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醉心于纳米世界的探索者———记化材学院“钱江高级人才”特聘教授王建国





  □本报记者 徐文英王建国,一位醉心于纳米催化和纳米材料基础研究的青年学者,2008年4月,在完成了美国普林斯顿大学为期一年半的博士后研究工作后,作为浙江省“钱江高级人才”特聘教授,加盟我校化材学院工业催化学科,从而成为2004年以来经我校推荐获聘任的第6位省特聘教授。
  今年年初,经省“新世纪151人才工程”联席会议批准,王建国又入选为“新世纪151人才工程”第一层次培养人员。目前,他正紧张而有序地开展着他的纳米研究……复合型的多学科知识背景今年35岁的王建国有着丰富的求学经历和研究生涯。1998年,王建国从中南大学矿物学院矿物加工专业毕业获学士学位后,来到了南京工业大学化工学院就读化工热力学专业硕士研究生,从事化工热力学纯理论研究工作。2001年,硕士毕业的他接着考取天津大学化学工艺专业博士研究生,转向实验为主的催化方向研究。期间,他先后获得了中国科学院奖学金、宝钢优秀研究生奖、天津大学优秀博士论文等。
  2004年9月,以优异成绩毕业获博士学位的王建国,继续着他的“充电”生涯,来到了丹麦奥胡斯大学纳米科学与纳米技术研究中心做了为期2年的博士后研究工作。纳米科学与纳米技术是新兴的交叉学科,在那里,王建国选择了自己从未接触过的催化领域计算化学研究工作,并作为主要完成人参与了欧盟合作项目、丹麦自然科学基金、燃料电池欧盟合作项目、丹麦科学技术重大创新项目,和瑞典、法国、荷兰、丹麦等知名实验组开展合作研究。
  2006年9月,王建国在他的科学研究道路上再一次挑战了自我,继丹麦计算化学博士后研究工作之后,他又在美国普林斯顿大学开展了第二站博士后研究工作,潜心钻研计算物理方面的研究,分子器件及太阳能染料电池研究也就在那时开始。
  如此“复杂”而又颇“连贯”的求学经历和研究生涯,在旁人看似非常的顺利,如一食物链般没有任何中断和阻隔。事实上,谁都知道,没有付出,哪有收获?王建国回忆自己这段人生最青春年华的经历,仍然颇为感慨:“从大学到硕士到博士,甚至后来的两次博士后研究经历,专业都是跨度很大的。为了完成学业和研究工作,我几乎放弃了我所有的休息时间,去钻研新的研究领域。”
  创新源于丰富的研究领域多学科、交叉学科的知识背景和丰富的研究领域,为王建国开展今后的纳米研究工作打下了坚实的基础。
  纳米金催化剂近10年来一直是科学界和工业界的热点研究课题,其原因在于即使在低温条件下,它依然具有很好的催化活性。然而,关于金与载体之间的相互作用问题依然长期存在争议。
  长期以来,研究者认为纳米金是负载在具有氧空缺位的载体上才能起催化作用。有着热力学、催化、材料等相关领域实验和理论研究工作经历的王建国,在丹麦从事纳米金的理论研究过程中,意识到在真实反应条件下,二氧化钛在氧氛围条件下是不可能具有氧空缺位的,进而提出了在真实反应条件下,二氧化钛是部分氧化的。
  于是,王建国等人对长期以来研究者对纳米金催化剂的认识提出了质疑,并于2006年9月,将这一研究成果在国际物理学领域顶级期刊、影响因子为7.489的 Phys.Rev.Lett(《物理评论快报》)上发表。
  “以前大多数的理论研究工作断定二氧化钛具有氧空缺位,只是源于超真空STM实验模型。”王建国介绍道,“在我们的研究中发现,纳米金在氧化性的载体上具有更好的粘附能力,并且这样的结构是一个热力学上能稳定存在的结构。”
  随后,王建国等人和STM实验组进行了多次讨论,并取得了实验的成功,研究揭示了纳米金在还原和氧化的二氧化钛载体上两种不同的粘附机理。研究表明,纳米金在氧化的二氧化钛上有更强的粘附能力,并且阳离子的金对于担载和一氧化碳氧化反应发挥重要的作用,从而正确地揭示了在工业条件下,纳米金的独特催化性能。
  2007年3月,这一研究成果在影响因子为30.927的Science上发表,并获得了该领域专家和学者们的高度评价。美国著名的催化专家Gate.B.C教授评价Wang和Hammer的研究成果 “更能代表真实的催化剂,和实验结果吻合并表明了阳离子金的催化作用。”2008年5月,美国Morris教授在J.Phy.Chem.C论文的摘要部分直接引用他们的研究成果;2008年9月,英国著名科学家Hutching在其Science论文中用整段的篇幅正面评价他们的成果,证实了他们结论的正确性。
  科学的精神在于不断质疑前人的成果。多年来,治学严谨的王建国就是这样凭着勇于质疑的精神,执着于纳米催化材料和催化剂结构、性能的实验和理论基础研究,先后在Science,Phys.Rev.Lett,J.Am.Chem.Soc.,J.Catal.J.Phy.Chem.等国际一流期刊发表论文29篇。
  王建国说:“科学研究工作在当今时代已离不开多学科的交叉。多学科的知识背景和知识结构可以使研究者很快进入一个新的研究领域,也更加有利于创新。”2009年2月,王建国等人继续采用理论与实验相结合的方法,在太阳能染料电池研究中,发现能够改进二氧化钛光利用率及其光催化活性的染料分子,研究成果在国际期刊J.Am.Chem.Soc.《美国化学会刊》上发表……“博观而约取,厚积而薄发”
  来到我校后,王建国就马不停蹄地开始着手组建实验室和研究团队。每天早晨7点,他总会按时到学校,和研究生们一起工作到晚上10点才回家。回国一年多时间,他没有回过一趟河北老家。
  仪器设备从采购到安装调试,需要一段较长的时间,研究团队更不可能在短期内达到理想状态,但即使在这样不成熟的条件下,王建国仍然不放弃研究,始终在他的纳米世界里孜孜不倦地追求着……同时,他还着手指导2008年9月刚入学的研究生们熟悉程序、建立模型和论文写作。在他的指导下,短短的一个学期时间,他的研究生就已经在《美国物理化学》等国际期刊发表论文2篇。
  今年2月,实验室仪器设备终于全部调试完毕,开始正常运转。为了组建一支多学科的研究队伍,王建国从吉林大学引进一名理论化学专业的青年博士。加上自己所带的硕士、博士生8人,目前,一支学术氛围良好的研究队伍已初步建成。“我们每周都要开会,讨论一周的研究工作进展以及国际、国内最新近的研究成果,学术氛围还是不错的。”谈起自己的这支队伍,王建国充满着感激,“研究工作能够进展顺利,离不开学校和学院、学科以及相关职能部门对我的工作和生活给予的支持和关怀。”
  鉴于自己的研究经历和多年的研究经验,王建国经常要求学生“博观而约取,厚积而薄发”。他说:“在某个研究领域一定要钻研得深,但看书涉及的面却要广,选课程等也要宽,不能太专。只有这样,才能触类旁通,才能博观约取、厚积薄发。”
  “21世纪是纳米技术时代。纳米技术有着极为广阔的应用前景,是将来科技发展的重要方向。”王建国对自己目前的研究领域和研究方法充满了憧憬和自信,“利用计算机采用分子模拟的方法去研究纳米催化反应或纳米材料,一方面能够解释实验现象,另一方面也能定性的预测实验。已经成为纳米时代重要的研究工具和方法,我们会一直努力做下去。相信作为基础研究工作,我们的研究对学校实现国内具有一定知名度的目标将有所裨益。”