118種化學元素全球徵集青年代言人!8位中國科學家入選

2021-02-25 化學科訊


今年是化學元素周期表誕生150周年,也是世界最權威的化學學術組織——國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)成立100周年。為此,IUPAC與國際青年化學家網絡(IYCN)在世界範圍內發起了「青年化學家元素周期表」的徵集提名,入選者將代表化學學科在下一個百年的發展方向。近日,在法國巴黎召開的國際純粹與應用化學聯合會成立100周年紀念大會上,最後一批入選「元素代言人」的青年科學家名單公布。至此,118種化學元素都有了自己的代言人。值得高興的是,這張周期表中,出現了八位中國青年化學家的名字。他們與代言元素之間,究竟有著怎樣的故事?他們如何詮釋心中的化學?來看看他們的故事。

用化學創造美

本來,曾晨婕申請代言的是第36號元素氪,因為她在博士研究期間發現的第一個金納米糰簇具有36個金原子。基於曾晨婕在精確金納米糰簇方面的一系列工作,她獲得了2017年IUPAC頒發的「國際青年化學家獎」。現在,曾晨婕是美國賓夕法尼亞大學大自然保護協會自然網博士後。早前,在美國卡內基-梅隆大學攻讀博士時,曾晨婕發現了一系列具有原子精確度的金納米糰簇,例如金28、金36、金44、金52等。她進一步發現,這些金納米糰簇如同化學元素一般,也具有組成、結構、性質上的周期性。她申請元素代言人,以此向元素周期表致敬:門捷列夫在原子尺度上所發現的物質性質變化規律,在更加宏觀的納米尺度也同樣存在。曾晨婕本科畢業於南開大學化學系。在她從事藝術創作的哥哥的影響下,她表現出了對科學與藝術的雙重愛好與追求。將化學之美與公眾分享,是曾晨婕的一大科研樂趣所在。她覺得,藝術家是用眼睛觀察世界,以畫筆、顏料等工具進行創作,而化學家則是以合成方法為工具,在微觀世界中進行「創作」,創造出全新的物質。她最引以為豪的一件「合成藝術品」是一個含有133個金原子的金納米糰簇,這其中融合了類似病毒衣殼的正二十面體、DNA螺旋和星系渦旋等不同尺度上的結構。這一作品已成為「人類藝術品登陸月球」項目中的一員,將於2020年被送往月球。目前,她的研究方向是開發出一款基於半導體納米晶體材料的新型「太陽能油漆」。她希望,不久的將來,應用在建築物上的油漆不僅色彩驚豔,還能成為太陽能「收割機」。

    

納米技術挑戰腫瘤

劉莊一直想不出為何IUPAC會讓自己代言汞元素,他只是提出了申請,並沒有指明特定元素。劉莊所從事的研究其實是納米科學,圍繞腫瘤診療中的若干挑戰性問題,他發展了一系列新型納米探針,用於體外生物檢測與活體分子影像,並探索了多種基於納米技術和生物材料的腫瘤光學治療、放射治療、免疫治療等新策略。2004年,劉莊從北京大學化學與分子工程學院畢業,2008年獲得美國史丹福大學化學博士學位。此後一年,他在史丹福大學化學系以及醫學院從事博士後研究。2009年6月加入蘇州大學功能納米與軟物質研究院,被聘為教授、博士生導師。近年來,劉莊課題組在生物材料與納米醫學領域從事研究工作,共發表250餘篇同行評議論文,論文總引用超過4.6萬次。自2015年起,他連續入選科睿唯安公布的「全球高被引科學家名單」。2014年,他獲得「納米化學新銳獎」,2015年獲國家自然科學基金委員會傑出青年學者獎,並受邀成為「英國皇家化學會」會士。

    

交叉思維駕馭材料

鉕是一种放射性稀土元素,它在軍用、航天發光材料中發揮關鍵作用。而如何將以稀土發光材料為代表的一系列功能性納米材料用於解決人類社會的實際問題,是袁荃一直努力思考和研究的方向。這些看起來微乎其微的納米材料,在她眼中有著巨大的魔力。袁荃於2004年畢業於武漢大學,2009年獲北京大學無機化學博士學位。後來,她在美國佛羅裡達大學從事分析化學相關的博士後研究。回國後,袁荃來到湖南大學化學化工學院,開展了一系列關於生物功能納米材料的應用研究。得益於無機材料化學和分析化學的交叉背景,她常以交叉思維尋求人類面臨的疾病和環境相關問題的創新解決辦法,如嘗試將核酸功能化稀土發光納米材料用於疾病診斷和治療,將石墨烯納米複合功能材料用於生物傳感和海水淡化等。袁荃發表了80多篇高質量的論文,她還應邀參加了許多國際會議,與世界各國前沿材料領域的科學家交流思想。她曾獲2018年《納米研究》青年創新者獎、2015年長江青年學者計劃、2015年中國化學會青年化學家獎、2014年國家自然科學基金委優秀青年科學基金等。榮譽背後,她希望有朝一日能讓自己的研究實現真正的產業化,為解決實際問題做出更大貢獻。

    

讓硫變得可愛

姜雪峰是華東師範大學化學與分子工程學院教授。曾經,他從未想過這輩子會與硫結緣:從事硫化學的研究,並成為硫元素的代言人。這種天然帶有惡臭的元素,實在不討人喜歡——在500億個空氣分子中,只要有一個硫甲醇或硫乙醇分子,就會有明顯的氣味。每次,姜雪峰做完含有硫步驟的合成實驗,衣服上、身上都會長久帶有異味。這時,從身邊經過的人都會露出嫌棄的表情,這讓姜雪峰很尷尬。然而,硫卻是一種非常有用的元素,它不僅廣泛存在於大蒜、洋蔥、榴槤等食物之中,還是生命體的重要組成元素,很多重要藥物的合成,如青黴素、頭孢等也都離不開它。在「令人嫌棄」與「不可或缺」的矛盾之中,姜雪峰看到了挑戰科研高峰的機會。2008年,在美國頂尖生命科學私立機構斯克利普斯研究所開始進行博士後研究,他就致力於將有機硫化學  「3S」化,即無臭(smelless)、穩 定(stable)、可 持 續(sustainable)。為此,他開發了多種類型新的綠色硫化試劑和相應使用策略,可讓無機硫鹽高效環保地轉化為有機含硫功能分子。這些方法可廣泛用於製藥、材料、食品工業和生命科學領域,並建立起了系統的硫化學鍵連結新規則。姜雪峰還通過電視、廣播、網絡等平臺進行多維科普。同時,其科研成果正在多家公司進行產業化應用。他是中國化學會化學教育委員會委員,並在國際純粹與應用化學聯合會中承擔重要工作。

    

科幻啟發靈感

第100號鐨元素是為紀念著名物理學家恩利克·費米而命名的,「100周年100號元素」,這個「雙百」有著其特殊的意義。侯旭入選代言該元素,是IUPAC對其工作的認可。他覺得,這個代言既是鼓勵也是激勵。

  侯旭是一個科幻迷,國內外的科幻劇他從學生時代就開始追起,其中《星際之門》裡面的液態星門就給了他液體門控系統的科研靈感。所以,他認為,生活中有許多事物都能給科研帶來啟發,科研之餘多一點個人興趣、社會活動,其實對拓寬科研思路很有幫助。

  1983年出生的候旭是土生土長的成都人。他於2006年和2011年分別獲四川大學生物醫學工程學士學位和國家納米科學中心物理化學博士學位。2012年,他在美國哈佛大學工程與應用科學學院與韋斯仿生工程研究所從事博士後研究,2015年獲得了哈佛大學醫學院講師職位,但他最終選擇回國發展。2016年,他加入廈門大學,任化學化工學院、物理科學與技術學院雙聘教授。

  侯旭在膠體界面化學與仿生智能孔道材料方面開展了系統深入的原創研究,首次建立了響應性液體門控系統,該系統突破傳統固/液界面化學設計的限制,應用全新的響應性動態固/液/液界面設計製備液體複合多孔膜系統,可應用於新一代高效節能汙水處理,無電可視化微量物質檢測和空氣淨化等領域。

  他已出版了兩本學術書籍,並在《自然》等國際頂級學術期刊上發表了30餘篇論文。

  2018年,他入選科技部國家重點研發計劃青年項目首席科學家。

    

核素輻射「全防護」

  作為我國青年放射化學家中的領軍人才之一,王殳凹現任蘇州大學放射醫學及交叉學科研究院教授、核能環境化學研究中心主任,是國家自然科學基金委傑出青年基金獲得者。

   進入中國科技大學,是王殳凹科研生涯的第一步。在開學典禮上,時任校長、中國科學院院士朱清時的話點亮了他的科研夢——智慧的人往往善於抓住人生機遇並充分運用。此後,他在美國多個一流科研機構繼續深造,這為他打開了更廣闊的科研視野。滿腹家國情懷的王殳凹,回國時在中國科學院院士柴之芳的推薦下,選擇了素有中國放射醫學「黃埔軍校」之稱的蘇州大學醫學部放射醫學與防護學院。

   進入蘇州大學後,王殳凹以新型核廢料安全儲放形式研究、核乏燃料後處理中放射性核素分離技術研究、放射性汙染環境擴散機制研究和放射性核素促排藥物研究,作為團隊主攻的四個方向——對接核能可持續發展及核安全重大需求,從核能放射性汙染的前端控制到阻止放射性汙染的核素進入人體內,再到放射性汙染進入人體後的排洩,開展一系列閉環研究。同時,瞄準輻射防護領域,王殳凹帶領團隊通過改造藥物配體,用以高效「識別」放射性核素並與其絡合,使放射性核素形成水溶性化合物後排出,從而解決了促排藥物研發中的瓶頸問題。

  迄今,他已發表120多篇主流期刊文章。

  作為一名「學霸」,王殳凹卻顯得謙遜隨和:「很多人以為我出身中科大少年班,其實我的學生時代還有些偏科,因為鍾愛物理、化學兩門課而結緣材料化學這門交叉學科。」

  王殳凹曾獲得「2016年中國化學會青年化學獎」。組委會在獲獎評語中寫道:「面向我國核能可持續發展及核安全重大需求,建立新一代核廢料儲放形式和核應急材料,為設計新型乏燃料後處理流程進而降低核廢料長期放射毒性奠定基礎。」

    

化學思考生命

  氮是一種生命體所必需的的核心元素。雷曉光現任北京大學化學與分子工程研究院研究員,他從小就喜歡生物、醫學和藥學,他在探尋生命現象、疾病的過程中,發現要想理解生命的本質、闡明疾病的原因,還是得從化學這門基礎學科入手。

  2001年,雷曉光從北京大學化學學院畢業後,就一直致力於將化學與生命科學、醫學結合在一起。2006年獲美國波士頓大學博士學位,並在哥倫比亞大學完成了生物有機化學方向的博士後研究。2009年初,雷曉光學成回國,任北京生命科學研究所研究員、化學中心主任。2014年,雷曉光全職加入北京大學,現任該校化學學院特聘教授,同時任北大-清華生命科學聯合中心高級研究員。

  回國後,雷曉光一直從事合成化學與化學生物學研究,主要關注活性天然產物合成與功能研究、程序性細胞死亡的化學生物學研究,由此開發治療人類重大疾病的創新藥物。「生是偶然,死是必然」的哲學命題在生命中的體現就是普遍存在的細胞死亡過程。很多非正常細胞死亡是導致人類疾病的根源。他用化學手段幫助發現與理解細胞死亡的奧秘,並通過發現調控機理,開發小分子藥物,為解除人類病痛帶來新的希望。他希望,未來這些研究最終能夠寫進教科書,成為人類認識生命的一個個裡程碑。

  雷曉光曾獲得2018年中國化學會-巴斯夫公司青年知識創新獎、2017年國際四面體青年科學家獎、2017年瑞士化學會傑出講座教授獎、2015年日本化學會傑出講座教授獎、2013年國際化學生物學協會首屆青年化學生物學家獎等多項國內外學術榮譽。

    

投身「瀕危學科」

  代言鑥元素,算是肖成梁打了一個「擦邊球」,因為他的主要工作與鎝元素更加相關。不過,鑥元素所在的鑭系元素,與他另外一個重點研究方向——核廢料中鑭系錒系元素分離直接相關。

  2011年,肖成梁畢業於浙江大學化學工程與生物工程學系,獲得博士學位。2012年,他在中國科學院高能物理研究所從事博士後工作,師從我國著名放射化學家柴之芳院士,之後加盟蘇州大學放射醫學與輻射防護國家重點實驗室。2017年,從美國西北大學結束訪問學者工作回國後,他就職於浙江大學化學工程與生物工程學院工業生態與環境研究所,主要從事放射化學、溼法冶金以及環境汙染控制及資源循環等研究工作。

  放射化學屬於「瀕危學科」,在跟隨柴之芳院士之前,肖成梁就已經開始涉足核廢料中發熱元素鍶和銫的分離。來到中國科學院高能物理研究所,他更加清晰地看到了核學科,尤其是核廢料處理對國家安全和核能發展的重要性,於是將研究重點進一步拓展到鑭系錒系元素分離上。

  一般來說,核廢料處理是先將其中的鈾和鈽等核資源回收,但此時剩餘的高放射性廢液中仍含有長壽命次錒系元素(如鋂),那是長期放射毒性的主要來源。分離-嬗變被認為是解決這一難題的有效途徑。分離出來的次錒系元素,經過中子轟擊,可嬗變成半衰期短或不具有放射性的穩定元素。然而,核廢料中所含的鑭系元素卻會大量吸收中子,影響嬗變效率,因此必須先將鑭系錒系元素完全分離開。這也是目前放射化學領域最前沿的、也是極具挑戰的課題之一。肖成梁從事的工作是通過軟硬結合調控的方法將所有錒系元素與鑭系元素相互分離,這也是目前國際上最有效的分離方法之一。

來源丨文匯報

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