭示出具有不同催化活性的纳米晶所暴露的晶面结构稳定性是引起催化活性、选择性差异的关键,这为他们今后在纳米材料的基础与应用研究方面的深入奠定了良好的基础。

  “如今的成果是 10年工作的积累,我们就是盯在一个方向上一直做。”李亚栋这样总结他们今天的成绩,“成就需要时间的磨砺,我们的同行都很聪明,最后要看谁更勤奋,投入的精力更多,坚持的时间更长。一分耕耘一分收获!”

  研究和团队建设都要扬长避短

  “目前我们的研究大多还是在前人基础上的继承和发展,把传统方法中有利于大规模制备的优点保存下来,改善其成本高、通用性不强等问题。”李亚栋认为,做研究要懂得扬长避短。

  1991年碳纳米管的发现,展现出一维纳米管、线在基础科学与应用方面的重大前景。2001年,李亚栋带领研究组提出了纳米管的层状卷曲形成机制,开辟了无机纳米管合成的新途径,相继发现其他具有层状结构无机化合物纳米管,并在国际一流学术期刊如《美国化学会会志》、《纳米快报》、《应用化学》等发表学术论文40余篇,他们所发展的方法已被国内外同行广泛采用。

  “只有对一个研究领域具备相当的了解,清楚自己所处的位置和优劣势,清楚该领域的问题和瓶颈所在,然后扬长避短地制定研究策略,才能取得别人做不到的成果。”李亚栋认为,这就像我们在观看一些战争片或者体育比赛时感悟出的道理一样,保持清醒的头脑,知己知彼,善于取长补短、扬长避短,是在很多事情上取得成功的有效策略。

  正是靠着这种策略,李亚栋和他的团队在纳米材料的可控合成和制备方面,尤其是在其方法的建立和技术的发展方面,形成了自己的独特之处。他们的研究成果在国际上得到广泛的认可,据不完全统计,他们发表在SCI刊物上的论文累计SCI他引次数达7000余次,他们也借此成为该领域里国际有重要影响的研究团队。

  对于团队来说,如何让每个人都能扬长避短,也是身为负责人的李亚栋始终思考的问题。他说:“人与所处的环境密切相关,一个研究团队需要能调动成员的积极性,激励他们把最优秀的潜能发挥出来,这可能是一个团队成功发展的关键。”

  李亚栋的办公室里摆着五六把椅子,他喜欢大家经常在一起自由探讨。每当对问题有了新的理解时,李亚栋都会及时叫学生们到办公室来交流讨论。他把团队的科研工作比成打一场歼灭战,大家有一个共同的目标,具体到每个人又有自己独立的一摊事情,最后“几路军”在一个地方“会师”。这个过程中,团队的交流合作非常重要。

  他还喜欢组织大家在周末和节假日开展一些轻松愉快的体育活动,学生们都知道他喜欢打乒乓球。在大家眼中,“李老师的思维总是围绕着研究,我们在活动中实际上就是大家交流和碰撞不同的信息。愉快的拿来分享,不愉快的拿来宣泄,这才是一种良好的团队氛围。”

  在李亚栋所在的研究所和科研团队中,很多青年教师都有很重的教学任务,为了减轻他们的负担,李亚栋便把自己积累的课件提供给年轻教师参考使用,以减少他们在讲授一些相关课程时的备课时间。“一个人不可能包打天下,所以要大家互补、合作。”李亚栋说。

  任何一个团队必然由各种不同的人组成,大家会有不同的追求和想法,要做到扬长避短、用其所长,李亚栋认为,身为团队带头人要做到“知人”和“善任”。他说:“要弘扬好的,摒弃不好的,使优秀的年轻人能够充分发挥自己的才干,把团队的氛围、文化保持下去并不断完善。”

  理想主义者的更高理想

  李亚栋认为自己是一个理想主义者,所以他希望做研究能够矢志不移、心无旁骛。在他看来,历经10年取得的成果,是大家踏踏实实、一步一个脚印的积累。

  李亚栋曾和学生们一起在网上测心理年龄,结果他“40多岁的人变成20多岁”。在李亚栋看来,这说明自己还是朝气蓬勃、阳光向上的,这得益于自己不保守,也不太考虑负面的东西。李亚栋曾经的学生、化学系教授王训这样评价李亚栋:“李老师工作热情非常高,对事业太执着了,这一点让我非常敬佩。比如每期杂志他绝对都要扫一遍,我们有时候可能做实验多了,有点儿懒就不看了,但李老师会把每期杂志都通读一遍。”

  “我们目前所取得的一点点成绩,是对我们研究团队的肯定,是大家对我们的鼓励和鞭策。”李亚栋说。他们还将继续在这个方向上努力攀登,期望能进一步推动这一领域向前发展。

  相比于研究上取得的成果,团队中学生的成长更让李亚栋感到高兴。“看着学生们一个个成长,有的成长和进步速度出人意料;看到他们能够找到自己今后的学术追求,继续从事相关方向的研究,把科学研究作为今后的事业”,这些让李亚栋“真的是发自内心的高兴”。

  而一个理想主义者的烦恼则来自于一些琐事,一个想要全身心投入学术研究的人,总是希望所有和学术相关的事务都更单纯、更简捷一些。“比如大家交流的时候,可以更简单、更直接一些。”对待学生,李亚栋同样是有问题就直接说,“有时候太直接了可能会让别人误解或难以接受,我现在也在不断改进,但作为一个理想主义者,我宁愿做一个简单的人、纯粹的人,不应该、也没必要把过多心思放在这些非关键性事务上,浪费了宝贵而有限的时间。”

  李亚栋也把这种理想主义的风格带到了团队。他总说,有多大胸怀才能成就多大事业。他认为,一个团队的最高学术追求决定了团队能走多远,“团队最重要的一点是要有大目标、大方向来引导,大家才不会对别的东西太热衷或者太感兴趣,而是向着团队的最终理想形成合力。”王训也同样认为:“我们团队的特色就是方向比较集中,大家的大方向一致,劲往一块儿使。”

  “我相信我们团队还有很大的发展空间,还有潜力,大家也都期待着纳米技术在未来给我们的生活带来更多益处。用我们掌握的新知识、新技术造福人类,产生更大的社会与经济效益,是每一位科学家的梦想,也是我们的理想。”李亚栋平静地说,“我们并不认为现在取得了多大的成就,更好的还在明天。”

2009年05月05日 12:16:38  清华新闻网

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