【「大學堂」講學計劃】諾貝爾化學獎獲得者羅伯特·科爾來校講學

2020-12-08 北京大學新聞網

應北京大學「大學堂」講學計劃的邀請，世界著名化學家、C60發現者、1996年諾貝爾化學獎獲得者羅伯特·科爾（Robert Curl）於2017年9月6日-7日訪問北京大學，並發表演講。北京大學化學與分子工程學院、北京大學國際合作部共同主辦了此次活動，光華教育基金會提供資助。

羅伯特·科爾教授是美國國家科學院院士、歐洲科學與人文學院院士，並獲得過諾貝爾化學獎、Alexander Von Humboldt高級科學家獎、APS國際新材料獎、美國碳學會碳研究獎等諸多榮譽。科爾教授一生致力於碳納米材料及波譜方面的研究，發表過大量有重要影響的論文。

9月6日和7日下午，為了讓師生更加了解基礎科學研究的歷程，以及富勒烯發現背後的故事，羅伯特·科爾教授在化學與分子工程學院A區204報告廳為百餘名師生分別作演講。兩場演講分別由化學與分子工程學院黨委書記馬玉國教授、院長高毅勤教授主持，主題分別為「基礎研究與科學突破」（Some Thoughts on How to Pursue Scientific Research），以及「富勒烯的發現之路」（The Discovery of the Fullerenes）。演講開始前，主持人向現場師生介紹了羅伯特·科爾教授的學術成就和研究經歷。1954年，羅伯特·科爾在美國萊斯大學獲得學士學位，1957年在加利福尼亞大學伯克利分校獲得博士學位，後任職於美國萊斯大學，於1996年獲得諾貝爾獎。

演講中，羅伯特·科爾教授闡述了理論研究與實踐應用之間的關係，隨後指出「科學即好奇心加想像力（Science is all about curiosity combined with imagination）」。科爾教授還向現場師生提出了幾點關於科學發現的建議，首先應當從大的方面、站在更高的角度選擇和思考問題，即使是常規問題；其次應當敢於探索未知領域，並且不斷深入研究；此外，瘋狂的理論往往不止瘋狂還至關重要；最後，辛勤努力地工作同樣重要。科爾教授同樣指出科學技術的重要性，很大程度上，科學技術的發展推動著基礎科學的研究，這也是C60發現的基礎。

 
羅伯特·科爾教授演講

在隨後的演講中，科爾教授介紹了由他同事斯莫利教授（Smalley）所發明的一套雷射-超音速團簇束儀器，可以將物質蒸發為原子氣體，進而形成數十個原子聚合在一起的團簇，正是這套設備奠定了富勒烯發現的基礎，可見測試儀器的改進往往也帶來了科學發現的變革。接下來，科爾教授以另一位諾獎得主英國薩賽克斯大學的克羅託（Kroto）為例，克羅託主要研究微波頻譜學，用以分析宇宙中星球大氣層及星際雲的成分。當時他對碳含量高的巨星深感興趣，在分析其大氣譜線時，他發現可將其歸因於氰基多炔烴，這是一種由碳和氮組成的長鏈分子，同樣的分子也出現於星際氣雲中。克羅託認為這些碳化合物源自星球大氣，而非星際氣雲，所以希望對這類長鏈分子的形成機製做進一步的研究。而早在1977年英格蘭的一次會議上，克羅託教授就認識了科爾教授，因而，科爾建議克羅託去參觀斯莫利組，並利用他的儀器模擬星球大氣環境，以提供長鏈碳化合物會在星球大氣高溫區域形成的證據，因而他們三人開始了合作研究。

富勒烯研究者合影（左起：歐布萊恩、斯莫利、科爾、克羅託與希斯）

然後，科爾教授便展開了他們一起合作的經歷。克羅託於1985年9月1日抵達休斯頓，立即與科爾、斯莫利，以及學生希斯、歐布萊恩、劉元等人全力投入實驗工作。實驗過程中，他們之間各自發揮所長，密切配合，利用斯莫利的儀器，使石墨中的碳原子汽化，用氦氣流冷卻形成固體，果然可以產生各種偶數碳原子合成的分子。意外的收穫是，由60個原子組成的C60最多。

那麼，C60分子是什麼結構呢？克羅託聯想到加拿大蒙特婁萬國博覽會的美國館，那是利用正五邊形和正六邊形拼接成的近似於球面的一部分的建築，它是由美國建築學家巴克明斯特·富勒（Buckminster Fuller）設計的。克羅託認為，C60分子結構可能具有與拱形圓頂類似的球形結構，這樣才能與C60的穩定性質吻合起來。克羅託、斯莫利和科爾用硬紙板剪成許多五邊形和六邊形，最終用12個五邊形、20個六邊形組成了一個中空的32面體，共有60個頂角，碳原子位於頂角上。

 
加拿大蒙特婁萬國博覽會的美國館

由於富勒的啟發他們三人推測出了C60的球形結構，因此1985年他們發表文章時，特意給C60取名為Buckmin-sterfullerene，即巴克明斯特富勒烯，簡稱Fullerene即富勒烯，或用富勒的名字稱為Buckyball即巴基球。

最後，科爾教授以2015年發表在Nature雜誌上的富勒烯最新進展——發現了瀰漫星際帶中兩個吸收峰來源於C60+作為結尾，並指出，理論正是在不斷的發展中完善的，勉勵大家不斷努力，促進科學發展。演講結束後，聆聽報告的師生圍繞報告提出的科學問題以及實驗的科學研究方法論等方面的問題與科爾教授面對面進行了廣泛而深入的討論。科爾教授深厚的學術功底、淵博的知識、堅持不懈的研究精神和他在科學研究態度和方法上的嚴謹使在場師生深受啟發，最後演講在熱烈的掌聲中圓滿結束。（文/彭浩鵬 彭潔）

專題連結： 「大學堂」頂尖學者講學計劃

編輯：江南


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