WILEY人物专访-南京工业大学陈虹宇教授

WILEY 人物访谈我们对话的是南京工业大学陈虹宇教授。访谈中陈老师表示要想获得真正的突破,科研人员要多结合自己的兴趣,并进行持久的探索。他指出科研人员的众多优秀的品质中关键在于想明白具体怎么发挥自己的长板,同时补短板。陈老师提到机理研究就像侦探根据罪犯的心理推理来寻找证据,多次讨论慢慢排查,总会找到答案。作为纳米领域的专家,陈老师希望10-20年左右的时间里,实现纳米全合成,按照人们的意愿构建精密复杂且有用的纳米结构,为各个领域提供丰富的工具和素材,最终实现科幻小说那种纳米科技。

人物简介:

陈虹宇,南京工业大学教授,博士生导师,先进化学制造研究院执行院长。1998 年本科毕业于中国科学技术大学;2004 年于美国耶鲁大学获得博士学位,2005 年起在美国康奈尔大学从事博士后研究。2006 年加入新加坡南洋理工大学任助理教授;2011 年升为终身教职副教授;历任化学系副主任、数理学院副院长、理学部副主任。

主要研究方向为复合纳米合成与机理,及延伸的各种应用。致力于拓展新方法,合成新型纳米结构,研究其形成机理,发展非晶面控制的新型合成手段,使纳米合成从传统领域转向多组分、复合结构、组装结构、新型晶格、低对称性及手性结构等新方向。在知名化学期刊上发表论文 130 余篇,其中影响因子大于 10 的通讯作者文章有 59 篇。陈虹宇教授所培养的学生、博士后中,现有 17 人任教授/副教授, 包括 1 名美国的助理教授和两名青年千人。

MVC:  能否请您先简单介绍一下您课题组的科研工作?

我的科研兴趣是推进纳米合成的控制力,发展新的合成方法(类似有机反应),发现新的机理,并应用这些工具设计合成新颖的纳米结构。除了不做有机合成,我们的研究在理念上其实特别像有机化学。回国后,我跟团队内的老师们合作,我主攻纳米合成,他们努力拓展应用。

MVC: 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?

从初中的启蒙化学老师,一直到博士博士后的导师,我很幸运有许多好老师带着我,不嫌弃我的轻狂懒惰和特立独行,教会我,给我支持。

初高中的暑假我妈总会安排我去打工体验生活,我拉过车,做过节日灯,组装过微型电扇,管过粮仓。只做一个多月短工其实还行,但闲暇的时候跟工友们聊过很多,坚定了我的信念:我以后不要过单调的生活,我要每天都不一样的有趣工作。所以,与其说有什么力量在激励着我,还不如说我很清楚我不想要什么。学化学的这么多年,高考、选专业、选导师、选课题、找工作、找科研方向,大部分时候我都是按着自己的兴趣来的,较少出于现实的考虑。

个人研究领域

MVC: 对于您发表的著作,您最喜欢的是您哪部分的研究工作

科研上我很“喜新厌旧”的,总想寻找新的合成方法或路径,所以最喜欢的总是最新的工作:

刚刚接受的一篇文章中(DOI: 10.1002/anie.202012564),我们通过盐或糖(kosmotrope)让原本互溶的溶剂(比如水和乙醇)发生微相分离,使几十纳米的液滴像无机纳米颗粒那样在胶体溶液中可控地成核-生长。于是我们可以合成一系列均匀的纳米空心球,并利用种子生长法和共沉淀,来对其进行连续操控,构建多层结构、反应器和药物载体。

MVC: 了解到您投入大量精力探索纳米合成本身,从基本制备到如何将纳米材料做到更精细、更复杂、更可控以及有理论可依,是什么让您十年如一日保持对科研的热忱?

我觉得人活着要有理想,否则天天做自己不喜欢的事多没劲。科研的魅力是百花齐放,这样才有创新的土壤,而不应像行道树那样整齐划一。我很幸运,能一直耕耘自己认定的科研方向,而无需为了生存改变自己。所以对我而言保持热忱并不难,因为科研探索本身就是不断的奖励。

MVC: 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。

大部分的合成机理都很难拆解,但像数学题一样,解开后很有成就感。所谓机理,说白了就是什么物质在什么时候起到什么作用,有点像侦探推理,经常会被一条看起来合理的线索带歪了方向,费老劲后才发现搞错了。印象最深的一次,是关于空心氧化硅球的形成机理(Small, 2015, 4351-4365),排查了很久都难以理解为什么会优先刻蚀纳米颗粒的内部。后来看到一篇文章关于PAA纳米颗粒的合成,惊讶为什么极溶于水的PAA居然也能沉淀出来,联想到DNA的分离也是用乙醇析出的,因此有可能是阳离子与带负电的高分子配对,造成在非极性溶液中的溶解度下降。然后才想通,可能是阳离子掺杂量的不同造成颗粒内部优先被刻蚀的。根据这个假设,从全新的角度设计实验,最后才验证了我们的猜想。

MVC: 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?

每次想通一个难题,或看到学生的成长,都有一点小小的喜悦。我觉得可能做自己喜欢的事,成功的喜悦会有加成吧

有时候机理研究需要在非常简单的地方反复琢磨,比如今年的一篇文章(JACS, 2020, 10629-10633),我们花了很多时间玩橡皮筋,分辨不同的扭转模式,用胶水模拟纳米线之间的堆积作用力,思考不同扭转模式之间切换的原因……最后文章的很大一部分内容,包括插图,都是关于橡皮筋的。一步步走来,一点点理解,玩橡皮筋就能发好文章,还是蛮有趣的。

MVC: 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?

科研需要很多品质,有点像电子游戏里的武力防御等指标:勤奋,爱思考,爱联想,擅于沟通,等等,各有好处,很难说哪个最重要。关键在于想明白具体怎么发挥自己的长板,同时补短板。比如爱思考会沟通但老不做实验的学生,是很难成功的。

我主要通过体制架构来约束学生,用截止日期来督促,大组会、小组会、头脑风暴会、周报、1对1讨论、打电话,做不好的我会批评,就事论事,下次改进。我认为做科研拼体力又枯燥又浪费,拼脑力才觉得好玩。通过各种方式来让学生查清楚,文献里都有过什么机理,各自的主张是什么,哪里讲的通哪里讲不通,然后头脑风暴建立临时假设,根据假设来设计实验,有点像侦探根据罪犯的心理推理来寻找证据。多次讨论慢慢排查,总会找到答案的。

MVC: 当您的学生在实验中总是失败时,你如何激励和引导他们

首先,一个人要想成功才能成功,天天照着菜谱一克糖两克盐,不管三七二十一做到尾,然后捧着数据问老师,那是坐班式的科研,是极难成功的。应该仔细观察实验对比细节,要分辨分析,要像买房买车那样,处心积虑到处收集信息找人讨论,琢磨不出东西了还接着琢磨,才会慢慢找到出路。

其次,做实验也好思考也好,能力是需要练习的,有点像学自行车:不能光羡慕别人骑得好,然后摔了一次就觉得自己没有天赋,老想绕着走老想换项目。

要相信老师的判断。任何一个项目都有可能失败,这很显然。与其花很多时间试图说服老师这个项目真的“有可能”失败,还不如左突右冲,看看“有没可能”把路走通。跟老师形成合力才有效率,前怕狼后怕虎的很难真正投入。

要愿意玩实验,小实验多做大实验慎做,在简单省力的地方多做筛选,在复杂繁琐的地方多拼脑力。设计实验的时候多考虑费效比,先做概念证明,确定方向了再优化细节,……

不管是跟师兄师姐还是跟老师讨论,要愿意投入时间精力把问题整理提炼好:降低活化能才有更多人愿意帮你,让对方做选择题,或至少是限定范围的问答题,而不是莫名其妙的帮帮我吧。

MVC: 您对纳米领域的未来有什么愿景?

我希望10-20年左右的时间里,纳米领域能实现全合成,按照我们的意愿构建精密复杂有用的纳米结构。现在的合成控制力有点像几千年前人类对宏观物体的构建能力:简单的锅碗刀剑都很有用,但做复杂了没用于是大家都不感兴趣,直到工业革命前夕风车水车等复杂工具的出现。纳米科技也需要跨越类似的台阶,对合成感兴趣的人多了,才有丰富的素材和工具,领域才能有大发展,最终实现科幻小说那种纳米科技。