WILEY人物访谈——广州大学张玉微教授

人物访谈

荧光单分子单粒子显微技术使单纳米粒子的化学活性研究得到了极大的拓展,在能源、催化、生命科学领域有着巨大的应用潜力。本期MVC访谈邀请广州大学张玉微教授与读者分享她近期关于荧光单分子单粒子显微技术的研究进展与科研心得。

人物简介

张玉微教授,女,博士,中国科学院青年创新促进会会员,广州市高层次人才,广州市青年科技工作者协会秘书长。2006年本科毕业于东北师范大学化学学院。2011年博士毕业于中国科学院长春应用化学研究所。2011年7月-2018年5月工作于中国科学院长春应用化学研究所先进能源实验室以及电分析化学国家重点实验室,先后任助理研究员、副研究员。2018年受聘于广州大学化学化工学院百人A计划教授。

近年来共在PNASNat. Commun.JACSAngew. Chem. Int. Ed.Adv. Mater. Anal. Chem.ACS Nano等杂志发表SCI 论文50余篇,他引2000 余次,其中ESI 高引用论文3篇。参与撰写英文专著两部《Rotating Electrode Methods and Oxygen Reduction Electrocatalysts》《Single Particle Nanocatalysis》。申请专利24 项,其中12项已获授权。论文被包括NatureChem. Rev.PNASJACS等刊物予以正面引用或评述, 相关工作获得包括Nature Energy、中国科学院官网、光明科技、搜狐科技等多家科技媒体的积极评价。科研工作被广州日报、学习强国等媒体平台报道。先后主持国家、省部级以及市级项目/专题10余项,2021年获广东省杰出青年基金项目资助,2022年获国家自然科学基金委优秀青年基金资助,共获经费资助600余万元。

科研访谈

MVC:请您简单介绍一下课题组目前的主要研究工作?

张玉微(ZYW):单粒子化学活性分析课题组目前致力于单粒子荧光显微技术的研发。当前,荧光单分子单粒子显微技术仍旧受制于技术上的局限性而难于得到广泛的应用,主要体现在两个方面,一方面所能获取的信息单一,仅能获取活性、时间和位置信息;另一方面,受制于荧光探针和技术方法上的局限,能够应用的体系十分有限。因而,我的课题组工作将集中于多维普适性单粒子荧光显微技术的开发,用以实现多体系的单纳米粒子活性测量。

MVC:您在Wiley旗下的期刊上发表了多篇论文,哪篇论文最让您最为欣赏?为什么?

ZYW我最喜欢的论文是发表在德国应化的Single-Molecule Nanocatalysis Shows InSitu Deactivation of Pt/C Electrocatalysts during the Hydrogen-Oxidation Reaction这篇文章。在这个工作中,我们通过设计双功能催化反应体系与微型光学电化学反应池,发展了电化学-荧光单分子的联用技术,从而实现了电化学体系的时间分辨的单颗粒活性测量。以单个 Pt 纳米粒子电催化体系作为研究模型,测量了其活性变化与结构变化及电信号之间的联系,发现了活性衰减的弛豫现象、纳米粒子的自修复现象;揭示了 Pt 纳米粒子电活性失活的主要诱因,不同于以往认为的“毒化”机理,电刻蚀才是该体系失活过程的主要原因。这一工作也得到了国际国内同行的广泛认可,认为该失活核心机理的认识对设计制备高效、稳定的 Pt/C 电催化剂有重要指导价值。我非常喜欢这样实用性较强的工作,我也将会努力的将工作集中于这样能够被人需求、期待的研究领域,希望能够服务于能源、环境等领域纳米催化剂的发展。(Single-Molecule Nanocatalysis Shows InSitu Deactivation of Pt/C Electrocatalysts during the Hydrogen-Oxidation Reaction. Angewandte Chemie-International Edition 2016, 55 (9), 3086-3090)

MVC:在长春应化所学习和工作期间,您主要从事燃料电池催化剂的研究工作。近年来,您发展了荧光单分子分析方法,例如全内反射荧光显微技术(TIRFM)。您认为荧光单分子分析方法对电催化剂的理性设计有何促进作用?

ZYW我在博士期间师从邢巍研究员开展燃料电池关键材料的研究,也逐渐意识到在纳米催化剂飞速发展的同时,对材料表征技术也提出了新的挑战。传统经典的纳米材料表征技术仅能给出形貌、结构、尺寸、能态等特征,难以在微观尺度提供纳米颗粒的反应活性分布、变化规律、高活性来源等信息。后来,我跟随徐维林研究员,学习并发展了荧光单分子单粒子显微技术,该技术能够在活性分析上提供一种独特的解决思路。它利用纳米材料表面反应生成的荧光信号对纳米粒子进行活性分析或者活性的动态分析(要特别注意的是这里的活性位点不是某种元素或者某个结构,而是反应发生的真实位置),这些信息的获取将会对催化剂的理性设计提供最精确与准确的信息,这些信息对于材料的理性设计是非常有价值的。

MVC:请您为读者归纳如何构建荧光单分子分析方法的模型并概括这项技术当前的应用场景。

ZYW荧光单分子单粒子显微技术是利用光在全反射过程种产生的倏逝波,来激发反射界面上的单个分散的粒子表面催化产生的荧光物种,实现单分子水平的观测。它的出现使得单纳米粒子的化学活性研究得到了极大的拓展。所获得的关于纳米粒子活性的认知能够针对性的指导不同体系的材料合成,其在众多重要体系中都有着巨大的应用潜力。如能源催化体系、生物体系等,都对单粒子层面的活性信息及机理信息有着强烈的需求。在能源体系中,由于催化体系对纳米材料的活性有着丰富的活性、选择性、稳定性上的要求,如果获取了纳米粒子层面毒化如何产生、活性如何变化的信息,那么就可以控制毒化过程、控制合成策略,合成更优化的纳米材料。在生物体系中,近年来由于生命科学的发展,对纳米探针的需求也越来越强烈,科学家们迫切的想知道纳米探针的构效关系,纳米材料如何失活,如何产生生物毒性的,它的表面反应活性如何进行等信息。目前单分子单粒子荧光显微技术还仍旧受限于荧光探针的种类,进而限制了其应用的研究体系,所以关键还在探针。

MVC:从长春到广州,在您的人生经历中对您影响较大的人是谁(们)?

ZYW我是十分幸运的一个人,在我成长过程中遇到了很多很多对我有过重要帮助的同学、同事,他们的倾囊相助给予了我莫大的支持!我们说,成长的经历会塑造一个人的性格,那么我现在也喜欢尽自己所能去帮助别人。

如果说影响最大的人,在这里我要我的三位导师,第一位是我的研究生导师邢巍研究员。我的导师为人非常正直,对学生认真负责,他不仅教会了我如何去做科研,还教会了我许多做人的道理。还记得我的第一篇文章发给邢老师之后,老师看完之后,并没有发火(我们知道,第一篇文章通常都惨不忍睹),也许发了火,但当时他在国外出差。他对我说了两句话,这两句话教会了我如何去做科研,一句是“知其然,不知其所以然”,一句是“以其昏昏,使人昭昭”。使我幡然醒悟,对文章进行了大刀阔斧的改动,并进行了更深层次探索。至今,他的教诲仍使我受益!

2011年博士毕业后,我来到我的师兄徐维林研究员的课题组,徐老师严谨的工作态度和“单纯”的学术作风深深的感动我,他也是我人生的标杆。我想,徐老师的成功带动了一批人,也给了青年学者们以希望。

第三位对我影响非常大的老师是广州大学的牛利教授。牛教授具有非常宽广的胸怀,他怀揣着强烈的爱国情怀和报国的理想,他是这样想的,也是这样做的。他致力于实现科研仪器的自主化,努力的摆脱我国科研仪器对进口仪器的依赖。这样服务于的现状国家发展,服务于地方经济建设的情怀,让我更深的体会到大科学家们的思想理念,也让我在科研路上进一步成长。

MVC:您在选择研究生的时候有什么标准?对有志从事科学研究的同学们有什么建议?

ZYW我建议本科生在条件允许的情况下,尽量选择读研究生。因为读研究生的过程是对个人能力的大幅度提升。本科阶段吃大锅饭,有班委、团委的安排,只要随着大家一起就可以了。但是研究生阶段相当于小炒,要求学生明确的知道自己要做什么,怎么做才可以达到最好的效果。这个过程培养的是自主做事的能力,研究生阶段会更有自主性。但是如果本科毕业就去参加工作,所从事的一般都是具体的基础性的事物,自主性相对较差,对自身的能力培养很难得到大幅度的提高。

我选择研究生的标准非常简单:勤奋与毅力!勤奋的人运气不会差,有毅力的人能力不会差!

MVC:科研工作之余,您如何平衡生活和工作?您最大的爱好是什么?

ZYW全国的绝大部分科研人员的生活基本都是一样,可以叫做生活,也可以叫做工作。生活是人类这种生命的所有的日常活动和经历的总和,而科研人员的科研活动占据了生活的绝大部分。我们的快乐、焦虑、不安、悲伤和喜悦大部分来源于科研活动。而像浪漫、风情、山水、繁华,对于科研人员而言算是锦上添花。我也会有一些业余爱好,比如游泳、唱歌,这些也给我带来了许多快乐,就像是攀登路上的一些小花,让路途不遥远。