精細(xì)如頭發(fā)絲萬(wàn)分之一的金屬線、小如一只果蠅的神經(jīng)環(huán)路，是普通人幾乎完全忽略掉的“微小”，有人卻能從中找到大樂(lè)趣，并且一路挺進(jìn)成為美國(guó)院士。

他是世界上最優(yōu)秀的材料科學(xué)家，在路透社“最優(yōu)秀100名材料科學(xué)家”榜單里排名第一位；只花了四年時(shí)間，就成為了伯克利大學(xué)化學(xué)系的終身教授；因?yàn)樵诩{米材料領(lǐng)域里的突出貢獻(xiàn)以及精彩的創(chuàng)造力，2015年他獲得“麥克阿瑟天才獎(jiǎng)”。2016年5月3日，他當(dāng)選美國(guó)科學(xué)院院士。現(xiàn)在他還同時(shí)兼任上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院院長(zhǎng)。

他是楊培東，他說(shuō)：“當(dāng)你在研究一個(gè)全新的領(lǐng)域，才會(huì)有新的發(fā)現(xiàn)?！?/p>

楊培東在中國(guó)科技大學(xué)求學(xué)的時(shí)候，導(dǎo)師是錢逸泰院士，專業(yè)方向是高溫超導(dǎo)體：“做高溫超導(dǎo)體也好、做納米材料也好，這些都是材料學(xué)科的分支，所以實(shí)驗(yàn)方式和實(shí)驗(yàn)手段是很接近的。我本科畢業(yè)去哈佛，就開始慢慢進(jìn)入到納米材料這個(gè)領(lǐng)域?！?/p>

讀研究生的時(shí)候，楊培東決定挑選一個(gè)根本沒(méi)有人涉獵的方向——半導(dǎo)體納米導(dǎo)線。1994年，在哈佛求學(xué)的楊培東和導(dǎo)師開創(chuàng)了半導(dǎo)體納米導(dǎo)線的全新的領(lǐng)域。這也是半導(dǎo)體納米導(dǎo)線這個(gè)概念第一次在科學(xué)界被定義下來(lái)。博士畢業(yè)的楊培東希望在博士后學(xué)點(diǎn)新的東西，于是離開了半導(dǎo)體納米這個(gè)領(lǐng)域大概18個(gè)月，選擇了納米材料的自組裝。他在研究生階段和博士后階段做了兩個(gè)完全不同的東西。

去伯克利大學(xué)組建自己的研究組的時(shí)候，楊培東決定把研究方向回到半導(dǎo)體納米導(dǎo)線。納米激光器延續(xù)了納米導(dǎo)線有趣的光學(xué)性能，2001年楊培東的研究團(tuán)隊(duì)做的納米激光器獲得了里程碑式的成功，2015年獲得了湯森路透的“引文桂冠”獎(jiǎng)。

楊培東研究的是一類有著獨(dú)特性質(zhì)的“半導(dǎo)體納米線”，納米線大約只有人類頭發(fā)寬度的萬(wàn)分之一，這些納米線有些可以轉(zhuǎn)換熱能、光能為電能，有些則可以作為納米激光器，應(yīng)用廣泛，潛力十分巨大。楊培東一直是這個(gè)領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，“廢熱發(fā)電”“最小納米激光器”“人工光合作用”，都是他納米導(dǎo)線研究之路上結(jié)出的累累碩果。

其中“人工光合作用”是納米技術(shù)的一個(gè)劃時(shí)代的突破。該項(xiàng)研究成果在線發(fā)表在2015年4月7日的《納米快報(bào)》（Nano Letters.）上，論文題為《Nanowire–Bacteria Hybrids for Unassisted Solar Carbon Dioxide Fixation to Value-Added Chemicals》。斯坦福大學(xué)材料學(xué)副教授崔屹認(rèn)為“這是一項(xiàng)先鋒性的工作，開辟了新的研究方向，抓住了人類面對(duì)的最至關(guān)重要的難題之一（This pioneering work opens up an important new research direction， addressing one of the most critical problems human beings face. ）”。

人們熟知，在大自然界，植物每天都在發(fā)生著光合作用，將陽(yáng)光、水和二氧化碳變?yōu)樘妓衔锖脱鯕?，通過(guò)這一神奇的過(guò)程，植物將外界的能量轉(zhuǎn)化并儲(chǔ)存起來(lái)。楊培東和其團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“人工光合作用”就是要通過(guò)人工的手段，實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程。

楊培東團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一套由納米線和細(xì)菌組成的獨(dú)特系統(tǒng)。該系統(tǒng)可捕捉到到尚未進(jìn)入空氣中的二氧化碳。這一過(guò)程模仿自然界的光合作用。在自然界中，植物利用太陽(yáng)能將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成碳水化合物。不過(guò)，人工光合作用作用的想法則將二氧化碳和水轉(zhuǎn)換為醋酸酯（acetate），后者是今天很多生物合成反應(yīng)的基礎(chǔ)。

更令人驚奇的是，科學(xué)家們正使用太陽(yáng)能將二氧化碳轉(zhuǎn)換為值錢的化工產(chǎn)品，例如生物可降解塑料、藥品甚至是液體燃料。

該技術(shù)的關(guān)鍵之一S. ovate細(xì)菌，這是一種很好的二氧化碳催化劑，能生成醋酸。而醋酸能用于生產(chǎn)各種化工品，包括可與汽油相媲美的燃料——丁醇。在近似自然陽(yáng)光照射200小時(shí)的環(huán)境下，楊培東團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化率為0.38%，這與自然界（光合作用）葉子的轉(zhuǎn)化率相同。引起業(yè)界轟動(dòng)，隨后哈佛大學(xué)的相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)也迅速跟進(jìn)。

“我們相信，這是人工光合作用的革命性飛躍！”楊培東說(shuō)?！拔覀兊南到y(tǒng)有潛力從根本上改變石油和化學(xué)工業(yè)，因?yàn)槲覀兊捏w系中，將以完全可再生的方式生產(chǎn)化學(xué)品和能源，而非以前那樣去地底下開采?！?/p>

美國(guó)等很多國(guó)家都試圖捕集利用煤電廠排放的二氧化碳。在可預(yù)見(jiàn)的常來(lái)，化石能源仍將會(huì)是人類所廣泛使用的能源之一。因此找到減少二氧化碳排放、降低溫室效應(yīng)影響至關(guān)重要。科學(xué)家們已提出各種辦法捕集二氧化碳。例如：將二氧化碳轉(zhuǎn)化成無(wú)害的有機(jī)化合物，甚至是利用小蘇打來(lái)吸收二氧化碳，以防排放到大氣中。人工光合作用的精妙之處在于另辟蹊徑：如何捕捉、儲(chǔ)存二氧化碳的難題，被消解為直接將二氧化碳（變廢為寶）派上好用場(chǎng)。

“火星上大氣環(huán)境95%是二氧化碳，陽(yáng)光也充足，唯一的問(wèn)題是水。”楊培東說(shuō)，“目前研究發(fā)現(xiàn)火星在極地處有水，其他地方有沒(méi)有水，有多少水還不清楚?！睏钆鄸|說(shuō)，“人工光合作用”未來(lái)可以使用太陽(yáng)能將二氧化碳轉(zhuǎn)換為化工產(chǎn)品，例如燃料、藥品、肥料、商用化學(xué)品等。有了這些，讓人們?cè)诨鹦巧仙钫嬲蔀榭赡堋?/p>

他表示，目前這一套系統(tǒng)的成本、轉(zhuǎn)化效率都已經(jīng)取得突破，唯一的制約因素是穩(wěn)定性問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)目前在“生物催化劑”和“固態(tài)催化劑”兩個(gè)方面同時(shí)進(jìn)行進(jìn)一步研究，以解決穩(wěn)定性的問(wèn)題。除了人工光和作用外，楊培東還利用納米線進(jìn)行廢熱回收利用的研究，目前已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，在美國(guó)和加拿大的很多油田利用他的這一技術(shù)，將廢熱轉(zhuǎn)化為電能。

楊培東的幾個(gè)研究項(xiàng)目都成功從實(shí)驗(yàn)室走向了實(shí)際應(yīng)用，但當(dāng)談到一項(xiàng)技術(shù)從發(fā)明到全面應(yīng)用所需要時(shí)間時(shí)，楊培東認(rèn)為這個(gè)時(shí)間是不可預(yù)期的：“我們做的廢熱發(fā)電，就花了十年來(lái)進(jìn)行基礎(chǔ)研究。然后我們發(fā)現(xiàn)了一種材料，無(wú)論是從能量轉(zhuǎn)化效率、穩(wěn)定性和成本上，產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)可以接受了。所以幾年內(nèi)我們就把實(shí)驗(yàn)室的東西進(jìn)行了應(yīng)用。但我們之前也沒(méi)有想到，五年內(nèi)我們就可以把廢熱發(fā)電的基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)變成應(yīng)用。人工光合作用從研究到應(yīng)用，也許是五年，也有可能二十年?？茖W(xué)上的問(wèn)題，我們已經(jīng)證明是可行的了，還需要進(jìn)一步優(yōu)化才能把這項(xiàng)技術(shù)的穩(wěn)定性、成本、效率提高些。”

盡管已經(jīng)是終身教授、納米公司的合伙人，楊培東仍然花了很大的精力在中國(guó)推進(jìn)納米材料學(xué)的研究和教育工作。他經(jīng)常提到的一個(gè)詞是“原創(chuàng)性”，認(rèn)為做研究就要做原創(chuàng)性的，別人沒(méi)有做過(guò)的研究。

作為上科大物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的創(chuàng)建院長(zhǎng)，楊培東為該院的組織與建設(shè)奔走：“我來(lái)，就是為了發(fā)展國(guó)內(nèi)的科研人才?！睏钆鄸|希望有志科研的學(xué)生們?cè)趯W(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，從本科開始就對(duì)學(xué)術(shù)研究進(jìn)行創(chuàng)造性的思考。