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翻開楊培東的履歷，似乎每一條都帶著耀眼的光芒。 他從中國科學技術大學本科畢業后，在哈佛大學師從國際頂尖化學家Charles M. Lieber，僅用4年時間就完成了碩博連讀。他在28歲時入職美國加州大學伯克利分校，33歲時升任終身教授，成為該校化學系歷史上受聘終身教授的第二位華人科學家。 在40歲時，他被路透社評為10年來世界排名第一的材料科學家，其論文總引用超過10萬次。后來他陸續當選為美國藝術與科學院院士、美國國家科學院院士、中國科學院外籍院士。 他在2014年獲湯森路透物理引文桂冠獎，2015年獲麥克阿瑟天才獎、世界杰出華人獎、美國能源部勞倫斯獎，2016年受時任美國總統奧巴馬邀請成為白宮前沿科學論壇并主講嘉賓，2020年獲世界能源獎。 近日，他完成了一項持續10年的研究，相關成果在Nature上發表。接受《中國科學報》專訪時，他表示“我永遠在想怎么做別人沒想到的研究”。 而對于那些“異想天開”的想法，楊培東認為，需要給青年學者提供一定程度上“不問去處”的資金支持，讓青年學者有自己的“小金庫”。
楊培東 受訪者供圖（下同）
念念不忘，10年研究終獲突破
《中國科學報》：這篇最新的Nature論文經歷了怎樣的研究過程？
楊培東：
大概在10年前，我們就發現利用銅催化劑能夠把二氧化碳轉化為乙烯、乙醇等化工原料，選擇性可以達到60%左右。由于無法揭示它的結構演化過程，2年進行了3輪修改，還是被Nature拒稿，最終轉投了PNAS（《美國國家科學院院刊》簡稱）。
這10年來，我們一直在尋求一個方法，能像拍電影一樣展示出，銅納米催化劑在二氧化碳電還原反應條件下，復雜的結構演化過程。
在這篇Nature論文中，我們借助多種先進原位表征技術解決了這個問題，這為還原過程中的高效反應活性位點來自金屬銅納米晶界提供了實驗支持。
《中國科學報》：近年來，你關注領域內的哪些科學問題？
楊培東：
多年來，我們一直關注二氧化碳回收和再利用問題，探索兩種催化轉化的技術路徑：生物催化路徑和無機催化路徑。
在生物路徑中，我們目前做的光合作用生物納米復合體系，二氧化碳轉化為特定化學品的選擇性可以達到100%，太陽能到化學能的轉化效率達到4%。
通常大家認為無機的體系更穩定，但這是一個科學難題。
目前無機催化體系的選擇性在60%左右，也就是說，轉化出的乙烯、乙醇、丙醇等化工原料是混合在一起的。如果無機體系能做到100%的選擇性、10%-15%的轉化效率，基本上我們人類所需的能源問題會得到根本解決。
因此，我們的工作就圍繞繼續提高生物路徑的轉化效率、提高無機路徑的選擇性來展開。
《中國科學報》：你曾提到，生物催化路徑的想法源自一次腦洞大開，請講講這次靈感是如何涌現的？
楊培東：
大概在十多年前，有次我去聽了一個微生物方面的講座，了解到有一類微生物可以專門用于二氧化碳的還原， 但這些微生物本身沒有光合作用功能。當時我一下子想到，是不是可以將納米導線和細菌結合在一塊兒，進行人工光合作用轉化。
可以說那時我每天都在想這個事情，一天一天過去了，一年一年過去了，總也沒有進展。但突然有那么一天，接收到了一個外部信息，讓我一下子豁然開朗起來。
這應該叫“念念不忘，必有回響”。
《中國科學報》：當時同行都覺得你“異想天開”，申請科研基金時也遭到了拒絕，你是如何開創局面的？
楊培東：
這個是很正常的，不需要為此感到沮喪。如果你覺得這是你想去做的事，那就利用一切資源去做。
當時我從政府部門拿不到基金支持，但在過去的積累中，有一些來自各界的無償資助，這是我的“小金庫”。利用這個資金，我可以分配一個學生來做這個方向。
結果像是一場“賭博”，很可能是失敗的。
當然后來我們做出了一些東西，發了兩三篇比較重要的文章，到后面大家就逐漸認可了，各種資源也跟進了。
我們需要給青年學者提供一定程度上“不問去處”的資金支持，讓青年學者有自己的“小金庫”，有一定的自由支配力。政府部門、基金會、工業界都可以做這樣的事。
當時各界捐給我資金的時候，他們不問任何問題，不問我怎么花，也不需要回報。沒有這個支持的話，我想是無法在大家都不認可的情況下開創局面的。
當然如果沒有任何資金儲備，就只能等待時機。
楊培東
高效晉升，選擇方向很重要
《中國科學報》：你僅用4年時間完成碩博連讀，1年半完成博士后研究，在28歲時成為加州大學伯克利分校助理教授，33歲就成為了終身教授，比通常的學者要快很多，如此高效的科研晉升之路，你是怎么做到的？ 楊培東： 我認為選擇方向很重要，站在岔路口的時候，我會有一個感覺，什么是最新的方向，我堅定地選擇了它。因為往往最新的方向才會有最多的科學問題和突破。 在博士期間，我和哈佛的導師開創了半導體納米導線領域。在伯克利，我用5年時間把這個領域的研究基礎奠定下來了，做出了比較大的影響力。通常從助理教授到正教授需要10年左右，我只花了一半的時間。 如果問，我怎么會在年輕的時候，就能選擇一個在將來有較大前途的方向呢，答案很簡單：這是別人沒做過的，我想去做。 《中國科學報》：“做別人沒做過的”是你的性格使然嗎？ 楊培東： 我不太清楚自己在生活中是不是這樣，但在科學上，我一直是這樣的性格。 我基本不太想碰別人做過的東西，永遠在想怎么去做別人沒想到的。如果能從別人沒想到的地方切入，有了一個新的想法，那就去做。這里面肯定有風險、失敗，結果可能會一塌糊涂，也有可能會取得突破。 但如果總跟著別人做，永遠只是漸進式的改變。 《中國科學報》：在你的科研生涯中，對你影響最大的人是誰？ 楊培東： 一個是前不久剛去世的、中國科學技術大學的錢逸泰院士，他是無機材料晶體化學的泰斗，我很幸運地在大二的時候進了他的實驗室，這培養了我對材料化學研究的興趣。 另一個是我在哈佛的導師Charles M. Lieber，他引導我進入了納米科學領域。這兩位老師對我影響是非常大的。 《中國科學報》：這是否意味著，選擇導師也比較關鍵？ 楊培東： 與選擇方向相比，選擇導師不一定是最重要的，一切還得靠自己。 對于科研來說，開創一個研究方向，并不是導師能幫你的。哪怕是獲得過諾貝爾獎的導師，獲獎是因為他自己在n年前開創了一個領域，但他不一定能夠在n年后幫你開創另一個領域。 《中國科學報》：有些科學家在取得一定地位、實驗室壯大之后，工作更加繁忙，會把學生交給實驗室里的“小導師”來帶，你是怎么做的？ 楊培東： 這邊沒有這種情況，我的實驗室是1對25，沒有其他小導師，全都是我自己帶，這樣對學生和導師的成長都比較好。 每周一我會跟每位學生單獨交流，一周內如果他們有需要可以隨時找我，這是執行了二十多年的策略。 單獨指導也不需要太頻繁，也不需要天天盯著，那樣學生會很有壓力，他們需要有自己的空間和時間，不然怎么會有創造力呢？
楊培東
兼容并蓄，保持科學創造力
《中國科學報》：你在2015年獲得麥克阿瑟天才獎，同事說是“拿了證的天才”，你怎么看待“天才”的稱謂？ 楊培東： 所謂的天才就是開玩笑而已（笑）。 《中國科學報》：在外界看來，你已經“功成名就”，但以往有報道說你仍然每天工作十幾個小時，是這樣嗎？你怎么看待科研成就與投入時長的關系？ 楊培東： 這些是誤解，我沒有那么瘋狂。 在科學界，工作時長并不是最重要的，重要的是怎么做出原始創新，怎么在有限的時間內最具創造力。 《中國科學報》：你經常會有靈感乍現的時刻嗎？你是如何保持科學創造力的？ 楊培東： 當然不經常了，如果經常有那就不得了了。 兼容并蓄。我一直跟學生講，不要局限在化學的領域里，不要只聽本學院的講座。更應該走出去，看看物理系、生物系的人在做什么，聽聽他們的前沿講座，這對大家很有幫助。 像我們實驗室，除了化學系的學生，還有材料系、物理系、生物系、工程方面的學生，我覺得這樣能有更多機會取得創新突破。 我希望年輕人能把視野拓寬，將來很多大的突破、大的發現會出現在學科邊緣、交叉領域中，如果把自己關在一個領域，不關心外面的事情，往往會失去機會。 《中國科學報》：在長期沒有進展，實驗總是失敗的時候，該怎么調整自己？ 楊培東： 科研本來就是這樣，既然選擇了這條路，就應該接受這個現實。 大部分的時候，idea做不出來，也可能要折騰很久，像我們最近這篇Nature論文前后經歷了10年左右，這是常態。當然這也是我修煉出來的，年輕學者可能還沒法接受。 我經常跟學生說，大家要有耐心，不要急躁。當我們有了一個假設，自然會認為它是對的，急切地想去證明，可有時候結果往往是相反的，就得推翻重來。但這就是科學！ 科學的驗證本來就有對有錯，驗證出它是錯的也是一個進步，它會引導你改進實驗，然后你會知道怎么提升。 《中國科學報》：你如何能幾十年來都對科研保持著極大的熱情？ 楊培東： 這個熱情來自于自己的內心。我的學生每5年換一茬，但我每個5年總都在這里，如果沒有一定的熱情，是堅持不下去的。 我們終其一生可能也無法解決某個科學問題，老一輩的科學家也是這樣。我們一代接著一代，不斷把科學往前推進，需要有精神支撐，需要有持久的熱情。 相關論文信息： https://doi.org/10.1038/s41586-022-05540-0