WILEY 人物访谈——上海交通大学麦亦勇研究员

“我之所以能在科学上成功,最重要的一点就是对科学的热爱,坚持长期探索。”

——达尔文

坚持,方至热爱;热爱,方能坚持。虽说条条大路通罗马,但是每一条路都不是一帆风顺的,总会历经九九八十一难方能取得真经。本周的Wiley人物访谈,我们介绍一位优秀的青年科学家——麦亦勇研究员。麦老师长期耕耘于高分子领域,一步步跟着优秀的前辈,从本科时代的初识高分子,至后来的坚持,再到如今的热爱,在这漫漫科研路程里,为高分子领域的发展添砖加瓦,也为年轻学子们做好榜样。

人物简介

麦亦勇博士,2001-2007年期间获上海交通大学学士、硕士、博士学位,师从高分子科学家颜德岳先生。2008年加入加拿大McGill大学Adi Eisenberg教授课题组,从事博士后研究。2013年3月受聘上海交通大学特别研究员(正高)/博士生导师,同年到德国马普高分子研究所Klaus Müllen教授课题组交流访问。2018年6月晋升教授并获得终身教职。目前担任Nano ResearchMolecules功能高分子学报等杂志编委。所获荣誉包括上海市优秀学术带头人、上海市高等学校特聘教授(含跟踪计划)、唐立新优秀学者奖、加拿大NSERC Fellowship等。主要研究方向为基于高分子自组装的光电功能材料与化学体系。已在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nature Commun.,CCS Chem., Adv. Mater.,ACS Nano, Macromolecules等国际权威杂志上发表研究论文100余篇,ESI高被引7篇,论文总引用7000余次,授权专利8项;受邀在Chem. Soc. Rev.,Acc. Chem. Res.,Nano Today,Trends in Chem.等权威综述期刊上撰写综述,并受邀参与撰写高分子自组装权威专著《大分子自组装新编》。研究成果多次被Nature Reviews Materials,Prog. Polym. Sci.,Angew. Chem.,Adv. Mater.等期刊,以及国家自然科学基金委,中国科学院,中国科学报,Wiley MaterialsViews等网站报道。

走近科学

MVC:能否请您简单介绍一下课题组目前的主要研究工作呢?

MYY我课题组目前的研究主要集中于利用高分子自组装可控性好、有序结构丰富等特点,解决一些光电功能材料的有序化难题,拓展高分子自组装方法,构筑新颖的有序结构光电功能材料,揭示构效关系,并探索它们在能源存储与转化等领域中的潜在应用。

MVC:可以请您简单谈一谈双连续结构的内涵吗?

MYY双连续结构具有两套相互交织的结构,其中一套为空的孔道时,对应的材料就是双连续结构多孔材料。这种多孔材料在三维方向上都具有连续贯通的孔道,没有维度依赖性,可实现全方位的物质传输,提高材料利用率,从而提高材料的应用性能。这些特点使得该结构在能源存储与转换、光电催化等领域倍受关注。另外,这种结构还可以实现光在材料内部的特殊折反射,因此具有特殊的光学性质。例如,双连续结构中有一种被称为单套金刚石结构(single diamond),这种结构的材料是潜在的光学超材料。它具有负折射性质,在任意方向上对光的折射率小于零。这种功能可以用来制备完美透镜,这是Science的125个前沿科学问题之一。一片薄膜超透镜就可以实现完美无色差成像,可以解决现有单反相机等光学设备需要透镜组来实现高质量成像、体积大、设备重等问题,带来光学设备上的革命。双连续结构在自然界中普遍存在,例如蝴蝶翅膀和鸟的羽毛有很多就是这种结构,但双连续结构的人工合成面临巨大挑战,比如上述单套金刚石结构至今尚未成功制备。我希望通过高分子自组装方法解决该难题,精确制备双连续结构材料,开发其在能源存储与转换、光电催化、光学超材料等领域的应用。

MVC:在您的众多优秀成果中,哪些工作是您最喜欢或者最值得骄傲的呢?

MYY我喜欢我的每一项研究成果,并为它们感到骄傲。如果一定要说是最喜欢或者最值得骄傲的,我想在这里列举三个研究成果。第一项是2019年发表在JACS上的一维石墨烯纳米带可控自组装的研究成果(J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 10972)。石墨烯纳米带是近年来兴起的光电磁多功能材料,该领域研究中存在一个长期难以解决的问题:纳米带在常见溶剂中严重聚集,无法液相分散,这严重限制了纳米带的有序化及其器件的制备和性能优化。我们通过精准合成边缘接枝聚合物的纳米带,并精确调控聚合物的结构与它们在纳米带边缘的堆积方式,实现了纳米带的液相分散和不同维度的可控自组装;并用高度有序化的纳米带组装体获得了高性能的纳米带场效应晶体管。第二项成果是2019年发表在Angew. Chem.上的二维有序介孔材料的可控制备并实现其在平面微电容中的应用(Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 10173)。二维材料在应用中容易堆叠,造成活性物质很难接触到材料堆叠的部分,材料利用率低下。针对这一问题,我们建立了双模板界面自组装方法,通过聚合物在二维材料表面的可控自组装,获得了含面内柱状孔的二维介孔材料。我们将该材料用作平面微电容的电极材料,面内柱状孔可以让电解质进入到堆积后的材料内部,从而提高材料利用率和物质扩散效率,获得了高性能的微电容器件。这一成果被国家自然科学基金委网站报道。第三项是2017年发表在Angew. Chem.上的嵌段共聚物溶液自组装精准制备有序双连续结构胶体粒子(polymer cubosomes)的研究成果(Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 7135)。双连续结构具有三维方向传质通畅,对光的利用率高等特点,是能源器件电极材料想要的结构。这种结构是理论计算的嵌段共聚物自组装形貌相图中的成员之一,但它的相区很窄,且影响因素众多,因此该结构的制备成为嵌段共聚物溶液自组装领域长期难以解决的难题。我们采用嵌段共聚物自组装,通过精确调控相结构并结合理论计算,在复杂的影响因素中找到了合适的实验参数,成功制备了双连续结构组装体,并绘制了形貌相图,填补了该结构相图的空缺。该工作发表不久,就被德国著名高分子科学家Andreas Walther和André H. Gröschel教授在同期的Angew. Chem. Int. Ed.以Research Highlight的形式报道,这让我觉得很骄傲。

MVC:请问在您的科研生涯中,哪些事情或者哪些人对您产生过重要影响呢?

MYY在我的科研生涯中,除父母、妻子外,我的两位导师,颜德岳教授和Adi Eisenberg教授,以及我的师兄周永丰教授对我的影响十分重要。

我自本科四年级起就进入颜老师课题组进行毕业设计的课题研究,直到博士毕业。颜老师渊博的学识和严谨的治学态度深深地影响着我。我现在都还记得颜老师坐在我身边,在电脑面前一字一句修改论文的情景。令我印象最深的一件事是,博士一年级时,当时已60多岁的颜老师因身体原因住院了一段时间。为了不影响课题进度,他把我叫到医院,在病床上拿着我打印出来的论文初稿,一字一句的修改,教我如何突出文章的新意和抓住表达的重点,让我非常感动。这种坚持不懈的精神和严谨的态度也是后来颜老师能够在Science上发表国内第一篇高分子相关的学术论文和当选中国科学院院士的重要因素。这也培养了包括我在内的很多学生对科学研究持之以恒和严谨治学的态度。博士毕业后,颜老师推荐我到加拿大McGill大学的Adi Eisenberg教授那继续从事博士后研究,这成为我人生的一段重要经历,也为我日后回到上海交大继续从事科研工作奠定了重要的基础。

周永丰教授是我在颜老师课题组时的师兄,当时颜老师因身体原因委派他共同指导我的课题。他也是一位做事认真、责任感强、有着很高的学术理想和追求的老师。当时,我们的课题都围绕着超支化聚合物自组装展开;我们在一个实验室,一起做实验(包括很多次通宵实验),一起分析讨论实验结果等等。他教会了我许多实验技能,测试方法和科技论文的写法等。同时,他的勤奋、对科研的高标准、和对学术创新上的追求,使得他在博士生阶段就发表了Science,JACS,Angew. Chem.等多篇高端学术论文,博士论文也入选了全国百篇优秀博士论文。这在当时是非常难得的成就,因此他成为了我心中的榜样。在颜老师和他的共同指导和影响下,我在Macromolecules等高分子权威期刊上发表了多篇研究论文,并顺利完成了我的博士学位论文。更为重要的是,他们的指导让我对高分子自组装这一领域产生了浓厚的兴趣,这也是我目前仍然从事高分子自组装相关研究的主要原因之一。

McGill 大学的Adi Eisenberg教授是嵌段共聚物溶液自组装研究领域的鼻祖之一,我博士期间几乎是读着他的文章成长的。因此,能够到他那从事博士后研究是人生中最让我兴奋和自豪的一件事。他的年龄比颜老师还大两岁,长者的阅历和对人生的理解是年轻人无法比拟的。他和颜老师一样,治学严谨,也是一字一句的修改文章。我记得我在他那的第一篇JACS文章,他和我一起一共修改了超过20遍;当时打印出来的稿件在我的桌子上堆了近半米高,每页上都有他亲自批改的红笔标记,这也让我的英文写作水平有了大幅提高。在Adi那我还学到了国外的一些科研方法和规则,包括实验记录和数据的管理和实验室安全规范等等。Adi还经常给我讲高分子自组装领域发展的历史,讲高分子相分离原理的提出和发展历程。他的故事中提到了许多高分子自组装领域的世界著名科学家,包括Frank Bates, Thomas P. Russell, Tim P. Lodge, Marc A. Hillmyer, Ian Manners, Steven P. Armes, Guojun Liu, Yue Zhao等, 还有国内的江明先生和我的导师颜德岳先生。2012年Adi的退休典礼上,这些著名教授/学者都到场了,我有幸认识了他们。这些经历使得我有能力回国独立从事高分子自组装相关的研究工作并指导学生开展课题研究。

最后,我还想提一下德国马普高分子研究所的Klaus Müllen教授和冯新亮教授(现在德累斯顿工业大学)。他们是我在马普所做访问学者时的合作教授。访问期间,我对光电功能材料产生了浓厚的兴趣,并萌生了把高分子自组装和光电功能材料相结合的想法。回国后,我就决定利用我的高分子自组装技术来构筑新颖独特的有序结构光电功能材料,获得未知的构效关系,这也成为了目前我课题组的主要研究方向。

MVC: 您在科研历程中遇到过的最大困难是什么?您是如何克服这些困难的呢?您认为这些困难对您的成长有怎样的影响?

MYY我想目前为止遇到的最大困难应该算是2013年刚回国时组建团队并开始独立进行科研工作。当时受聘上海交大特别研究员回来,启动经费、实验空间和学生等都紧缺,课题启动缓慢。我通过和颜老师团队、冯新亮教授、张帆研究员等人的合作解决了部分上述问题,他们给予了我很大的帮助和支持。同时,我自己也和学生一起做实验,争取加快推进课题进度,早出成果以实现自己的课题思路。当时因为课题很新,也很难做,前两年学生的成果都被压着发不了文章,学生对我产生了不信任感。我给学生讲述了颜老师和Eisenberg教授的科研精神,耐心地劝他们要坚持到底。最终在学生的配合下,2016年我们的第一项研究成果终于发表在JACS上,学生也开始信任我,我悬着的心也终于可以稍稍放下。经历这些困难后,我深深体会到与同行合作和与学生配合的重要性。此后,我的科研工作进入正常轨道,进展顺利。

箴言赠语

MVC:科研之路是一条非常有意义的、却又十分坎坷的道路,这对科研工作者们有怎样的要求呢?

MYY我觉得走科研之路需要具备至少四个条件:1. 浓厚的兴趣;2. 严谨;3. 耐得住寂寞,持之以恒;4. 情商。

MVC:您对未来有志从事于化学研究的莘莘学子有什么建议吗?

MYY现在我们国家从事化学研究的人很多,可以说是世界上最多的了。这带来的问题是跟风严重,攀比严重,内卷严重。因此,我建议莘莘学子们不要浮躁,把时间和精力多花在掌握扎实的基础知识上,多思考,多创新;在基础研究上多建立独辟蹊径或者原创性的课题,争取在国际上引领相关化学领域的发展;在应用研究上多考虑建立以解决我国面临的卡脖子问题为目标的研究方向。