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这位严师常说,真正的科研突破往往是在打破

来源:雁栖湖 时间:2023/3/17
                            

编者按

“时间完全被填满了,但乐在其中。”这是中国科学院大学(以下简称“国科大”)教授、人力资源部部长黄辉对自己工作状态的回答。科研和教学上,黄辉坚持“让科学研究更有用一点,通过科学技术解决实际问题、解决国家的重大需求”。管理工作上,他把自己和部门视为“服务者”,致力为学校发展提供有力的人力资源支持。本期,让我们一起走近黄辉老师,看看他如何研以致“用”,如何善引导、重“严”教。

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年,黄辉在全美大型能源集团之一康菲国际石油公司替代能源研究组任职研发人员。当时,他正处在事业高峰期,他带领团队与合作者把有机太阳能电池的能量转换率做到了世界顶尖,年薪超过美国平均薪资数倍。

然而,他却作出一个令旁人“意外”的决定:回国。

不过,对黄辉来说,并不意外。他认为,作为中国人,回国并不需要理由。这也是他早已做好的打算,“现在是时候回国做一些事儿了。”

11月,他作为中国科学院“引进国外杰出人才”,回到心心念念的母校——国科大,并在材料科学与光电技术学院任职教授、博士生导师。

不忘初心踏上归国旅程

回国,是黄辉到达美国第二天便作下的决定。

年,黄辉从中国科学院化学研究所(以下简称“化学所”)硕士毕业,受导师的影响与鼓励,以及希望到国外继续在化学材料领域深造,他申请了美国八大常青藤盟校之一达特茅斯学院的博士研究生,并获得全额奖学金。

达特茅斯学院坐落于新罕布什尔州的汉诺威小镇,安静清幽、环境优美,距离波士顿有两个小时的车程。“是个做研究的地方。”这是达特茅斯学院留给黄辉的初印象。

第二天,初来乍到的黄辉在师兄的带领下,开车到波士顿购置生活用品等物品。路上闲聊时,师兄问道:“你到了美国,将来有什么打算?”黄辉脱口而出:“学成后回国呀。”

他的回答让师兄感到诧异。事实上,当时回国留学生的数量并不多。黄辉心里想的是,来美国主要是为学习深造,并未想过在此长留定居。

博士期间,黄辉“爱上”了高分子材料的合成方法学这一重要的学科方向。在他眼中,高分子材料在日常生活中应用广泛,蕴含着诸多值得探索与待解决的未知科学问题。

临近毕业,他得到了到美国科学院/美国工程院/美国人文与科学院院士、美国西北大学的TobinMarks教授课题组从事博士后研究的机会,并抓住了这个并非随时都有的跟随世界顶尖科学家学习的机会。于是,博士毕业后,黄辉前往西北大学继续深造。

博士后期间,黄辉从事高分子半导体材料研究,他与导师等教授共同提出了一个创新性概念——非共价构象锁,并作出多项开拓性工作。该概念及材料设计思想得到了学术界的广泛认可,并逐渐成为设计高性能共轭半导体材料的重要策略之一。年,诺贝尔奖获得者AllenHeeger教授直接“借用Huang等人的构象锁概念”来解释材料构象结构和材料性能之间的关系。

年,黄辉结束博士后工作,恰巧康菲国际石油公司成立了替代能源研究组,并向黄辉抛出了“橄榄枝”。

黄辉考虑到,美国的大学以基础研究为主,而企业的研发中心所做的工作与实际应用更贴近。他想去了解美国的工业界是如何运行的、应用研究是怎么做的,便接受了邀请,这一待就是3年,在任期间还获得康菲石油公司“亚洲人协会”杰出领导奖。

当黄辉深感自己在企业的成长到了瓶颈期时,他已在美国学习工作整整10年,最初到美国的目标也都实现了,于是决定回国发展事业。年,他入选中国科学院“引进国外杰出人才”计划。11月,黄辉带着妻子和孩子踏上回国的旅程。

在黄辉看来,中国人只有回到祖国才能找到自己的归属感。

“也特别感谢家人的理解,他们尊重并支持着我的每一个决定。”至今,黄辉的言语间依然充满了感激。

白手起家开拓新领域

北京的11月,正值深秋初冬。距离市区约70公里的国科大雁栖湖校区,山水相依、静谧幽雅,黄辉将在这里开辟一番新天地。

起初,一切并未如他想象的那么顺利。“校区刚刚启用两个月,条件不比现在,配套设施还不齐全,还是很艰苦的。”黄辉回忆道。

他和3名国科大学生只有一间空荡荡的实验室,科研条件较为简陋,这是摆在黄辉面前的现实。但对于想要干一番事业的年轻的黄辉来说,他并不在意,“回来前也做了一定的心理准备,反正我年轻,未来还是要靠自己打拼的。”

然而,没有仪器平台让黄辉犯了难。对于材料化学的实验科学来说,仪器平台相当于科学家的眼睛,只有看到材料的特征和本质,才能设计下一步的研究方案。

黄辉的第一届学生、级博士研究生吕磊见证并参与了当初的“创业”过程。他回忆道,当他们要测试材料结构时,必须通过快递将材料送到中关村化学所、半导体所等单位进行测试,或者自己送过去,这使得原本只需10分钟便能获得的测试结果,至少需要等待2-3天,严重影响了实验进展。

“当时正值寒冬腊月,我们来回奔波于雁栖湖校区和化学所、半导体所等城区研究所,而且每次做实验都能赶上雨雪天气。”吕磊说。

黄辉坦承,“没想到会这么艰苦,有段时间差点干不下去了。”

最终,凭借着克服一切困难的勇气和信念,黄辉和他的学生们坚持下来了,他们从零开始搭建实验室,争取各方面经费支持。他们一点一滴地积累,在高分子材料领域专注于有机共轭高分子的合成方法学与应用研究。

机会总是留给有准备的人,彩虹往往出现在风雨之后。之后,国科大分析测试中心等大型科研设备平台建成,雁栖湖校区及其配套设施越发完善,黄辉的科研之路逐渐步入正轨,走上快车道。

年,黄辉团队诞生了第一项重要科研成果——首次研制成功全聚合物光电探测器。团队通过A-A型(Acceptor-Acceptor)方法分别设计合成了基于苝酰亚胺和萘酰亚胺的n-型聚合物半导体材料。通过分子设计以及器件优化,最终得到了高性能的全聚合太阳能电池和光电探测器,并取得了可以和传统无机光电探测器相媲美的性能,为柔性光电探测器领域作出了重要的贡献。

“也正是这项工作把我带进了一个新的研究方向。”回顾艰苦的岁月,吕磊把这些经历视为一种财富。

年,黄辉团队进一步发展了“非共价构象锁”的概念,研究了SO、SeO、SN等“构象锁”的引入对光电性能的影响。结果表明,上述“构象锁”的引入提高了共轭分子的平面性和刚性,从而降低重组能,并提高材料的迁移率,最终在场效应管和太阳能电池中都表现出优异的性能。

同年,他们还首次报道了C=S双键的室温催化活化,并深入探索了其催化机理,为开发以碳-硫键活化为基础的有机高分子半导体材料的合成方法学奠定了基础。

年,他们在三线态有机太阳能电池研究领域取得了重要进展。团队设计并合成了一系列具有不同稠环程度的碲吩n-型有机半导体材料,实验结果表明,该类材料有利于太阳能电池性能的提高。该工作被审稿人认为“conceptnoveltyandsignificance”(概念性的新颖和重要性)。

年,黄辉团队与合作者阐述了如何利用碳-硫催化活化将城市污水中的苯并噻唑硫醚(MTBT)转化为具有应用价值的有机半导体材料,实现了变废为宝。该工作成果发表后,立即得到了同行的广泛

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