杨金龙：探寻分子世界的奥秘

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11月22日,中国科学院公布2019年新增选院士名单,中国科学技术大学副校长、化学与材料科学学院教授杨金龙新当选为中国科学院院士。“当选院士,是国家对我所做科研工作的认可,这也是我科研道路上的一个新的开始。”杨金龙表示,对于他来说,更有意思的研究可能还在前头,今后将坚守探索未知世界的“初心”,进一步在量子化学领域探索,并围绕国家的需求,多为社会发展做贡献。

杨金龙

将更多成果送上“书架”

科技创新,就像撬动地球的杠杆,总能创造令人意想不到的奇迹。“从国家和社会发展来讲,基础研究是创新的源泉。”杨金龙坦言,对于从事量子化学理论研究的他来说,将更多成果送上“书架”是他的梦想。

从1985年读研算起,杨金龙在中国科大学习和工作已有34年。从凝聚态物理研究,到量子化学研究,34年间,杨金龙始终与微观世界的分子、原子打交道。“在微观尺度上,物理与化学是分不开的,化学物理就是用物理的手段来研究化学的问题,研究的都是分子、原子最基本的规律。”杨金龙告诉记者,他所在的化学物理系由“两弹一星”功勋奖章获得者郭永怀创建,是中国科大建校时就有的系,该系老师有一半是物理背景、一半是化学背景,学科交叉更容易碰撞出智慧的火花。

中国科大单分子科学团队,是国际上著名的单分子团队之一。杨金龙与侯建国院士正是这一团队的领头人,其中杨金龙负责理论方面的深度掘进,侯建国负责实验部分的精耕细作。近年来,杨金龙在新型功能材料的理论设计与模拟、表面单分子量子行为的表征与调控等方面取得一系列原创性成果,如成功实现单分子自旋态的控制等,在国内外产生重要影响。目前,他已发表SCI论文470余篇,其中3篇发表在《科学》上、4篇发表在《自然》上,相关成果3次入选“中国科技十大进展”。

“单分子科学团队的大部分研究都是探索自然、发现规律,然后提出一些新概念、新机制、新判据,解决实际问题。”杨金龙介绍。在新概念方面,他提出双极磁性半导体的概念,突破用磁场调控自旋的传统固有模式,为发展新型自旋电子学器件提供了新思路。在新机制方面,他提出具有内禀电偶极矩的二维纳米催化剂,突破传统理论对催化剂能隙的限制,用红外光也可直接分解水制氢。在新判据方面,他提出一种新判据来认定电子阴离子化合物,为建立普适的电子阴离子化合物理论奠定基础。

“中国科大的环境特别适合做科研,这里可以安放一张安静的书桌,自由探索的氛围比较浓。”杨金龙坦言,这里没有太多的行政干预,科研人员可以静下心来做原始创新,也有机会与国际最前沿的科学家交流。

促更多成果摆到“货架”

让成果上“书架”或上“货架”,是众多科学家的使命。上“书架”就是“钱变纸”,做好原始创新。上“货架”就是“纸变钱”,把成果用起来,变成产品。对于杨金龙而言,上“书架”与上“货架”并不矛盾,两者缺一不可。

今年1月31日,国际顶级期刊《自然》报道一项重大成果:中国科大路军岭、韦世强、杨金龙等人研发出一种新型催化剂,可以解除氢燃料电池一氧化碳“中毒休克”危机,有望加速氢能源汽车的民用推广。

零排放、零污染的氢燃料电池汽车,代表着未来新能源汽车发展的重要方向。但当前氢燃料电池所使用的氢气,通常含有0.5%至2%的一氧化碳。作为氢燃料电池汽车的“心脏”,燃料电池铂电极容易被一氧化碳杂质气体“毒害”,导致电池性能下降和寿命缩短,严重阻碍氢燃料电池汽车的推广。“我们花了几年功夫,重新设计了一种新型催化剂,可以有选择性地高效去除氢燃料中的微量一氧化碳,为氢燃料电池在频繁冷启动和连续运行期间提供全时保护。”杨金龙介绍,目前他们正在推动这一成果产业化。

利用太阳光分解水制氢,为人类提供清洁能源,被视为化学的“圣杯”。杨金龙提出红外光分解水制氢新思路,则大大扩展了太阳能转化为化学能中可利用的太阳光频谱范围,有望对未来新能源技术发展产生重要影响。

“我的大部分研究都是力求让成果上‘书架’。但另外一块,用自己发展的方法来解决国民经济相关技术难题,也是我们努力的重要方向。”杨金龙认为,让适合做基础研究的人做基础研究,更多的人要做好技术创新和成果转化。

科技创新、科学普及,是实现创新发展的两翼。在工作中,他不仅给本科新生上《科学与社会》课,而且参与该校中学生“英才计划”,给中学生讲科普,激发他们对科学的热爱。“把科学家的成果变成科普知识,及给老百姓传播,是科学家的义务。”杨金龙说。

不忘探索未知的“初心”

在杨金龙看来,对未知世界的探索,是他最大的兴趣。“探索全世界都没人知道的事情,这本身很有挑战性,但把它搞清楚了,会很有成就感、满足感,这就是科研的原动力。”杨金龙表示,做科研要沉得住气、能静下心,做自己感兴趣的事情。

当今世界,科学研究快速发展,学术浮躁和急功近利的情况并不鲜见。“科研工作者不能随波逐流,科研底线必须遵守。”杨金龙说,做科研不是靠吹出来的,也不可能一帆风顺,要实现长期目标和短期目标的平衡。“做科研要不停地克服困难、解决问题,有些问题一时搞不清楚,可以放一放,等段时间换个思路,也许困难就会迎刃而解。”

作为中国科大副校长,行政工作占据了杨金龙不少时间,但他乐在其中。“大学老师的工作,应该由教学、科研、服务三部分组成,这三者相辅相成。”杨金龙说,每个人都应该做些服务,这不仅对个人成长很有帮助,也为科研团队的组织提供了很好的经验。

近年来,杨金龙先后培养了40多名博士生。在学生心中,他始终是个温和的人。“我的理念是给学生更多的自由,多跟他们交流、多多提问题,以此来激发他们的主动性和灵感。”杨金龙认为,做基础研究要打好扎实的基础,培养良好的科研范式,要有批判性思维和敏锐的眼光,真正能抓住问题、解决问题,不能人云亦云。

闲暇之余,杨金龙有一个特别的爱好——拍摄花朵。在他的微信朋友圈,隔段时间就能看到他的“新作”。通过拍摄花朵,他已经认识了400多种花。“科学就像花一样,是一种很美的东西。如果这种美的东西我不知道,我一定会想办法认识它、了解它。”杨金龙说。