作者:李思辉 马玲玲 来源:中国科学报微信公众号 发布时间:2023/10/14 9:14:10
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诺奖得主寄语年轻人:勇敢探索那些看似“不可能解决”的问题

 

文 | 《中国科学报》 记者 李思辉  实习生  马玲玲
10月11日,2023年国际光化学技术与产业大会在武汉开幕。参加会议的诺贝尔化学奖获得者大卫·麦克米兰在接受《中国科学报》专访时,对青年科学家提出了一些富有启发性的建议。
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大卫·麦克米兰。武汉市科协供图  

“我与化学的双向奔赴”

在回顾自己的求学经历时,大卫·麦克米兰告诉《中国科学报》,他哥哥是家里第一个上大学的人。哥哥在大学学的是物理,毕业后收入比父亲还多。受哥哥和家庭的影响,他在高中毕业后申请了英国格拉斯哥大学的物理系。但当他学习物理之后,发现自己并不是很擅长。幸而他另外上了一些有机化学的课,找到了自己的兴趣所在。

“化学知识时常在我脑海中浮现,就像是在读一本书,书中的景象栩栩如生。是的,我很快就意识到我真的很喜欢化学。”他说。

在找到自己真正所热爱的学科之后,麦克米兰便开始潜心学习。在格拉斯哥大学获得化学学士学位之后,他先后在美国加州大学欧文分校、哈佛大学攻读博士学位、做博士后。1998年,他在美国加州大学伯克利分校开始了自己独立的职业生涯。任职期间,在他与课题组的共同探索下,一个全新的化学概念开始悄然萌芽。

“有机催化为我们打开新视角” 

2021年,大卫·麦克米兰和本杰明·李斯特因开发了一种新的、独创的分子构建工具“有机催化”而荣膺诺贝尔化学奖。
什么是催化?麦克米兰用一个有趣的小故事加以解释:有一个人需要翻山越岭才能到家,如果在山脚挖通隧道,那么他就只需要通过隧道穿行,会大大节约时间和能量。同理,化学反应需要能量,催化便提供了一种新的方式来到达我们的目的地,同时减少能源的消耗,使现有的反应更容易、更快,并且允许新的化学反应产生。
催化作用对我们来说非常重要。麦克米兰在诺贝尔奖颁奖典礼上的演讲中提到,90%的工业规模化学反应使用了催化,并且全球GDP的35%也是基于催化的作用。催化作用对社会产生了巨大影响,比如基于固氮的全球食品供应,以及基于太阳能电池材料的可再生能源等。
然而,在以往的研究中,典型的“金属催化剂”存在价格昂贵、有毒且难以回收的弊端。在哈佛大学时,麦克米兰也曾致力于利用金属进行催化研究。但他逐渐意识到,在实验室中,虽然能够实现某些金属催化剂的要求,但却无法进行规模化生产。于是,他提出疑问:“为什么我们要花费过多的时间在实验室?”因此,当他在加州大学伯克利分校开始任职之后,便进行了新的探索。
“有机分子是不贵、安全且可持续的。如果我们只使用有机部分作为催化剂呢?”带着思考,他开始设计简单的有机分子。经过不断的尝试,“有机催化”应运而生。有机催化易于获得,不敏感,价格低廉,无毒且易于处理,成为不对称催化中一个全新的领域。更重要的是,通过有机催化开发的有机催化剂可以适用于众多领域,尤其是医学领域。
不对称有机催化的新型催化模式为化学合成提供了重要手段,可以减少化学制造中的浪费,简化药物生产。
“我们如何以负责任的方式为不断增加的全球人口提供服务?”麦克米兰的提问令人深思。18世纪以来,世界人口迅速增长,全球变暖、臭氧层的损耗和破坏、全球性资源问题日益严重……他表示:“或许,可持续催化的研究能够为我们打开新的视角。”

有机催化、生物催化、光催化、电催化……他认为,利用大自然丰富的可再生资源进行的可持续催化研究,将为地球的可持续发展赋能。

 “中国的化学研究令人惊喜” 

当提到对中国化学研究的印象时,麦克米兰不吝赞美:“中国的化学研究是令人惊喜的。在过去的二十年间,中国研究成果的增长非同寻常。我认为这样的成就来源于大量的资源和资金投入,以及科学家群体的共同努力。”
正如麦克米兰所感知的,我国在科技领域的巨大成就与国家对科技创新的大力支持密不可分——《2022年全国科技经费投入统计公报》显示,2022年全国研发经费投入总量首次超过3万亿元,达到30782.9亿元;《中国科技论文统计报告2023》显示,我国各学科最具影响力期刊论文数量首次居世界第一位。
在谈到科学家的努力时,麦克米兰认为,中国科学家已经对科学的界限有了深刻的认识,因而在进行研究时,能够清楚地认知边界,从而熟练地探索。他表示,自己在中国有很多合作的化学家,他们正在做一些了不起的事情。他认为中国化学家不仅在认真地做一些基础研究,而且在不断探索中有所创造。
 “勇敢探索一些‘不可能解决’的问题” 
科研是一条探索未知领域的幽径,难免会遭遇困难和失败。“如何度过科研受阻的时刻”是令很多科学家困惑的问题。获得诺贝尔奖后,麦克米兰被问及最多的一个问题就是如何看待失败,对此他有自己的见解。
“科研中遇到失败是非常常见的,失败只是另一种经验。所以失败是非常有价值的,其中的症结在于你如何使失败更快地发生。对我来说,失败不是问题,而是一种信息,告诉我哪条路走不通,可以另换一条了。”
在问及对青年科学家有何寄语时,麦克米兰鼓励年轻人大胆、无畏地释放自己的创新精神,对前辈理应保持尊敬,但不要想当然地认为他们总是正确的,要勇敢地去探索一些世人认为“不可能解决”的难题——“只要你花足够多的时间,纵使是一个从来没有被思考过的难题,也会被你解决”。
'不一定要按照别人的要求去做,要做你认为正确的事情。”麦克米兰总结说。
 
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