WILEY人物訪談——中科院過程工程研究所王丹研究員

　　本周末WILEY人物訪談之編委訪談我們對話的是Advanced Science, Advanced Materials Interfaces、ChemNanoMat的編委中科院過程工程研究所王丹研究員。 他給我們介紹了課題組在多功能結構體系的合成化學研究工作，特別是大家所熟悉的中空多殼層結構（Hollow Multishelled Structure, HoMS）的可控合成工作。

　　同樣提到了年少時閱讀激發的想像力，王老師也曾將科學家和作家作為將來的理想職業，他同時給大家推薦了一本科普書籍《上帝擲骰子嗎？——量子力學史話》。對於目前材料研究的熱門領域納米材料在儲能的應用，他也提出了自己的見解。寄語有志於從事科研工作的青年學生，他認為"科研人員最重要的品質是好奇心和堅持，要有持之以恆的熱情和敏銳的判斷，善於發現有價值的研究方向並堅持自己的特色"。

　　王丹中國科學院過程工程研究所研究員、博士生導師，中科院「百人計劃」入選者，國家傑出青年科學基金獲得者，享受國務院特殊津貼專家，中組部「萬人計劃」科技創新領軍人才入選者，科技部中青年科技創新領軍人才入選者。英國皇家化學會會士，國際溶劑熱水熱協會執行委員；Materials Chemistry Frontiers副主編；EES、Adv. Sci., Adv. Mater. Interface、Matter、ChemNanoMat等期刊顧問委員，Sci. China Mater.和Sci. Bull.等期刊編委。迄今已發表學術論文150餘篇，包括Chem. Soc. Rev., Nat. Chem.，Nat. Energy, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Chem, Nano Lett., Energy Environ. Sci.,ACS Nano, Adv. Energy Mater.等知名期刊。申請中國發明專利45項，已獲授權23項。2005年獲日本陶瓷協會21世紀紀念國際交流個人冠名獎：倉田元治獎；2006年獲北京市科學技術獎三等獎；2013年獲日本陶瓷協會的日中陶瓷科學技術交流獎勵獎；2014年獲贏創顆粒學創新獎-優秀科學家獎；2015年北京市科學技術獎二等獎; 2018年獲中國顆粒學會自然科學一等獎;2018年度科睿唯安化學領域「高被引科學家」。

　　Introduction

　　MVC：能否請您先簡單介紹一下您課題組的科研工作？

　　WD：我們課題組主要從事多功能結構體系的合成化學研究，主要包括1、中空多殼層結構（Hollow Multishelled Structure,HoMS）的可控合成：2、石墨炔的複合與摻雜調控；3、多組分高效電極體系的應用。

　　1.我們發展了一種HoMS的普適、可控合成方法——「次序模板法」，通過調控富含前驅體模板的去除過程，使其多次發揮模板作用形成HoMS；從模板自身的特點、前驅體在模板上的吸附擴散、模板去除過程的反應動力學等層面入手，掌握了HoMS組成與結構精確調控的關鍵技術，實現了對HoMS的結構、組成、晶相等主要參數的精確控制；

　　2.利用石墨炔的結構特點及其優異的電子傳輸與電荷調控能力，首次實現了碳材料定點定量摻雜及電荷分布與電子的捕獲與傳遞的調控，為製備分子級別可控的碳材料奠定了基礎。

　　3.將製備的材料應用於鋰離子電池、超級電容器、燃料電池、太陽能電池、光電催化、氣敏、光電測試等電極材料上，結果表明設計合成的無機固體材料通過表面與傳輸的調控，實現了材料性能增強。

　　MVC：當您還在上學的時候，您想未來從事什麼職業？是什麼把您吸引到科學領域的呢？

　　WD：從小喜歡讀西遊記，喜歡科幻小說和童話小說，想成為一名作家，可以自由暢想。讀研，出國讀博士，就一路走了下來，發現做一名科學工作者不但可以自由暢想，還可以實現幻想！進入吉林大學化學系讀本科為我開啟了進入科學領域的大門，特別是研究生階段，師從馮守華教授，切身感受到了吉大化學系老師和師兄師姐們對科學的執著追求，讓我充分領略到了不斷攀登高峰、追求真理與天馬行空實現想像的吸引力，從那一刻起我便立志把科研作為畢生追求的事業。

　　MVC：如果您沒有走科研這條路，您現在會幹什麼？如果重新選擇，您還會繼續做學術研究嗎？

　　WD：如果我沒有從事科研工作，我可能會是科幻小說作家。如果重新選擇，我應該還會繼續從事學術研究，因為科學研究可以做你所想，也可以為你所用。

　　Main fields of interest

　　MVC: 是什麼促使您選擇「中空多殼層結構」為您的研究課題？

　　WD：中空多殼層結構具有由外至內次序排列的多個殼層，將材料物理隔離為多個相對獨立的空間，每個空間可被賦予各自獨立的特性，從構成殼層的納米顆粒到殼層數、殼層間距、殼層厚度、孔隙率等殼層結構，以及內外殼層的不同組成與表面修飾，均可以根據應用需求設計調控，進而能夠實現材料的多功能與多用途，是一種非常有潛力的新型功能材料。而且HoMS具有像「鬼工球」一樣的美麗迷人的結構，感覺是一種科學與藝術的結合的結晶。

　　MVC：您如何看待納米材料在儲能領域中的應用?

　　WD：納米材料由於具有大量暴露在表面的原子和較大的比表面積，已被證明具有較高的反應活性與轉化效率，並且可以利用尺寸效應來調節光吸收等，使其在儲能領域應用潛力巨大。近年來，納米材料在儲能領域中的應用研究取得了顯著進展，但面向不同的儲能需求，實現材料結構、表界面、取向、排布等的科學設計與性能的綜合調控，仍面臨著巨大挑戰。如何利用更先進的方法實現納米材料的理性設計與可控制備，獲得具有更多預期功能的納米材料是未來需要努力的一個重要方向。此外，也需要更多地去探究納米材料應用於能源領域的儲能機理與相應的調控機制，利用先進的表徵手段實現材料在能源器件應用過程中的原位在線表徵，為新能源材料的研發提供理論與技術支撐。

　　Major scientific achievements

　　MVC: 對於您發表的著作，哪些是令您最驕傲的？您最喜歡的是您哪部分的研究工作？

　　WD：我們組比較驕傲的代表性工作包括：（1）首次提出並發展了「次序模板法」這一普遍適用於HoMS材料可控合成方法，並深入解析了該方法合成HoMS的形成機制，實現了合成方法學的突破，將該領域帶入到理性設計的先進水平，現已被國際同行普遍採用（DOI: 10.1002/anie.201004900）；（2）通過周環反應成功在薄層石墨炔的炔鍵上引入了新型的sp雜化氮原子，首次位點選擇性在石墨炔中引入了雜原子，實現了氮的定點、定量摻雜，為製備分子級別可控的碳材料摻雜奠定了基礎（DOI: 10.1038/s41557-018-0100-1）

　　我最喜歡的研究工作包括：（1）突破了碳球帶負電易於吸附金屬陽離子的限制，提出了不同陰離子在碳球模板上的競爭吸附機制，通過模板預處理促進碳球對陰離子的深層吸附，成功合成了一系列高價態金屬氧化物HoMS，極大豐富了HoMS材料的多樣性（DOI: 10.1038/NENERGY.2016.50）；（2）以ZIF-67大單晶為模板，通過「基因遺傳」模板的空間拓撲結構，合成了具有優勢晶面取向的Co3O4十二面體，推動HoMS材料的可控合成邁上了新臺階（DOI: 10.1021/jacs.8b13528）。

　　Work life balance

　　MVC: 什麼時刻您最享受工作中的樂趣？在科研經歷中是否有些趣事可以和我們分享？

　　WD：科研工作可以允許我們充分發揮無盡的想像力，並且能夠把這些想法變成現實，這是最讓我樂在其中的事情。

　　MVC：科研工作之餘，您有什麼愛好？

　　WD：以前是下圍棋，使自己更沉穩，可以多步思維；現在是看科幻電影，放鬆自己，提高想像。

　　MVC: 您最喜歡的書是什麼？

　　WD：《上帝擲骰子嗎？——量子力學史話》，這本書以故事的方式深入淺出的闡述了量子力學領域艱深的物理概念，在閱讀的過程中常常不由自主的驚嘆於那些偉大的科學家們無盡的想像力。無論你從事哪方面的科學研究，相信都會從中獲得啟發。

　　Advice to youth

　　MVC：您認為科研人員最重要的品質是什麼？您對有志從事科學研究的青年學生有什麼建議？

　　WD：我認為科研人員最重要的品質是好奇心和堅持，要有持之以恆的熱情和敏銳的判斷，善於發現有價值的研究方向並堅持自己的特色。

　　對從事科學研究的學生而言，首先，要具備對科研工作的熱情與興趣，在遇到困難時，對探求真相的渴望是促使你堅持下去的動力；其次，要善於學習，實時跟蹤相關領域的文獻，多與老師和同學交流討論，從中學到發現問題與解決問題的方法，站在前人的肩膀上尋找自己的創新點；要關注實驗中的每個細節，深入思考實驗現象背後的深層原因，不要因為偶爾的失敗輕易否定，切忌淺嘗輒止。

　　MVC： 您能否用簡單的幾個英文單詞形容下擁有快樂的實驗室生活的關鍵 (key to a happy lab life)

　　WD：To be curious about everything in the universe; to create exquisiteness out of emptiness.Curiosity, Optimism，Ardour，Persisting，Communication