窺探納米之美 跨越海峽圓夢(mèng)

干思思

從臺(tái)灣到深圳，跨越海峽。不同的城市，不僅有相同的膚色，也有相近的飲食和文化。2017年，為了圓自己的獨(dú)立科研夢(mèng)，李昇隆從臺(tái)灣奔赴內(nèi)地，在中國(guó)的創(chuàng)新活力之城深圳，開(kāi)啟了表面材料與分析化學(xué)的科學(xué)前沿探索工作。

兩年多來(lái)，李昇隆聚焦納米薄膜材料的制備與其分析應(yīng)用，以聚羧酸官能基的均苯三甲酸與其結(jié)構(gòu)上的衍生物為研究素材，在國(guó)際和國(guó)內(nèi)首次提出多重刺激協(xié)同控制表面超分子組裝結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的概念，在超分子化學(xué)自組裝領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了重大突破。

源于興趣，樂(lè)在享受，成于發(fā)奮，志在遠(yuǎn)方。對(duì)李昇隆而言，走進(jìn)應(yīng)用化學(xué)完全是因?yàn)榕d趣，從事科研工作本身就是一種生活，探索超分子化學(xué)的前沿科技就是一種生活上的“享受”。因此，他時(shí)時(shí)刻刻都在享受生活，熱衷生活。

突破關(guān)鍵技術(shù)超分子組裝的無(wú)限可能

物質(zhì)材料與人類生活、科技產(chǎn)業(yè)息息相關(guān)。近年來(lái)，超分子化學(xué)在千變?nèi)f化的材料科學(xué)領(lǐng)域占有一席之地，探索分子材料相關(guān)的研究課題無(wú)論在基礎(chǔ)科研中還是實(shí)際應(yīng)用層面都有著不可忽視的重要性。

分子自組裝是以分子作為單元建構(gòu)物質(zhì)的新概念，此一大自然物理現(xiàn)象，現(xiàn)今已演變成科學(xué)家創(chuàng)造物質(zhì)材料的新策略。

控制超分子自組裝行為與落實(shí)其潛在應(yīng)用價(jià)值是當(dāng)今科學(xué)進(jìn)展中重要的前沿議題，Science期刊曾于2005年夏提出了未來(lái)25年科學(xué)家將面對(duì)的top 25重要科學(xué)難題。其中，唯一與化學(xué)相關(guān)的是由Service R.F.教授撰稿提出的“我們能夠推動(dòng)化學(xué)自組裝走多遠(yuǎn)？”

2020年6月，李昇隆課題組利用一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果，突破了超分子結(jié)構(gòu)的這一核心問(wèn)題。他們發(fā)現(xiàn)，可通過(guò)添加少量高極性溶劑來(lái)控制與加速超分子排列結(jié)構(gòu)之間的相互轉(zhuǎn)換。這一重要科研成果論文被發(fā)表在英國(guó)皇家化學(xué)期刊Chem. Commun.上，引起世界化學(xué)與材料界的廣泛關(guān)注。

事實(shí)上，過(guò)去十年來(lái)，控制分子材料組裝結(jié)構(gòu)手段不斷推陳出新，一方面可以從有機(jī)合成化學(xué)角度思考，化學(xué)家致力于合成出具有超分子非共價(jià)鍵結(jié)作用力的分子單元；另一方面可以從材料化學(xué)觀點(diǎn)切入問(wèn)題，材料科學(xué)家通過(guò)利用不同的外界刺激或環(huán)境變因，以此為控制手段達(dá)到操控分子單元，并借此進(jìn)一步引導(dǎo)超分子組裝過(guò)程。

不可忽略的是，通過(guò)發(fā)展超分子化學(xué)，數(shù)以萬(wàn)計(jì)的分子種類可借由合成化學(xué)精巧設(shè)計(jì)創(chuàng)造制備，分子單元可借由非共價(jià)鍵結(jié)方式，輕易形成井然有序且具有潛在應(yīng)用價(jià)值的功能性組裝結(jié)構(gòu)，不同的分子組織結(jié)構(gòu)可導(dǎo)致差異迥然的材料性質(zhì)，分子為單元的結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)?shù)臐摿Πl(fā)展下一世代高科技產(chǎn)業(yè)。

在超分子化學(xué)中，因物質(zhì)組成元素與其聚集狀態(tài)能直接影響材料的光、電、磁等特性，探索與發(fā)展能準(zhǔn)確調(diào)控微納米尺度物質(zhì)的方法一直是材料領(lǐng)域的前沿課題，突破控制超分子組裝結(jié)構(gòu)將引領(lǐng)推動(dòng)未來(lái)納米科技。無(wú)論是國(guó)際還是國(guó)內(nèi)，這一課題中對(duì)超分子結(jié)構(gòu)的刺激響應(yīng)是這一領(lǐng)域亟須突破的關(guān)鍵技術(shù)，一直處于啟蒙階段。

李昇隆課題組此前已在這一領(lǐng)域接連取得重要進(jìn)展并發(fā)表科研成果，獲得國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等資助，他們以“多重刺激協(xié)同控制超分子組裝結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換”為課題展開(kāi)深入研究，旨在探索協(xié)同（加成）效應(yīng)對(duì)控制材料組裝結(jié)構(gòu)相轉(zhuǎn)變所帶來(lái)的沖擊效益。

在數(shù)以萬(wàn)計(jì)的分子系統(tǒng)里，與表面超分子自組裝結(jié)構(gòu)研究課題中，最具代表性的分子就是以苯環(huán)為中心修飾上間位對(duì)稱羧酸官能基的分子。李昇隆以聚羧酸官能基的均苯三甲酸與其結(jié)構(gòu)上的衍生物為研究素材，首次提出多重刺激協(xié)同控制表面超分子組裝結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換之概念。在具體研究方法上，掃描隧道顯微鏡將在電場(chǎng)極性方向調(diào)控與影像擷取上起到調(diào)控外界刺激變因的作用。協(xié)同變因則為溶劑極性、添加物、環(huán)境溫度與脈沖電位刺激等。

李昇隆課題組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，協(xié)同刺激能達(dá)到進(jìn)階操控超分子組裝結(jié)構(gòu)的效果。比如基材電極性與溫度的同時(shí)協(xié)同調(diào)節(jié)，可創(chuàng)造邏輯閘門式的協(xié)同誘導(dǎo)超分子排列結(jié)構(gòu)相轉(zhuǎn)變。其機(jī)理可歸因于協(xié)同效應(yīng)提升或抑制分子羧酸官能基質(zhì)子解離率，進(jìn)而影響顯微鏡電場(chǎng)誘導(dǎo)超分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換效率，催化或抑制相轉(zhuǎn)變發(fā)生。

李昇隆課題組預(yù)期，多重刺激協(xié)同控制超分子組裝結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的研究成果將極大豐富與完善刺激誘導(dǎo)超分子組裝結(jié)構(gòu)響應(yīng)理論，并在此基礎(chǔ)上建立一個(gè)新穎的超分子組裝技術(shù)平臺(tái)。

志業(yè)教學(xué)科研成長(zhǎng)之路不忘師恩

李昇隆從小的志向就是要當(dāng)一名大學(xué)老師，將自己的研究成果、科研心得、生活理念及興趣分享給學(xué)生。在他看來(lái)，與其說(shuō)教師是一種職業(yè)，不如說(shuō)教師是一種“志業(yè)”。

納米科技與人們生活息息相關(guān)，肉眼看不到的納米材料，卻能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的能量和效應(yīng)。

李昇隆第一次接觸納米科技是在臺(tái)灣攻讀碩士研究生的時(shí)候。從臺(tái)灣中山大學(xué)化學(xué)系碩士畢業(yè)后，他憑借優(yōu)異的成績(jī)進(jìn)入臺(tái)灣“清華大學(xué)”讀了一年博士，后重新考入臺(tái)灣大學(xué)化學(xué)所，又因?qū)嶒?yàn)室建設(shè)的原因耽誤了半年時(shí)間。盡管如此，李昇隆憑借自己的努力，僅用了兩年多的時(shí)間，就完成了博士學(xué)業(yè)。

他的博士生導(dǎo)師陳俊顯教授當(dāng)時(shí)給他定下了明確的目標(biāo)：要在兩年半以后畢業(yè)，并告訴他必須要做哪些方面的努力。在那不到三年的時(shí)間里，陳俊顯像雕琢一塊璞玉一樣訓(xùn)練李昇隆各方面的能力，包括科研理念、科技寫作等，更重要的是教會(huì)他待人處世之道。陳俊顯的教學(xué)之道極大地影響了李昇隆，不僅加深了他對(duì)從事“教師”這一職業(yè)的渴望，也讓他在未來(lái)的教研道路上傳承了陳俊顯的精神與理念。

博士畢業(yè)后的3年時(shí)間里，李昇隆繼續(xù)在臺(tái)灣大學(xué)化學(xué)所跟著陳俊顯教授一起做科研。從博士到博士后階段，他研讀了很多超分子化學(xué)領(lǐng)域“大咖”Steven De Feyter教授的著作，一直向往能夠加盟這位大師的研究團(tuán)隊(duì)，到表面超分子化學(xué)領(lǐng)域的科研殿堂中歷練和成長(zhǎng)。于是，他忐忑不安地聯(lián)系上De Feyter教授，將自己的履歷與申請(qǐng)函件發(fā)給了他。出乎意料繼而驚喜的是，他的履歷和成績(jī)得到了De Feyter的認(rèn)可，僅僅半小時(shí)后，他就收到了被錄用的回信。

2012年，李昇隆遠(yuǎn)赴比利時(shí)魯汶大學(xué)化學(xué)所，任瑪麗居里博士后研究員。在比利時(shí)的3年時(shí)間里，耳濡目染下，李昇隆打開(kāi)了更廣闊的學(xué)術(shù)交流和合作的空間。

李昇隆的主要研究方向，一方面是著重于如何有效控制超分子自組裝結(jié)構(gòu)的多晶相生成與轉(zhuǎn)換；另一方面則是研究如何利用納米科技制備分析感測(cè)組件并應(yīng)用到真實(shí)樣品偵測(cè)分析，同時(shí)以物理化學(xué)觀點(diǎn)詮釋分析感測(cè)的機(jī)理。

他認(rèn)為，自掃描隧道顯微鏡問(wèn)世以來(lái)，人類終有能力窺探納米世界之美，使得控制超分子的成核與長(zhǎng)晶，在結(jié)合環(huán)境控制的條件下制備超分子單晶薄膜并應(yīng)用在光電組件上變得可行。

這一分析儀器可輕易獲得分子級(jí)甚至原子級(jí)影像解析，在相關(guān)表面科學(xué)研究課題中是一個(gè)不可或缺的研究工具，利用這種工具來(lái)獲得納米尺度微觀世界信息的文獻(xiàn)至今已達(dá)數(shù)千篇，且呈指數(shù)遞增當(dāng)中。

于比利時(shí)魯汶大學(xué)從事掃描隧道顯微鏡的研究工作過(guò)程中，李昇隆發(fā)表了一系列具有重要影響的研究成果，其中很多成果發(fā)表在JACS、ACS Nano、Nanoscale等頂級(jí)國(guó)際期刊上。

每每談到自己科研上的成就時(shí)，李昇隆都心懷感恩，自己的科研成就與多位老師密切相關(guān)，是他們帶他走上了窺探納米世界之美的瞭望塔。

討論激發(fā)創(chuàng)新跨越海峽圓“獨(dú)立”科研夢(mèng)

從比利時(shí)回到臺(tái)灣大學(xué)化學(xué)所任助理研究學(xué)者兩年之后，李昇隆亟須找到承載自己獨(dú)立科研夢(mèng)想的地方。于是，在臺(tái)灣大學(xué)化學(xué)系陸天堯老師的推薦下，他毅然奔赴海峽對(duì)岸的創(chuàng)新之城——深圳，加入深圳大學(xué)高等研究院任研究員。

選擇深圳，不僅因?yàn)樵谏钲谟邢嘟恼Z(yǔ)言、飲食和文化，更重要的是，李昇隆所開(kāi)展的研究需要昂貴的實(shí)驗(yàn)室儀器，而深圳大學(xué)在研究資金上有足夠的保障，這讓他在科研和生活上都可以無(wú)縫接軌。

剛到深圳的第一年，李昇隆就拿下了多個(gè)科研項(xiàng)目的立項(xiàng)，之后又成功獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的立項(xiàng)與資金支持。

為了展現(xiàn)自己的獨(dú)立科研能力，李昇隆剛到深圳就開(kāi)始以唯一通訊作者發(fā)表論文，“先求質(zhì)，再求量”。而如今，課題組成立一年半以來(lái)，他和團(tuán)隊(duì)已相繼發(fā)表了20篇國(guó)際期刊論文。在這其中，僅以他為獨(dú)立通訊作者署名的文章就達(dá)到12篇，其中17篇是依托單位為第一單位通訊作者發(fā)表的科研成果。

帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)做獨(dú)立的科研項(xiàng)目，不僅意味著需要承擔(dān)起科研帶頭人的職責(zé)，同時(shí)也要?jiǎng)?chuàng)造良性的團(tuán)隊(duì)文化，讓團(tuán)隊(duì)成員之間相互促進(jìn)，共同成長(zhǎng)。近年來(lái)，深圳大學(xué)大力支持博士級(jí)研究人才梯隊(duì)的培養(yǎng)，在李昇隆的課題組團(tuán)隊(duì)中，目前已有5位博士成員，此外還有多名碩士研究生及本科生，其中碩士生曾興明在半年的栽培中已發(fā)表Nanocale與Chem. Commun.等中國(guó)科學(xué)院一區(qū)文章。

每個(gè)團(tuán)隊(duì)成員都有自己的科研方向，擺在李昇隆面前最大的困難是此前幾乎沒(méi)有組織研究團(tuán)隊(duì)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，于是，他花了很多時(shí)間跟課題組成員溝通與適應(yīng)彼此的相處模式。

團(tuán)隊(duì)的成員來(lái)自不同的國(guó)家，不僅有中國(guó)的，也有巴基斯坦、印度的?？蒲许?xiàng)目上，彼此之間本來(lái)就存在競(jìng)爭(zhēng)，如何讓成員之間能夠放下因競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致的嫌隙，是一個(gè)很難的問(wèn)題。剛開(kāi)始，團(tuán)隊(duì)里有一位女性成員，一年發(fā)表好幾篇論文，她因此常常會(huì)引來(lái)其他成員的“攻擊”，而李昇隆則安慰她，“優(yōu)秀的人總會(huì)容易引來(lái)別人的妒忌，需要謙虛，但不能軟弱，如果還是老被攻擊，那就隨時(shí)做好防御與反擊！”他說(shuō)：“有人出類拔萃，你也會(huì)眼紅，所以最好的方式就是讓團(tuán)隊(duì)合作，讓他們有共同的目標(biāo)，創(chuàng)造雙贏?！?/p>

為了學(xué)習(xí)帶團(tuán)隊(duì)，李昇隆還購(gòu)買了許多管理方面的書(shū)籍，鍛煉自己的領(lǐng)導(dǎo)和組織能力?！耙郧皬氖驴蒲泄ぷ鳎堪l(fā)表一篇文章都感覺(jué)很累、很辛苦，現(xiàn)在懂得團(tuán)隊(duì)合作，截長(zhǎng)補(bǔ)短，與不同學(xué)科背景的人交叉展開(kāi)合作，就能順利出成果?！?/p>

作為一名深圳大學(xué)的老師，李昇隆承擔(dān)著本科生“高等分析化學(xué)”與研究生“納米科技”的課程，同樣在學(xué)習(xí)著如何讓學(xué)生更加喜歡自己的授課。他深知課堂上老師教的東西是很有限的，老師的作用在于“引發(fā)學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容的興趣”，繼而去探索和研究。對(duì)于一些學(xué)習(xí)主動(dòng)、努力的學(xué)生，李昇隆會(huì)與他們進(jìn)行更多的課后交流，引領(lǐng)他們了解自己所做的科研項(xiàng)目，也進(jìn)一步幫助學(xué)生找到自己的未來(lái)。

創(chuàng)新是科研最重要的精神，“討論”最容易刺激科研創(chuàng)新。李昇隆常常會(huì)跟學(xué)生討論異想天開(kāi)的想法，哪怕這些想法中許多都是天馬行空。他常常圍繞著學(xué)生自己的學(xué)科背景，激發(fā)他們做一些感興趣而又有意義的科研嘗試。

“做自己發(fā)自內(nèi)心喜歡的事情永遠(yuǎn)都不會(huì)累，因此我常跟學(xué)生們說(shuō)，及早找到自己人生最想努力的方向，將會(huì)是你們現(xiàn)在最重要的事情，沒(méi)有之一?！崩顣N隆說(shuō)。而他找到了屬于自己的熱愛(ài)，并在這條追尋求索的道路上，一路芬芳。

專家簡(jiǎn)介

李昇隆，1979年出生于中國(guó)臺(tái)灣高雄，2017年秋至今任職深圳大學(xué)高等研究院研究員，2009年博士畢業(yè)于臺(tái)灣大學(xué)化學(xué)系。歐盟瑪莉居里博士后研究學(xué)者，“臺(tái)灣科技部”研究學(xué)者，2020年國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目獲得者。曾獲日本表面科學(xué)年輕學(xué)者旅行獎(jiǎng)、中技社獎(jiǎng)學(xué)金、臺(tái)灣大學(xué)理學(xué)院院長(zhǎng)獎(jiǎng)畢業(yè)生、臺(tái)灣大學(xué)化學(xué)系顏氏論文獎(jiǎng)。

李昇隆長(zhǎng)年從事表面材料與分析化學(xué)領(lǐng)域研究，聚焦納米薄膜材料的制備與其分析應(yīng)用，以聚羧酸官能基的均苯三甲酸與其結(jié)構(gòu)上的衍生物為研究素材，首次提出多重刺激協(xié)同控制表面超分子組裝結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換之概念，在超分子化學(xué)自組裝方面領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破。自圍繞聚焦顯微技術(shù)、薄膜材料與分析化學(xué)展開(kāi)獨(dú)立研究以來(lái)，已相繼發(fā)表20余篇通訊論文。多篇科研成果論文發(fā)表在JACS、Angew. Chem.、Chem Commun.、ACS Nano與Nanoscale等國(guó)際知名SCI期刊。