本刊記者 李玉芹

2013年劉宇在美國(guó)留學(xué)

專家簡(jiǎn)介：

劉宇，華東理工大學(xué)副教授，從事納米多孔吸附材料、電極材料的設(shè)計(jì)、化工熱力學(xué)與計(jì)算機(jī)模擬、分子熱力學(xué)軟件開(kāi)發(fā)等相關(guān)研究多年，參與國(guó)家自然科學(xué)基金委重大研究計(jì)劃重點(diǎn)支持項(xiàng)目以及主持負(fù)責(zé)青年科學(xué)基金和面上等多項(xiàng)重點(diǎn)研究項(xiàng)目，在Journal of Physical Chemistry Letter 、Langmuir、Journal of Chemical Physics、Physical Review E等國(guó)際著名刊物，以第一作者身份發(fā)表了SCI論文數(shù)篇。其博士論文榮獲“2014年上海市優(yōu)秀博士論文”，同時(shí)他還是“2014年華東理工大學(xué)青年英才計(jì)劃”入選者，曾獲得“2015年華東理工大學(xué)化工學(xué)院‘化工之星’”榮譽(yù)。

1994年11月中旬，美國(guó)召開(kāi)了國(guó)際上第一次納米材料商業(yè)性會(huì)議，納米材料的發(fā)展和如何縮短其商業(yè)化進(jìn)程成為此次會(huì)議的討論重點(diǎn)；而后，德國(guó)在制定21世紀(jì)新材料的發(fā)展戰(zhàn)略時(shí)，將氣凝膠和高效納米陶瓷作為了重大發(fā)展方向；英國(guó)、日本緊隨其后，先后制定出納米復(fù)合材料研究計(jì)劃……這一切似乎都在宣示著：納米材料的研究熱潮席卷而來(lái)。

那么，納米材料研究究竟有著怎樣一張“面孔”呢？長(zhǎng)期從事納米多孔吸附材料研究工作的華東理工大學(xué)副教授劉宇對(duì)記者講了這樣的一番話：“不管是納米材料、電極材料，又或者其他，探究它們的本質(zhì)其實(shí)都是為了能夠開(kāi)發(fā)出新型復(fù)合材料?！彼硎荆匀唤缰?，純天然形成的材料種類數(shù)以億計(jì)，若將每一種都進(jìn)行合成研究顯然是不現(xiàn)實(shí)的。明確材料屬性，從大規(guī)模中“捕撈”出小范圍，這便是研究人員長(zhǎng)期以來(lái)的使命。

“我們目前的工作是基于理論基礎(chǔ)，通過(guò)篩選找出與應(yīng)用效應(yīng)匹配的材料，并利用實(shí)驗(yàn)合成確定它的有效性，從而服務(wù)于化工生產(chǎn)?！痹趧⒂畹慕榻B中，電池材料、電極材料以及為響應(yīng)國(guó)家減排號(hào)召的汽油脫硫材料都被囊括在內(nèi)，從研究材料本身的屬性到探究材料合成過(guò)程發(fā)生的化學(xué)變化，從反復(fù)篩選到反復(fù)試驗(yàn)，每一步都容不得丁點(diǎn)兒懈怠。

時(shí)代召喚 責(zé)無(wú)旁貸

被稱為21世紀(jì)最有前途的納米材料，兼具了輻射、吸收、殺菌、吸附等多種功能特性。行業(yè)專家預(yù)測(cè)，其勢(shì)必會(huì)在醫(yī)療診斷、電子器件、涂層等諸多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

結(jié)合國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，能源危機(jī)與環(huán)境污染日益泛濫，高效的材料開(kāi)發(fā)、利用已成為世界性共識(shí)。為推動(dòng)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》明確指出，納米技術(shù)作為可再生能源的重點(diǎn)前沿技術(shù)，承擔(dān)著新材料發(fā)展不可推卸的責(zé)任。其中，納米材料的可控制備、自組裝和功能化，納米材料的結(jié)構(gòu)、優(yōu)異特性及其調(diào)控機(jī)制，以及納米材料和納米技術(shù)在多領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用等，將成為未來(lái)發(fā)展中重點(diǎn)且長(zhǎng)期性的研究任務(wù)。

立足研究領(lǐng)域的可視范疇，響應(yīng)國(guó)家長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，劉宇與華東理工大學(xué)材料學(xué)院李春忠教授展開(kāi)合作，將“功能納米材料介尺度結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制與性能調(diào)控規(guī)律”作為大力推進(jìn)項(xiàng)目?！艾F(xiàn)在來(lái)講，我們的合作研發(fā)、項(xiàng)目搭建主要在各個(gè)學(xué)院之間展開(kāi)，依托華東理工大學(xué)的學(xué)科優(yōu)勢(shì)，做一些材料結(jié)構(gòu)和性能方面的研究?！?/p>

早在2006年，劉宇作為華東理工大學(xué)的碩博聯(lián)讀研究生，跟隨導(dǎo)師胡英院士、劉洪來(lái)教授進(jìn)行了分子熱力學(xué)等方向的研究。在劉洪來(lái)、胡英導(dǎo)師帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)的探索下，在分子熱力學(xué)和分子傳遞現(xiàn)象、復(fù)雜材料的微相平衡和結(jié)構(gòu)演化等多方向工作展現(xiàn)出不俗成果?；ば虏牧系募{微結(jié)構(gòu)和形成過(guò)程及其調(diào)控方法的建立，材料界（面）結(jié)構(gòu)與應(yīng)用性能關(guān)系發(fā)展，以及材料制備和應(yīng)用過(guò)程中發(fā)生在納微空間的相變、傳遞和反應(yīng)過(guò)程等一系列突出發(fā)現(xiàn)，都為如今重大研究計(jì)劃項(xiàng)目的實(shí)施奠定下深厚的基礎(chǔ)。

在此次項(xiàng)目研究中，針對(duì)功能納米材料制備過(guò)程中的介尺度問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)圍繞具有三維多級(jí)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體氧化物，及其碳基復(fù)合功能納米材料制備的多相反應(yīng)過(guò)程，采用多尺度的平衡態(tài)密度泛函理論、非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)力學(xué)理論，以及量子化學(xué)計(jì)算和分子模擬結(jié)合的模擬方法，揭示其中原理，闡明發(fā)生過(guò)程中的規(guī)律，為材料的理性設(shè)計(jì)、大規(guī)模合成和制備提出新的科學(xué)依據(jù)。

2012年與導(dǎo)師劉洪來(lái)教授（右）合照

一筆一劃是自我的書(shū)寫(xiě)

如果說(shuō)人生是一本自我篆刻的書(shū)，劉宇的履歷顯然已經(jīng)足以寫(xiě)滿厚重的幾頁(yè)紙了。

2002年高中畢業(yè)，一方面出于興趣愛(ài)好，一方面基于良好的物理基礎(chǔ)，劉宇選擇了湘潭大學(xué)，物理學(xué)成為他日后的發(fā)展方向。但對(duì)于這個(gè)選擇，他坦言，自己當(dāng)時(shí)的想法并不明晰?！案咧须A段，其實(shí)對(duì)于專業(yè)的了解程度很有限，考慮到物理相對(duì)比較有把握，而自己也恰好喜歡就去學(xué)了，沒(méi)有想過(guò)要走多遠(yuǎn)?！倍?，多年研究中，他不斷地挑戰(zhàn)自我，開(kāi)拓發(fā)展。他明確地告訴記者，路確實(shí)選對(duì)了，而征程也才剛剛開(kāi)始。

結(jié)束4年的基礎(chǔ)鋪墊學(xué)習(xí)，劉宇進(jìn)入華東理工大學(xué)進(jìn)行物理化學(xué)方向的碩博連讀。在此期間，他憑借自身成績(jī)的優(yōu)異和態(tài)度的勤懇，被學(xué)校選派至新加坡國(guó)立大學(xué)進(jìn)行為期兩年的聯(lián)合培養(yǎng)。談及這段經(jīng)歷，劉宇印象很深?！皣?guó)外學(xué)習(xí)最大的收獲還是對(duì)于眼界的擴(kuò)寬?！睅煶薪ㄎ慕淌?，他繼續(xù)著吸收材料的相關(guān)研究工作。他從自身經(jīng)歷出發(fā)，綜合對(duì)比國(guó)內(nèi)外人才培養(yǎng)過(guò)程，直言：相比國(guó)內(nèi)，國(guó)外的人才培養(yǎng)模式更為嚴(yán)苛?！叭藗兛偸钦J(rèn)為國(guó)外的學(xué)術(shù)氛圍會(huì)輕松一些，至少在我看來(lái)并不是。自由更多源于研究方向和溝通交流層面，而并非學(xué)術(shù)工作。在國(guó)外期間，我的導(dǎo)師除了專注學(xué)術(shù)之外，對(duì)每個(gè)學(xué)生的研究進(jìn)度都盯得很緊，但同樣對(duì)于學(xué)生的要求，也會(huì)給予最大的幫助。我和姜教授的接觸時(shí)間很充足，每天下午的四五點(diǎn)鐘總能在實(shí)驗(yàn)室看到他的身影。一旦研究過(guò)程有什么問(wèn)題或者想法都能第一時(shí)間和他討論，聽(tīng)取他的分析意見(jiàn)，這對(duì)我當(dāng)時(shí)的幫助很大?！?/p>

在肯定海外培養(yǎng)經(jīng)歷的同時(shí)，劉宇還不忘表達(dá)對(duì)如今團(tuán)隊(duì)中的胡英院士和劉洪來(lái)教授的感謝和栽培。“從碩博階段開(kāi)始，兩位恩師對(duì)我的影響一直是潛移默化的?！眲⒂钫f(shuō)道。無(wú)論是研究工作，還是項(xiàng)目推動(dòng)，他表示自己都受到了恩師的不少提攜。如今，已經(jīng)身為副教授，投入多個(gè)項(xiàng)目研究之中，他也證明著自己有了獨(dú)當(dāng)一面的能力。

2015年，在環(huán)境污染和能源危機(jī)的大背景下，劉宇將廢氣、廢水的有害物質(zhì)分離，以及開(kāi)發(fā)清潔高效的新能源過(guò)程中所面臨的氣體吸附、分離作為攻克難點(diǎn)，為尋找優(yōu)良的吸附分離材料展開(kāi)重點(diǎn)研究。在他獲批的國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目中，他把具備高性能吸附能力的新型材料——金屬有機(jī)框架作為研究對(duì)象。著眼其材料種類繁多，構(gòu)建結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題，他遵從“先篩選后合成”的理念，以定向合成代替大規(guī)模合成，最大程度地杜絕時(shí)間、資源的浪費(fèi)，并且極大地提升了新材料的開(kāi)發(fā)效率。

除此之外，針對(duì)金屬有機(jī)框架動(dòng)力學(xué)性質(zhì)研究明顯落后于平衡性質(zhì)的現(xiàn)狀，劉宇提出運(yùn)用模擬和半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆椒?，以及發(fā)展動(dòng)態(tài)經(jīng)典密度泛函理論進(jìn)行非平衡態(tài)研究。他解釋說(shuō)，“傳統(tǒng)意義上，金屬有機(jī)框架的研究多有涉及它的平衡態(tài)。若以水為類比，平衡態(tài)相當(dāng)于一杯靜止的水，而非平衡態(tài)則是讓水流動(dòng)變化，我們當(dāng)前的研究便是面向非平衡態(tài)特有的動(dòng)態(tài)過(guò)程。這在國(guó)內(nèi)外的研究當(dāng)中尚屬少數(shù)，研究所具有的挑戰(zhàn)性也十分可觀?！?/p>

被問(wèn)及困難和壓力的應(yīng)對(duì)之策，劉宇如今很是看得開(kāi)?！罢f(shuō)到底，在研究過(guò)程中，你不能否認(rèn)靈感這種東西很重要，有時(shí)候在實(shí)驗(yàn)室思考確實(shí)是想不出東西的，反倒出去散散步，換一個(gè)環(huán)境，說(shuō)不定需要的東西就突然出現(xiàn)了?！睘槭裁慈绱苏f(shuō)呢？這恰恰是劉宇深切的經(jīng)驗(yàn)之談?！安┦縿偖厴I(yè)，我到美國(guó)從事博士后研究。剛到美國(guó)，環(huán)境還不太適應(yīng)，加上課題難度又大，半年時(shí)間過(guò)去工作幾乎毫無(wú)起色?！奔幢悻F(xiàn)在想來(lái)，他對(duì)于當(dāng)時(shí)一度崩潰的心情還深有感觸?！澳菚r(shí)，每天徘徊在家與實(shí)驗(yàn)室之間，腦袋里卻理不出絲毫頭緒。長(zhǎng)時(shí)間下來(lái)，也就有了種不服輸?shù)母杏X(jué)，想著一定要做出點(diǎn)東西。于是后來(lái)干脆離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室，每天到各個(gè)地方散步，邊走邊思考，突然有一天就豁然開(kāi)朗了。”說(shuō)起這話，劉宇的言語(yǔ)中不免還有些過(guò)往的激動(dòng)。

繼往開(kāi)來(lái) 砥礪前行

2014年回國(guó)前在美國(guó)加州

2014年，劉宇回歸祖國(guó)，任職于華東理工大學(xué)。得益于在美國(guó)與吳建中教授的交流合作，此時(shí)的他對(duì)于基礎(chǔ)性的理論知識(shí)胸有成竹?！安┦慨厴I(yè)時(shí)，我感覺(jué)自身的理論基礎(chǔ)還有些不牢靠，在美國(guó)的這段時(shí)間，那種不踏實(shí)的感覺(jué)慢慢消失了。”劉宇說(shuō)，吳建中教授的研究偏重于理論，這讓他在理論基礎(chǔ)的提升上分外受益，甚至于眼下所做研究工作，其基礎(chǔ)也正是源于那段時(shí)間的積累。

回國(guó)之后，劉宇承擔(dān)起多個(gè)地方級(jí)專項(xiàng)項(xiàng)目研究，后又以第二負(fù)責(zé)人身份參與了重大研究計(jì)劃重點(diǎn)支持項(xiàng)目，同時(shí)他還主持了國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目和面上項(xiàng)目。據(jù)他講述，“反應(yīng)-傳遞密度泛函理論的構(gòu)建與應(yīng)用”的面上研究是對(duì)前兩者的進(jìn)一步推進(jìn)，“前邊的項(xiàng)目研究均是針對(duì)非平衡態(tài)發(fā)展，但其中并不包括化學(xué)反應(yīng)，而這次的研究我希望將‘三傳一反’體系能夠結(jié)合起來(lái)”。廣泛存在于化工過(guò)程中的反應(yīng)—傳遞耦合現(xiàn)象，其解釋和預(yù)測(cè)是化工過(guò)程和化工裝置設(shè)計(jì)中的重要課題。對(duì)此，劉宇帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)結(jié)合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型和經(jīng)典動(dòng)態(tài)密度泛函理論，構(gòu)建反應(yīng)-傳遞密度泛函理論，并旨在將其應(yīng)用于實(shí)際化工過(guò)程。

“有關(guān)材料的理論性研究是無(wú)法看到最直接的應(yīng)用效益的?！眲⒂钪卑椎馗嬖V記者，并繼續(xù)補(bǔ)充道，“材料理論研究是為了更加接近它的形成機(jī)理，通俗來(lái)講就是為了了解它為什么長(zhǎng)成現(xiàn)有的樣子，進(jìn)而通過(guò)對(duì)其機(jī)理的深入探究，為后續(xù)的應(yīng)用發(fā)展給出指導(dǎo)性意見(jiàn)?！弊鳛椤跋蠕h隊(duì)”，理論性研究可謂深藏功與名。

科研之外，長(zhǎng)久的深造培養(yǎng)經(jīng)歷讓劉宇對(duì)于教學(xué)也有了一番自己的見(jiàn)解。在他看來(lái)，學(xué)習(xí)的過(guò)程需要源源不斷的動(dòng)力，這對(duì)于長(zhǎng)期的研究發(fā)展是必不可少的?！吧頌槔蠋煟覀冇胸?zé)任去通過(guò)教學(xué)有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)性，在教給他們知識(shí)的同時(shí)，更應(yīng)該教會(huì)他們?nèi)绾稳W(xué)，怎樣能學(xué)好?！笔谥贼~(yú)，更要授之以漁。