WILEY人物专访-香港城市大学张其春教授

艺术与科学,诗歌与人生。很多科学家在科研工作之余也热爱吟诗作词,用诗歌点亮生活。本周WILEY人物访谈我们对话的是一位诗人科学家–香港城市大学教授张其春。访谈中,张教授与我们分享了科研中的乐趣,认为科研的乐趣在于实现有趣想法,开拓崭新的研究方向,以及预测出现的结果。 张教授认为科研中最重要的品质应该是对待科研的态度,态度决定一切,所有所谓的知识不足和实验技巧不全面都是后天性的。提及自己在科研生涯中遇到的困惑,张老师认为先将实验暂缓,总结、学习反思很重要,并积极主动与导师讨论,最后提出自己的想法。在访谈中,张老师用诗歌感恩父母、致谢恩师。

人物简介(包括照片、邮箱、课题组主页及个人简介):

张其春博士,江苏高邮人。1988年江苏省扬州中学毕业,1992年南京大学本科分析专业毕业,1998年中科院北京化学所物理化学硕士毕业,2003年美国加州大学洛杉矶分校 (University of California, Los Angeles) 有机化学硕士毕业, 2007年在美国加州大学河滨分校 (University of California, Riverside) 无机化学博士毕业,2007-2008年美国西北大学(Northwestern University) 从事博士后研究, 2009年起担任新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院助理教授。2014年3月,晋升为新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院副教授(终身职位)。2014年12月受聘于新加坡南洋理工大学数理学院副教授。2020年9月受聘于香港城市大学大学材料科学与工程学院终身教授。张其春教授于2017年当选为英国化学会会士。2015年开始担任固态化学副主编。2016年成为材料化学前沿、无机化学前沿、亚洲化学和材料化学C (JMCC) 顾问委员会成员。2018, 2019和2020年,连续入选科睿唯安全球高倍引作者。目前课题组主要从事共轭富碳材料的合成以及它们在器件等领域的应用。张教授已在Nature Chem., Nature Commun., J. Am. Chem. SocAngew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci, Adv. Energy Mater., ACS Nano, Chem. Commun., Adv. Funct. Mater., Org. Lett., J. Org. Chem.等期刊上发表论文390余篇,被引超20000次, H-index: 80。

1. 能否请您先简单介绍一下您课题组的科研工作? 

我们课题组目前专注于富碳材料的合成表征及其在有机光电子器件/超导的应用研究。主要从事新颖有机信息材料,有机半导体材料,有机-无机杂化材料及非常规的共轭聚合物和碳材料的设计和开发,重点以超共轭π有机材料的光电宏观性能与微观结构之间的内在联系为主线,聚焦超共轭π有机材料的电子器件性能调控及其在用于有机可充放电电池 (organic rechargeable batteries)、记忆器件(organic memory)、发光二极管、太阳能电池、场效应晶体管、催化和生物传感、有机超导等领域的应用,推进该类材料的发展。本课题组注重知识传承,努力培养新生代基础科学研究和创新精神,将希冀其养成良好的科研习惯,在未来的学习与科研工作中将实验研究与理论探索相结合。

2.了解到您在科研工作之余,喜欢赋诗作词,能否请您分享一首您的佳作(生活、求学、科研、励志方面均可)。

致父母

父母的白发,

        是我心中永远解不开的心结,

                           您们把曾经的缕缕青丝

                                                   编织成梦的摇篮

                                                          伴随我顽皮的长大……..

而我却用您们思念游子的孤独,

                           凌乱地将它们染白,

                                                    作为代价…….

父母颤巍的双手,

                    是我压抑不住的心痛,

                                    您们用曾经的宽厚的双肩,

                                                 支撑着我“潇洒”地走遍天下,

   而我却让岁月的伤痕,

                           伴随您们的身躯每况愈下 …….

每次风中,您们无助的挥别,

                             是我转身后再也抹不去的泪水,

             您们的大爱,

                             成就了我常年的漂泊在外,

 而我却将您们对团聚的期待,

                                                 刻成了您们满脸皱纹的无奈……

望着您们蹒跚的身影,

     我心中涌起无数的感慨,

       那一份执念,

                  在热血中澎拜,

    陪您们幸福到老,

                    是我今生无怨的不悔,

         孝敬您们,

                   是我余生的责无旁贷……..

3. 对于您发表的著作,您最喜欢的是您哪部分的研究工作?

在有机半导体材料及器件方面,我们组设计并发表了很多具有超大π共轭结构的有机共轭芳烃以及含有N、B、O、S等多种杂原子取代的有机共轭芳烃,目前保持有单晶结构的最长的超大π共轭体系的共轭芳烃记录(Angew. Chem. Int. Ed. 2018)以及含有N原子取代的最长的有单晶结构的超大π共轭体系(Chem. Commun. 2017)。并将这些材料用在有机可充放电电池 (Angew. Chem. Int. Ed., 2015), Adv. Energy. Mater., 2015),记忆器件(J. Am. Chem. Soc, 2012), 发光器件 (J. Mater. Chem. 2011), 有机太阳电池 (J. Mater. Chem C, 2015) 等领域。首次提出用干净反应去制备超大π共轭体系(Angew. Chem. Int. Ed., 2012)。根据材料与性质之间的构效关系,我们提出了一系列实现对分子性能的控制的策略,这对于进一步实现超π有机材料在各种有机光电子器件、新型能源器件中的性能改进甚至形成独特的创新性突破具有非常重要的意义。

有机半导体材料在生物领域应用方面,首次用导电高分子包裹细菌并保持细菌的活性,将包裹后的导电细菌用在微生物燃料电池上,大大地提高了电池的效率(Angew. Chem. Int. Ed., 2017)。有机半导体材料在生物成像和生物信号分子检测方面也取得了很多进展(Nature Commun, 2019; Advanced Science, 2018)。这些重要成果对有机半导体材料在生物领域应用提供了新的建设性发展方向。

在有机无机杂化材料的设计和开发方面,我们首次将高分子链引入无机晶格中并制备成单晶,解出单晶结构和高分子链的结构(Angew. Chem. Int. Ed, 2015), Chem Commun., 2017)。并且首次提出并实现用表面活性剂控制宏观晶体的生长(J Am Chem Soc, 2013)。  我们认为这些复合材料将在基础光电物理研究中及光电器件中具有广泛的应用。 

同时,我们课题组在以下研究中获得重要成果,包括(i)首次提出不同的有机纳米粒子在水相可以发生化学反应 (J. Am. Chem. Soc, 2010);(ii)首次提出用障碍分子消除固态中出现的荧光淬灭现象,实现绝对量子产率达到100%(Angew. Chem. Int. Ed,2018);(iii) 首次发现有机共晶在相变过程中的自修复行为 (Angew. Chem. Int. Ed, 2017);(iv)首次利用单一高分子同时作为阳极和阴极制备全有机锂电池(Adv. Energy. Mater.,2018)。

4. 最初是什么让您投身到科研的工作中?作为一名科研工作者和导师,您最大的乐趣和成就感是什么?

    其实在大学的开始阶段,我对未来的规划是迷茫的。当我考上研究生并结识恩师朱道本先生及吴培基老师,开始接触有机半导体及导体后,我耳濡目染,逐渐对有机共轭材料及器件的应用产生了浓厚的兴趣。当时,朱道本先生高瞻远瞩,在中科院化学所创立有机固体实验室,并在有机导体及半导体方向开展了许多开创性的工作,直至今日在国内外也是独领前沿。当时我在有机固体实验室读研究生的时候,李玉良院士在C60 和碳纳米管方向,刘云圻院士在有机场效应管方向,李永舫院士在有机太阳能电池方向,白风莲老师在塑料激光器方向,万梅香老师在导电高聚物方向,叶成老师在有机非线性光学材料方向,张德清老师在四硫富瓦烯的衍生物方向,都对中国的科研进步和有机半导体领域的发展,做出了杰出的贡献,并产生了深远的影响。老师们在科研上勤奋严谨奉献探索精神给我留下了深深的印象,也一直激励着我勤奋工作,努力向前。

  作为一名科研工作者,我最大的乐趣就是和学生一起探索科学的未知性和不确定性。当然作为导师,我的最大成就感则来源于学生的成功,让他们能够超越自己,成为对国家和社会有用的人才。 

5. 能否请您谈谈在科研工作中遇到的令您印象深刻的难题或困境,以及您最后是怎么解决的。

      其实在科研生涯中,我想每个人可能都会困惑期。特别是在科研没有进展, 实验没有结果的时候,会感觉非常茫然,不知道在做什么。其实这是科研中的正常现象,但是千万不要把这种情绪带到学习和生活中。

   当年我在美国加州大学河滨分校读博士的时候,第一年的研究工作几乎没有什么进展,得到的硫簇化合物单晶,绝大部分和郑南峰师兄及组内其它同学的材料相同,当时感到非常沮丧,而且有点茫然。在这种情况下,我试着将实验暂缓,总结一下我过去的工作和组里目前的体系,然后根据自己的特长,大量阅读相关文献,并积极主动和我的导师冯老师讨论,最后提出通过改变硫化镉团簇表面有机配体的大小来控制硫化镉团簇的形状、大小、连接方式,以及通过在有机阳离子和硫化镉团簇之间形成电荷转移复合物来调节硫化镉团簇的吸收能带。事实上,这些想法在实验中都很快得到验证,而且工作开展得也越来越顺利。这也为将来我去西北大学Kanatzidis教授课题组去从事博士后的研究打下基础。

6. 什么时刻您最享受工作中的乐趣?在科研经历中是否有些趣事可以和我们分享?

     科研的乐趣在于有趣的想法的实现,崭新的研究方向的开拓,以及非预测结果的出现。在2015年之前,尽管有很多关于有机聚合物-无机材料的复合物研究已经被发表,但是将这类复合物培养成单晶,并解出其单晶结构和晶体内聚合物的结构基本上是没有报导的。在2015年,我们组在Angew. Chem. Int. Ed 首次发表这类复合物的单晶结构和聚合物的结构。尽管这篇工作是来源于偶然发现,却对于我们的工作具有很大的指导意义。2017年,我们组在Chem. Commun. 上再次发表一篇有机聚合物-无机材料的复合物单晶结构和聚合物的结构的研究工作。这个方向很难,而且实验条件非常苛刻,但是只要找对了条件,我想希望总是有的。科研工作的一大乐趣,谁也不知道前面会有什么结果等着我们,但是,机会女神总会眷顾有准备的人。

7.  科研生涯中有哪些对您产生重要影响的人和事?  是什么力量一直激励着你?

在有机半导体的学习和研究中,两位恩师朱道本院士和Fred Wudl 教授对我的科研及人生产生了重要的影响。朱老师的儒雅睿智及对科学的严谨执着一直深深地影响着我,激励着我。特别是我在化学所读研究生的时候,朱老师经常星期天下午来我的实验室观察晶体生长情况并对我的工作进行指导。朱老师这种以身作则,战斗在科研第一线的精神给我留下了深刻的印象,并一直激励着我努力向前。而且朱老师对我离开化学所后的学术成长一直关心和支持。值此机会写诗一首,向朱老师表达深深的谢意和敬意!

致敬朱道本先生

                作者: 张其春

朱家学风求严谨,

道理故事讲分明。

本源物理皆格致,

文中佳点后辈行。

Wudl 教授的科研理念也一直深深地影响着我。其实,我的很多分子的设计概念都带有点Wudl 教授的风格。特别是Wudl 教授每天下午的 “what’s story” 一直在耳边回响。这种理念是让我们学生能静下心来总结一天的结果(无论好坏),以及在与Wudl 教授的讨论中成长。作为一个学生,学习和成长是非常重要的环节。今年是Wudl 教授的八十大寿,值此机会向Wudl 教授送上祝福 “祝您生日快乐,身体健康, 一切如意!”。

8.  可否请您谈谈科研中最重要的品质以及您是如何指导学生日常科研工作的?

   我个人认为科研中最重要的品质应该是科研的态度。态度决定一切,所有所谓的知识不足和实验技巧不全面都是后天性的。

  我的个人经验告诉我,指导研究生和博士后研究员(含交换学者)是不一样的。研究生的研究经验较少,他们可能对究竟什么是研究以及如何进行研究更感兴趣。通常,当研究生加入我的小组时,我首先会询问他们的兴趣并提出三个可供选择的主题。 随着项目的进行,我会定期与他们讨论科研的进展,与他们一起面对挑战,激发他们的灵感,并鼓励他们遵循自己的想法。这样,大多数学生不仅可以准时完成论文,而且可以在大学中找到好的博士后职位,或者直接在大学或公司中找到职位。

对于博士后(或交换学者)的指导是不一样的。由于他们已经受过良好的教育和培训,并且具有一定的研究经验,因此我会鼓励他们进行更多独立的研究,为将来成为独立科研工作者做准备。我给这些人以更具挑战性的研究课题,并给予他们独立追求的更大自由。这对他们来说非常有效,也为他们的科研职业生涯的发展提供了良好的开端。