化學反應機理領域的“排頭兵”——記國家“青年千人計劃”入選者、浙江大學化學系研究員洪鑫

文/徐強

化學反應機理領域的“排頭兵”——記國家“青年千人計劃”入選者、浙江大學化學系研究員洪鑫

文/徐強

化學是自然科學的一種，是一門歷史悠久而又富有活力的學科，是人類用以認識和改造物質(zhì)世界的主要方法和手段之一?；瘜W知識的形成、化學體系的發(fā)展經(jīng)歷了漫長而曲折的道路，它伴隨著人類社會的進步，促進生產(chǎn)力的發(fā)展，推動歷史的前進，從鉆木取火的原始社會到使用各種人造物質(zhì)的現(xiàn)代社會，人類都在享用化學的成果，化學領的域成就是社會文明的重要標志?；瘜W反應機理是化學中用來描述某一化學變化所經(jīng)由的全部基元反應，是理解和設計反應的基礎，是創(chuàng)造新的化學轉(zhuǎn)化和高效催化劑的前提，已經(jīng)成為目前化學研究領域的新興熱點。

“有田不耕倉稟虛，有書不讀子孫愚；寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來”。本文的主角——洪鑫博士，是化學反應機理研究領域的杰出代表，長期致力于該領域的研究，取得了一系列的原創(chuàng)性成果，逐漸成長為該領域的“排頭兵”。

少年立志，一路花開

《禮記》有云：“博學之，審問之，慎思之，明辨之，篤行之”。志存高遠，始于足下，洪鑫博士與化學的深厚緣分始于少年時代，小小年紀便展現(xiàn)出過人的化學天賦，2006年被保送進入中國科技大學化學系攻讀學士學位，對有機化學反應的機理和控制因素有了初步的認識并產(chǎn)生了濃厚的興趣；2010年赴美國加州大學洛杉磯分校攻讀博士學位，師從于美國科學院院士Kendall N. Houk教授；2014年畢業(yè)后在Kendall N. Houk院士課題組繼續(xù)開展博士后研究工作；2015年于斯坦福大學美國工程院外籍院士Jens K. N?rskov教授課題組從事博士后研究工作。2016年洪鑫博士載譽回國，擔任浙江大學化學系特聘研究員，從事化學反應機理認識方面的研究工作。

洪鑫研究員（左一）與導師合影

“茍日新，日日新，又日新”。生活從不眷顧因循守舊、滿足現(xiàn)狀的人，從不等待不思進取、坐享其成的人，而是將更多機遇留給善于實踐和勇于創(chuàng)新的人們。在求學路上孜孜不倦的洪鑫博士碩果累累，在博士學習期間和科研工作中受到了各方面的高度認可，被UCLA授予了Christopher Foote Fellowship等諸多獎勵，破格于四年提前博士畢業(yè)并被授予全院唯一的Saul and Sylvia Winstein Dissertation Award；同時作為UCLA化學系的兩名代表之一受美國化學會有機分會邀請參加了在Irvine 舉辦的Graduate Research Symposium并做大會報告。

三味甘香, 不負韶華

“古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有堅忍不拔之志”。留學期間，年輕的洪鑫博士秉承“非學無以廣才，非志無以成學”的理念，堅持貴在勤奮、貴在鉆研、貴在有恒，取得了一系列創(chuàng)新性的研究成果。

一是過渡金屬催化的環(huán)加成反應中機理和選擇性的研究。由過渡金屬催化的不飽和底物參與的環(huán)加成反應是如今有機合成中構(gòu)建環(huán)狀骨架的重要手段。盡管這一系列反應在有機合成中有著非常重要的應用，過渡金屬對于不飽和底物的活化機制以及有機金屬中間體實現(xiàn)成環(huán)的機理還有很多未解問題。洪鑫博士及其團隊通過計算化學手段，與國際知名的實驗課題組開展了一系列緊密合作，從分子層面上揭示了系列環(huán)加成反應的反應機理，基于機理歸納總結(jié)出了很多控制相關(guān)反應活性和選擇性的關(guān)鍵因素。相關(guān)工作被國際著名學術(shù)期刊J. Am. Chem. Soc. Spotlights作為熱點報道。

二是(3++2)環(huán)加成反應在催化反應中的機理和選擇性的研究。陽離子的三原子4π組分參與的(3++2)環(huán)加成反應早在上個世紀70年代就有報道，但在隨后的幾十年中人們并沒有認識到其在催化反應中會有應用。洪鑫博士及其團隊通過密度泛函計算的研究，發(fā)現(xiàn)了(3++2)環(huán)加成反應在一系列催化反應中都有著重要的意義，為相關(guān)三原子4π組分參與的催化反應提供了重要的機理模型，并為相應的活性和選擇性的理解提供了基礎。

三是鎳催化C-O鍵活化中機理和選擇性的研究。洪鑫博士及其團隊通過密度泛函計算，發(fā)現(xiàn)了在不同膦配體作用下C-O鍵活化的五元環(huán)和三元環(huán)過渡態(tài)的關(guān)鍵性變化，利用“形變能-作用能”模型揭示了這一變化的成因，解釋了不同膦配體對C-O鍵活化化學選擇性的控制，對進一步開發(fā)高效，高選擇性的惰性化學鍵的官能團化提供了指導作用。在C-O鍵活化的理論研究的基礎之上，與UCLA的Garg課題組合作通過計算成功預測了鎳催化的酯與酰胺之間的可逆轉(zhuǎn)化，這是有機化學里首次實現(xiàn)了對于酰胺這一類惰性化合物的催化轉(zhuǎn)化，填補了一大空白。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature等頂級學術(shù)期刊，并被Angew. Chem. Int. Ed. Highlights, Nature Chemistry, C&EN News作為熱點報道。

四是二硫化鉬催化的二氧化碳電還原反應中機理和活性的研究。在均相催化以外，洪鑫博士對二硫化鉬及其衍生物這類新型材料作為二氧化碳電還原催化劑的機理和活性也做了深入研究，發(fā)現(xiàn)了二硫化鉬的二維反應位點對于還原機理的重大影響，實現(xiàn)了突破傳統(tǒng)過渡金屬催化活性的可能。在機理工作的基礎之上，發(fā)現(xiàn)了活性位點上過渡金屬的摻雜對于反應活性的重要影響，并從分子層面對這一影響做了定量的解釋，為進一步的開發(fā)和設計二氧化碳還原催化劑提供了重要的幫助。

破繭成蝶，華麗蛻變

“德者，本也?！辈淘嘞壬f：“若無德，則雖體魄智力發(fā)達，適足助其為惡。”圓滿完成學業(yè)后，2016年洪鑫博士回國發(fā)展，受聘于浙江大學化學系任特聘研究員職務，開啟了他“博觀而約取,厚積而薄發(fā)”的新征途，憑借著渾厚的專業(yè)背景和知識積累，洪鑫博士以一名海歸教師的國際視野、國際思維將自己在海外求學期間積累的專業(yè)前沿知識和“天下難事，必作于易；天下大事，必作于細”砥礪勤勉的科研作風教授給“恰同學少年，風華正茂”的莘莘學子們，在均相催化的選鍵活化反應的機理及催化劑設計和異相催化的二氧化碳還原反應的機理和新材料設計研究領域開辟著新的征途和戰(zhàn)場，以期深入地研究一系列選鍵活化反應中機理和活性選擇性的控制因素，促進和開發(fā)一系列新型選鍵活化反應的發(fā)展；尋求催化劑化學組分對于催化效率影響的普遍規(guī)律，為進一步的改進和設計這一類重要化學轉(zhuǎn)化的催化劑提供理論的幫助，將相關(guān)的化學催化過程推到新的高度。

孔子有曰：“仁者不憂，智者不惑，勇者不懼”，年輕的化學學科帶頭人將每一次任務都視為一個新的開始，一段新的經(jīng)歷，一扇通往成功的機會之門，在浙江大學化學系的科技殿堂上揮灑著青春的汗水與榮光。夢在前方，路在腳下，自強者勝，自勝者強。