讀博7年,終以一作發Science畢業的蘭大女博士,近日再發Science!

　　

　　

　　圖片來源：網絡，馬天瓊到達美國加州大學伯克利分校

　　來源：蘭州大學研究生招生，science等

　　從本科時的學校主持女神、辯論女神的蘭大風雲人物，到讀博讀成了沒有paper的實驗室最老的「老師姐」，再到一作發Science博士畢業的科研女神，馬天瓊用了十二年。本科四年、支教一年，馬天瓊的博士讀了整整7年。7年蟄伏，終於成就了一篇世界級影響的Science。厚積薄發，近日，馬天瓊再次利用該研究報導的新方法，和同事合作，以第二作者身份再次發了篇Science研究，將COF化學推向了新的價態。

　　2018年7月6日，美國《Science》(科學)雜誌以「Single-crystal x-ray diffraction structures of covalent organic frameworks」為題，發表了以蘭州大學為第一通訊單位，北京大學、加州大學伯克利分校共同合作在共價有機框架材料領域中取得的最新研究成果。蘭州大學化學化工學院、功能有機分子化學國家重點實驗室王為教授課題組的馬天瓊博士是該文章的第一作者。該項研究首次實現了共價有機框架材料大尺寸單晶的生長和結構解析，將「共價組裝有序結構」的研究提升到新的高度。不僅突破了共價有機框架材料領域發展的長期瓶頸，也為動態共價化學的理論和應用研究提供了全新的實例。

　　

　　2020年10月23日，馬天瓊博士又在她所在美國加州大學伯克利分校Omar M. Yaghi課題組，和同事一起，利用她在2018年報導的新方法來合成材料、生長單晶以及解析結構，在Science上發表了題為「Design of higher valency in covalent organic frameworks」的研究，研究報告了一種價態為8（立方）和「無限」（棒狀）的有機框架（COF）合成策略，實現了更高價態共價COF的設計，從而將COF化學推向了新的價態。其中，馬天瓊為第二作者。

　　

　　馬天瓊，女，回族，甘肅省臨夏人。2006年考入蘭州大學物理科學與技術學院本科學習，2008年在塗永強院士實驗室進行科研見習。2010年參加共青團中央第十二屆研究生支教團，支教一年。2011年保送至王為教授課題組攻讀碩士和博士學位，2017年在北京大學孫俊良研究員課題組聯合培養一年，2018年獲得蘭州大學理學博士學位。2018-2019年在北京大學無機固體化學課題組開展「博雅計劃」博士後研究。2019年起在美國加州大學伯克利分校Omar Yaghi教授課題組開展博士後研究。

　　

　　馬天瓊在博士畢業季與曾使用多年的實驗設備合影

　　七年蟄伏，厚積薄發

　　成就兩篇Science

　　說起在頂級期刊上發表文章的經歷，還得追溯到十年前馬天瓊保送至王為教授課題組時。那時的她經過本科階段的學習和各種創新創業項目的訓練，非常喜歡有機化學，再加上材料化學專業的背景，馬天瓊對各種有機材料充滿好奇和嚮往，於是她選擇了王為老師課題組。

　　王為教授課題組是國際上較早在共價有機框架材料領域中開展研究的小組之一。共價有機框架材料（Covalent Organic Frameworks，COFs）是有機單體通過共價鍵的連接、在二維或三維方向上形成的一類新型的晶型有機多孔高分子材料。其在氣體吸附和分離、催化、光電、儲能等領域有著廣闊的應用前景。共價有機框架材料領域中的一個重大挑戰是：如何獲得大尺寸和高質量的單晶。由於採用強的共價鍵作用進行構築，COFs的合成過程很難從原子分子尺度上進行精準調控，之前合成出的COFs材料因而主要表現為多晶形態，其結構的推定通過粉末X-射線衍射、電子衍射和計算機模擬等手段間接獲得。如何採用精準的共價組裝策略大幅度提升COFs材料的結晶度、從而通過單晶X-射線衍射技術在原子尺度的層面獲得其精確的結構信息，是該領域發展的核心瓶頸。

　　早在2011年，馬天瓊就合成出一例新的COF材料，命名為LZU-111。那時大家對COF材料結構的了解還處於非常初級的階段，幾乎都依賴於對拓撲的模型的認識、想像和猜測。尤其是對三維COF，如果不能通過大量計算機模擬和篩選的手段得到相對合理的猜測結構，大多數研究者甚至最後放棄對未知COF材料的研究。

　　為了研究LZU-111的結構，馬天瓊自學晶體學和計算機結構模擬。那段時間她實驗沒有任何進展，每天早上很早來到實驗室，先洗一桶玻璃儀器，然後抱著電腦和一本《X-射線晶體學》，一言不發地躲在角落裡看書。他的導師王為教授看在眼裡急在心上，但他相信他的這個學生，並沒有對她失去信心，在她的沉澱期給予了她最大的耐心，而且還鼓勵她繼續學習晶體學。在馬天瓊第一次模擬出材料的粗略結構後，王老師伸出大拇指使勁點讚。這也極大地鼓舞了馬天瓊，她相信有導師的支持，她一定能解決眼前的困難。但是要知道材料的精確結構談何容易！幸運的是，2013年王為教授在去美國開會時遇到一位研究藥物多晶型的殷小天博士，和殷博士相談甚歡。同年殷博士回國訪學一段時間，馬天瓊向殷博士請教了很多晶體學問題。殷博士深厚的結晶學內功，給了馬天瓊很多啟發，她查閱大量文獻，了解各種晶體材料單晶的生長方法，並嘗試各種條件，希望能生長出COFs材料的大單晶，通過單晶衍射方法得知精確結構。她已經記不清自己篩選過多少合成條件，做過多少材料，失敗過多少次，有時做夢都能夢到金光閃閃的大晶體在遠遠向她招手。

　　又經過一年多的努力，她第一次從掃描電鏡中看到晶體從納米尺寸長大了一個數量級的時候，她的那種驚喜難以名狀。但由於當時從來沒有人做到過使COF晶體長大，連她自己也有所懷疑，組內老師、同學的態度也都比較謹慎，善意提醒她單晶沒有那麼容易長大，甚至有老師、朋友勸她放棄這麼艱難的課題，做一些容易的工作，儘快發表文章，準備畢業。她自己卻像一個痴漢一樣沉醉於一點一滴的進展和幸福中。她說這是她的夢，她在夢中見證了單晶的璀璨和奪目，並且相信自己的晶體一定能夠生長成為大單晶，她不捨得放棄，更不應該放棄。哪怕沒有一個人認可她，只要是正確的事情，她就一定要死磕到底。她就是要做原創性的工作，就是要做不一樣的工作，就是要走別人沒有走過的路，哪怕曲折艱險，哪怕充滿荊棘。她的這股「軸勁兒」在別人看來甚至有點不可理喻，一時也成為了不懂變通、性格古怪的代名詞。她也曾糾結過，痛苦過，身邊的同學朋友都在一批一批發文章、畢業，一時間她似乎什麼都沒有，她還成了實驗室最老的「老師姐」，甚至是一些平時關注她的老師們，也在電梯裡碰見她的時候，關心地詢問她什麼時候發文章，什麼時候畢業。甚至有時家人都會替她著急，問她成天在實驗室幹什麼，為什麼別人讀博是發文章畢業，她讀博是什麼文章都不發表還比別人花更長的時間「耗」在實驗室。然而她說，她欣賞那些一邊流淚一邊堅持的人，自己也想成為這樣的人，去做值得的事。

　　十年磨一劍。經過長時間的不懈努力，她終於建立了控制生長大尺寸單晶COFs的方法，並首次合成出多種三維亞胺型COFs的大尺寸單晶。得益於單晶的獲得與解析，使得研究者首次觀察到COFs孔道中水分子客體的有序排列、COFs框架中有機鏈的構象旋轉、以及亞胺鍵的連接方向等核心信息。此外，通過單晶結構解析還確認了最初帶給她幸運與艱難的LZU-111材料的結構，該單晶具有罕見的lon-b-c3手性拓撲結構。如果不是得到單晶，可能她永遠也不會知道這個材料有如此美妙的結構。這些結果被整理成文，在2018年5月被美國Science（科學）雜誌接收，2018年7月6日正式在線發表，她也才終於能夠坦然地參加博士學位答辯並獲得博士學位。

　　博士畢業後，2018-2019年，馬天瓊先在北京大學無機固體化學課題組開展「博雅計劃」博士後研究。

　　

　　馬天瓊在北大未名湖畔與博雅塔的合影

　　2019年，馬天瓊加入美國加州大學伯克利分校OmarYaghi教授課題組，開展下一階段的博士後研究工作。Yaghi教授是世界知名的化學家，Reticular Chemistry的創始人。他非常欣賞馬天瓊，對她寄予厚望，希望她更上一層樓，承擔更有挑戰性的基礎研究課題。然而就像每一個初到異國他鄉的人所要必須經歷的，語言溝通的障礙、生活上的諸多不便，這一切無法逃避更無法對抗，只能慢慢調節、慢慢適應。然而時間對研究者又是何其珍貴，三個多月後，馬天瓊的課題幾乎毫無進展。除了需要承受來自科研的壓力，最痛苦的還是那種無時不刻的自我懷疑和失望。

　　

　　Yaghi教授

　　說來巧合，那時同樣糾結的還有同課題組的一位德國同事，他有一個非常好的想法去構築高連接數的COF材料，卻怎麼也實現不了。一次偶然的討論，馬天瓊和這位同事一拍即合，他們決定嘗試用馬天瓊2018年報導的新方法來合成材料、生長單晶以及解析結構。有人說，人生走過的每一步路都算數。將近十年的經驗積累都派上了用場，從結晶優化到晶體生長，在嘗試了數百種不同條件和方法後，他們終於合成了一類全新的材料。這種材料由硼、磷酸多官能團單個分子首尾反應相連，最終形成類似正方體八頂點無限連接的拓撲結構，這種材料可能會具有許多新的性質。但是仍然沒有單晶，這就意味著結構的確定仍然存在許多疑問。馬天瓊不甘心，她眼看著這種新材料從0到1的誕生，又怎麼能放棄從1到100的追求呢？於是繼續反覆地實驗，但反覆地接受著失敗的結果。

　　馬天瓊很清楚地記得那是一個周末的下午，她在實驗室工作，腦袋裡一直思索著各種可能性。她看著實驗臺上各種化合物，想到一個辦法：增加保護基團。這在有機化學反應中非常常見，雖然步驟繁瑣，但或許可以降低體系的反應速率，減緩晶體生長。她立刻寫郵件與同事討論，第二天兩人就開始嘗試這個方法，一個合成前體，一個生長晶體。沒想到成功了！更有趣的是，在整個反應過程中起到作用的並不是最初設計的保護基團，而是為了除去保護基團而添加的鹽酸。看著顯微鏡下晶瑩剔透的一顆顆小晶體，馬天瓊終於長舒了一口氣：你好，久違了，COF單晶！

　　然而這份來之不易的喜悅被突然爆發的疫情打亂，實驗室不得不關閉了。之後兩個月居家工作恰好也給了分析結果、解析結構和整理數據的機會，每隔兩三天一次的線上討論，反而成就了另一種充實的生活。結構分析過程有時混亂，有時艱辛，沒有任何前人的工作可以參考，有時一開始搭建結構模型她就忘記了時間，一整天一整夜常常悄然過去。最後的結果證明，他們得到了一種全新的化學連接方式。若不是長出了單晶，也沒有辦法確認這種新結構以及特殊的脫水縮合方式的存在。2020年10月23日，這篇工作以「Design of higher valency in covalent organic frameworks」為題在Science上發表，馬天瓊為第二作者。

　　蟄伏是成功的人生不可缺少的階段，沒有這一階段，也就沒有驚蟄，沒有騰飛。一個人要想成就一番事業，就必須能夠沉寂下來，學會忍耐，練就一身基本功。蟄伏一則是為了等待時機；二則蓄積力量。積聚之後，一旦等到時機，就可以「扶搖直上九萬裡」。唯有如此，才能「不鳴則已，一鳴驚人」。

　　

　　馬天瓊博士在第24屆世界晶體學大會上作報告

　　本科四年、支教一年

　　她還是主持女神、辯論女神的蘭大風雲人物

　　早期認識馬天瓊的人，不太相信這個發Science的學霸是他們認識的馬天瓊。他們認識的天瓊可是當年學校的風雲人物，是主持女神、辯論女神，是大家喜愛的副班主任「馬姐」，是用笑容感動蘭大的候選人……

　　從軍訓期間擔任連隊記者，到後來材料化學班副班長，學生會、社團工作是馬天瓊大學生活中非常重要的部分。她擔任物理科學與技術學院團委資訊部部長期間，使院刊《物院風華》從臨時刊物升級為正式刊物，物理學院資訊部也被評為校「優秀編輯部」，她自己也被評為校「優秀編輯」。2008年，她擔任了08級材料化學班副班主任一職。一年的工作非常辛苦，也遇到了很多前所未有的特殊情況，比如有兩名學生的先後生病住院。那段時間她既要協調好班級的正常學習工作，安排組織學生陪護在蘭州市住院的兩名同學，同時又要處理好自己繁重的專業課學習任務，還要不間斷地進行自己的科研探究，一起經過了那麼多的坎坷，在她二十歲生日那天，學生們為她精心製作的留言板出現在校園的宣傳欄中：「馬姐，你永遠都是我們的驕傲！08材化感謝你！」馬天瓊的努力工作也得到了學校的肯定，獲得「優秀副班主任」。「潤達百佳優秀學生幹部」等榮譽稱號。

　　馬天瓊興趣愛好很廣泛，喜歡唱歌、辯論、演講、朗誦和主持。她在大學期間主持過各種晚會和活動。由於在辯論方面的特長，她從辯手做到辯論賽評委，到參加校際比賽。曾獲得蘭州大學第十二屆「世紀杯」優秀辯手、第四屆「挑戰主持人」優秀獎、第三屆「英文配樂詩朗誦」二等獎、蘭州市大學生「五四」演講比賽優秀獎、西北民族大學與蘭州大學「迎新杯」辯論賽冠軍、物理學院首屆「育才杯」新生辯論賽冠軍隊教練、「紀念改革開放三十年詩朗誦大賽」三等獎等。此外，她還獲得2007年度「優秀共青團員」、黨校「優秀學員」、2008年度「社會實踐先進個人」、2007－2008學年「學生標兵」等榮譽稱號。2008年還被選為共青團蘭州大學委員會第十三次代表大會代表。

　　

　　馬天瓊主持晚會

　　

　　馬天瓊參加辯論賽

　　2010年本科畢業後，馬天瓊被選為共青團第十二屆研究生支教團成員，赴榆中縣第二中學支教一年。支教期間一度成為全校課時量最大的老師，最高紀錄每周24節課，同時擔任兩個年級五個班的課程。榮獲「優秀支教生」、「全國基礎教育英語綜合能力競賽」優秀輔導教師等榮譽稱號。常說選擇即命運，不少人也不理解她的選擇，聚光燈下的生活光鮮亮麗，為什麼選擇平凡的鄉村支教老師？她的答案是：「白日不到處，青春恰自來。苔花如米小，也學牡丹開。」一年的支教生活教會她太多，開始時對戰勝困難的豪言壯語，到後來的流血流汗也流淚，最後明白真正的承擔和堅韌是關鍵的時候能扛起一座山，脆弱的時候還有可以給別人借用的堅強。在2011年重新回到她愛的科研生活時，她心中更加堅定：在轉角處，只要開步走，總是可以找到自己要去的地方。

　　

　　馬天瓊曾經支教的辦公室

　　從2006年夏天她第一次來到蘭州大學這所百年名校，相比於來自全國各地高考成績優異的佼佼者，她的出現平凡無奇。 十二年在蘭大生活，不同階段，不同經歷，不同成長。

　　歷練，追尋，馬天瓊從聚光燈下走向沒有人看得見的荒原，從萬千矚目到孤獨蟄伏再到一躍成為science女神，取得重大科研成果，她其實始終知道自己想要什麼。

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