徐芳芳

姜政在科學論壇上作報告

在上海浦東張江高科技園區(qū)里，有一座宏偉壯觀的銀灰色建筑，占地達2萬多平方米，像一只巨大的鸚鵡螺，它就是“上海光源”。上海光源也稱上海同步輻射光源，是我國目前最大的大科學裝置，經過漫長的10年立項和16年的設計、建設、應用，它已成為國家級綜合科學研究平臺，是各前沿學科和高新技術研究和應用不可或缺的重要工具，在諸多重要科研成果中發(fā)揮了巨大作用。

上海光源的建設成功，離不開國家的大力支持，也離不開成百上千名科研人員、建設者們十幾年如一日的協(xié)同攻關。中國科學院上海高等研究院上海光源姜政研究員就是他們中的一員。自2005年作為首批科研人員參與上海光源設計建設工作算起，16年間，姜政帶領團隊擔綱設計與建設了同步輻射X射線譜學線站，發(fā)展了先進的同步輻射X射線譜學方法，建立了對能源材料從單原子到團簇的系統(tǒng)研究體系，使上海光源形成了能源催化材料的綜合性研究平臺，填補了國內多項空白，并與眾多同行一道，為鑄就上海光源這一國家重器作出了重要貢獻。同時，他還埋首科研，在化學物理這一交叉學科，做了大量卓有成效的基礎性研究工作，為整個能源材料領域的基礎研究水平提升作出了重要貢獻。

有幸成為那顆最初的螺絲釘

1993年12月，丁大釗、方守賢、冼鼎昌3位院士提出“在我國建設一臺第三代同步輻射光源”的建議，在科學界引發(fā)了一場關于建設第三代同步輻射光源的討論。

彼時，姜政年僅16歲，還只是一名高中生。那時的他，還是個懵懂少年，愛瞎鼓搗，對任何事都充滿著好奇。雖然數(shù)理化成績優(yōu)異，但對于什么是“同步輻射光源”仍一無所知，更不會想到自己的人生將會與這個孕育中的大科學裝置產生深度聯(lián)系。

高考前，一位中國科學技術大學（以下簡稱“中科大”）的老師到姜政所在的學校做招生宣傳，他向同學們介紹了交叉學科和化學物理系，說“中科大化學物理系是全國唯一的，別的學校沒有，而且還擁有兩位中國科學院院士。當時我就覺得這個專業(yè)挺不錯，也挺有意思?！苯貞?。就這樣，他放棄了原本屬意的電子工程專業(yè)，邁入了化學物理的世界，開啟交叉學科的大門。

少年的姜政不知道的是，中科大化學物理系有著悠久的辦學歷史，是由錢學森、郭永懷、柳大綱等老一輩科學家在1958年親自創(chuàng)辦的，旨在培養(yǎng)兼有化學和物理兩方面知識的復合型人才。這一專業(yè)，不僅在國內首屈一指，在國際上，也是名列前茅。經過近半個世紀的發(fā)展，其已經成為國內著名、國際知名的物理化學（含化學物理）科研基地和高級人才培養(yǎng)基地。

交叉學科的專業(yè)性質，對學生培養(yǎng)也提出了更高的要求，既要懂化學，又要懂物理，還要能夠分別從宏觀、微觀兩個角度看待問題，在研究方法上也注重基礎研究與實際應用的相互結合。經過5年的專業(yè)訓練和系統(tǒng)學習，姜政以優(yōu)異的成績，被保送到中科大國家同步輻射實驗室碩博連讀，師從張新夷和韋世強兩位教授。

張新夷、韋世強兩位教授是我國較早從事同步輻射及其應用研究的專家，彼時，他們正著手用同步輻射的手段進行催化化學的研究?！巴捷椛渚褪且粋€工具，然后可以用這個工具再去研究一些科學問題。當時就覺得挺有趣的?！苯嬖V記者。于是，在兩位導師的指引下，在興趣的驅動下，他開始接觸同步輻射及其應用的相關研究，運用XAFS、XRD、XPS等手段研究Ni-B（P）納米非晶態(tài)合金催化劑的結構和性能。這一鉆研就是5年。

2005年，姜政出色地完成了博士論文，獲得博士學位，他準備在同步輻射研究領域大展拳腳。此時，正值上海光源開建，亟需大量專業(yè)人才。在學校和導師的推薦下，他抱著試試看的態(tài)度，來到上海面試?！罢妹嬖嚬僖彩强拼蟮囊晃粠熜?，他就講‘你在外面再怎么搞研究，也很少有機會給你那么多經費，讓你從頭建一個’，我覺得確實是這樣，就加入了。”姜政回憶。自此，開啟了他與上海光源共同成長的序章。至今，故事仍在繼續(xù)。

上海光源是個極其復雜的大科學工程，包含有眾多光學、電子學系統(tǒng)和先進技術，部件研制及系統(tǒng)集成難度極高，特別是需要在保證各系統(tǒng)性能的前提下，實現(xiàn)提供十幾到幾十小時的穩(wěn)定束流、年運行5000小時以上的供光時間，設計、建設難度不可謂不大。

初到上海光源，姜政就受上海光源工程經理部總經理徐洪杰研究員委派，負責高性能扭擺器XAFS線站的設計和建設任務。“你放手干！”這是徐洪杰研究員經常對姜政說的話，既是信任，也是鼓勵。于是，姜政一邊審慎思考設計方案，一邊與用戶、團隊探討解決相關技術問題。前后用了兩年左右時間，經過反復推敲、論證、研討，終于設計出了符合研究需要的、高標準的設計方案。姜政卻絲毫不敢停歇，立刻著手購買專業(yè)設備，以期盡快完成建設。

這時，一個科學難題擋在姜政面前：XAFS線站建設過程中，因為產生的熱量極高，對儀器設備的要求也非常高，如果不能解決好，很容易使儀器發(fā)生形變，進而嚴重影響實驗精度和后期用戶研究。就在他一籌莫展之際，恰好得知同期建造的位于澳大利亞的同步輻射加速器正在開展同類設備的安裝調試工作?！霸谌澜纾绻乙粋€地方也在進行類似的嘗試，那就只有這個地方有這方面的經驗?！苯娬{，為此，他主動請纓到那里參與設備儀器的裝調，獲得了寶貴的實戰(zhàn)經驗。

系統(tǒng)的Web應用服務子系統(tǒng)在設計開發(fā)過程中，充分考慮了與Oracle數(shù)據(jù)庫、Web應用服務器和 ArcGIS空間應用服務器之間數(shù)據(jù)交換傳輸?shù)男剩軌驖M足在較低網絡帶寬（1Mbps左右）條件下的查詢應用服務。因此，系統(tǒng)能夠通過水利廣域網，為各流域機構和各省防汛抗旱水利部門提供遠程應用服務。

回國后，姜政博采眾長、兼收并蓄，以力爭一流、追求卓越的干勁頑強攻關，帶領團隊做了大量系統(tǒng)深入的工作。終于，功夫不負有心人，他們自主設計研制了光束線碳吸收器組裝置、加長單色器第一晶體。這套裝置采用了非傳統(tǒng)轉軸位置及使用雙孔薄鈹窗，在兼顧光路穩(wěn)定性的情況下，成功解決了由于扭擺器導致的光束線關鍵元件的高熱負載問題。

2009年，XAFS線站通過了國家工藝驗收，線站全部測試結果達到并優(yōu)于設計指標。同行評價這條線站能夠開展多種譜學方法，與原位手段相結合，實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)采集，已經達到國際先進水平。在后續(xù)的運行中，它同樣表現(xiàn)出色：近5年來，用戶依托該線站共發(fā)表文章700余篇，多項成果入選各類科技重大進展，此外還有多項工作榮獲各類省部級、國家級自然科學獎項，成果產出居國際同類線站首位，并且有部分成果已經開展工業(yè)化應用，為化學、催化領域整體水平提升作出突出貢獻。

作為大國重器，上海光源具有建設60條光束線、上百個實驗站的能力，按照國際慣例，首批建設10%～15%的線站，國內各學科領域的科學家對上海光源首批7條線站寄予極大的期望。為真正用好上海光源，改變“大馬拉小車”的狀況，姜政和團隊又馬不停蹄地投入后續(xù)線站工程的設計和建設工作中。

幾年間，姜政和團隊設計出了國際領先，國內首條軟、硬X射線結合的能源材料線站（E-line）。這條線站不僅可以實現(xiàn)逐原子層元素深度分辨及化學態(tài)，還能實現(xiàn)發(fā)射和吸收的同時測量，明確元素在費米面附近的精細電子態(tài)分布探測，而且可以利用多段差分技術，跨越壓力鴻溝，實現(xiàn)原位及工況條件下的特定原子局域結構探測。目前，線站已經進入全面安裝調試階段，預計今年就可實現(xiàn)對用戶試運行開放。上海光源又多了一位“新成員”，科研人員也多了一個“新助手”。

作為硬X射線譜學工程分總體負責人，姜政還主持建設了動力學線站（D-line）、通用譜學線站及稀有元素線站3條譜學線站。其中，通用譜學線站今年已經正式對用戶開放；動力學線站已于2020年年底通過工藝驗收，并開始試運行。這些線站構成了研究能源材料的綜合性平臺，覆蓋了從ps到s的時間分辨能力、從m到mm的空間分辨能力、多種方法耦合以及放射性樣品的測量能力，同時填補了國內放射線元素SRXS測量的空白，對整個能源材料領域的基礎研究水平提升作出重要貢獻。

時間如白駒過隙，一晃，16年過去了。在姜政等科研人員、建設者的努力工作下，上海光源的建設任務得以全面、優(yōu)質、按時完成，性能指標達到世界一流，已經成為多個學科領域前沿研究和高技術發(fā)展不可或缺的綜合實驗平臺。

這16年，是上海光源從無到有、快速發(fā)展的16年，也是姜政在做中學、精益求精的16年。歲月如歌，16年間，姜政已經從初出茅廬的科研新人，成長為上海光源硬X射線譜學分總體負責人、材料與能源科學研究部主任，成為我國同步輻射研究及其應用領域的專家，在國際上享有較高聲譽。

在交叉中前行

在從事繁忙緊張的上海光源建設工作的同時，姜政還堅持開展科研工作，致力于應用物理的手段，去解決化學研究中面臨的問題，在化學物理這一前沿交叉學科，著眼基礎，面向應用，展開了一系列深入系統(tǒng)的研究，取得了多項開創(chuàng)性研究成果。

X射線吸收精細結構譜（XAFS），是用于描繪局部結構最強有力的工具之一。“第一，它波長短，可以測量比較精細的結構，可以對原子結構和電子結構做比較清晰的表征。第二，對材料的形態(tài)沒有限制，各種各樣的東西都可以研究。”寥寥數(shù)語，姜政就言簡意賅地介紹了XAFS方法的優(yōu)點。

作為上海光源XAFS線站的負責人，姜政很早就認識到它的優(yōu)點，并將XAFS方法引入化學問題的研究中。比如在室溫離子液體理化學性質的研究工作中，他就帶領團隊創(chuàng)造性地引入了XAFS手段，并結合XRD、電鏡、差熱、紅外以及紫外等方法，分別研究了[Bmim][AuCl4]和[Bmim][PtCl6]類型離子液體在常態(tài)的結構和性質。經過3年多的努力，他們對離子液體結構、相變規(guī)律有了系統(tǒng)性的認識，拓展了離子液體結構研究的新手段及XAFS方法的應用范圍，為離子液體結構理論的發(fā)展打下了堅實的基礎。

為了讓XAFS方法得到更好的推廣和應用，姜政還發(fā)展了小波變換、原位和高分辨譜學方法，多次舉辦XAFS技術培訓講習班和研討會，培養(yǎng)了一大批覆蓋多學科領域的高水平用戶。同時，他還多次受邀在國內外重要會議上作相關報告，向科研人員推介XAFS方法及其應用?，F(xiàn)在，XAFS方法在國內得到了越來越多的關注和應用，為多學科的科學研究提供了新的路徑，有力地推動了國內大科學裝置和催化領域的交叉融合。

姜政課題組

同步輻射快速XAFS（QXAFS）實驗方法能夠使采譜時間從小時縮短到秒量級，適合開展快速的時間分辨譜學研究，已經成為科學研究的大勢所趨，各國都在加緊研發(fā)和應用。為了迎頭趕上科技潮流，姜政和團隊基于上海光源的XAFS線站，成功建立了秒級時間分辨XAFS方法平臺，為國內催化研究提供先進手段。他們還將這一先進的研究方法應用于Cu基催化劑在CO2合成甲醇過程中的活性中心及其原子、電子結構的研究中，明確了反應機理，對今后的工業(yè)應用給出了理論指導依據(jù)。“如果我能對催化劑的性能做一點點的提高，它可能在經濟效益上就會是幾億元的巨大回報?！苯硎?。

依托上海光源XAFS線站建立，他還完善了基于SRXS的先進原位動態(tài)表征技術，并發(fā)展了相關的譜學解析方法，突破了催化劑的小尺寸、復雜組分等因素限制，在原位工況條件下直接監(jiān)測化學反應變化過程中的結構變化，為能源催化材料構效關系的理解和建立提供了直接證據(jù)。

在面對復雜催化體系中，多物相、鍵長相似、臨近原子序數(shù)配體原子難以區(qū)分等問題時，姜政和團隊引入了WT方法，輔助SRXS解析，成功解決了這些難題?！靶〔ㄗ儞Q方法（WT）是一種能同時展示出不同散射路徑在k空間和R空間的貢獻的研究手段，適用于對多散射路徑體系的分析，且具有方便、快捷、直觀等優(yōu)點，此外還能解決由于原子序數(shù)相近的散射原子，如C、N、O等不容易區(qū)分等問題。”姜政進一步解釋。此后，他還進一步優(yōu)化了WT處理方法，并編寫了相關軟件，供國內外科研人員免費使用，累計下載量達上百次。可喜的是，在姜政2018年發(fā)展了WT方法之后，利用WT輔助SRXS解析的學術論文大幅增加，到2020年，相關論文已達130多篇，極大推動了整個催化研究的發(fā)展。

搭平臺、建方法、搞研究，通過研究，再發(fā)展方法，進而完善平臺，再反饋到研究中去。從點到面，從個人到整體。十幾年來，這已經成為姜政科研的一個回旋上升的研究鏈條，一環(huán)扣一環(huán)，助推著整個學科不斷向上發(fā)展。迄今為止，姜政已在Nature、Science、Nat Commun、JACS、Angew等國際高水平期刊上發(fā)表學術論文達300余篇，SCI他引達4745次。2020年，姜政入選科睿唯安全球高被引科學家（交叉學科），科研水平受到了國際同行的高度認可。

很多做交叉學科的科研人員，都會糾結“我到底屬于哪個學科”的問題。這個問題也曾經困擾過姜政。但很快他就悟出了一個道理：“不管屬于什么學科，只要能夠真真正正地做出一些有推動作用的事兒，就都值得了。”現(xiàn)在，姜政正帶領團隊就如何清晰地從原子及分子水平上分析碳化鈷在費托合成活性變化過程中對應的結構變化，并在此研究基礎上構筑新型鈷基催化劑展開攻關，希望能夠明確鈷基催化劑在費托反應過程中的活性中心及反應過程中形成的碳化鈷的原子、電子結構變化對催化性能的影響，為設計和構筑下一代新型催化劑提供實驗基礎和理論指導。

追求卓越 再攀高峰

作為一名科研工作者，姜政早已習慣了直面挑戰(zhàn)、迎難而上。但同時，他又是上海光源整個大團隊的一員?！斑@個團隊特別強大，只要多溝通，多商量，最后困難都能解決?！苯貞洝Ｗ龃箜椖?，就要求科研人員既能單打獨斗，又能與團隊密切配合?，F(xiàn)在，他正把這些優(yōu)良傳統(tǒng)傳遞給身邊的年輕人。在他的團隊中，大家勁往一處使，互相配合、互相合作，有問題共同討論，沒有等級，更多的是平等的溝通和交流。在姜政身邊，早已匯聚起一群敢于追求卓越、勇攀科技高峰的年輕人。

嚴師，方能出高徒。姜政一方面為學生創(chuàng)造平等溝通的氛圍，另一方面也對他們有著嚴格的要求。“我基本上每周都會找他們開會，讓他們匯報工作進展，并且制訂好下一步的工作計劃。這個計劃既然是學生認可的，那么如果完不成，我就要批評的?！苯f。在他的團隊里，甚至有女生被說哭過。正所謂，嚴是愛，松是害。學生也都能體會老師的良苦用心，一個個都扎扎實實地做研究工作。所以，姜政培養(yǎng)出的學生，在畢業(yè)時都很搶手。

近年來，硬X射線自由電子激光作為當前最為先進的X射線光源，具有比以往任何X射線光源都無可比擬的優(yōu)點，將為多個前沿領域提供前所未有的研究手段。世界主要先進國家都在爭相建設各自的硬X射線自由電子激光裝置，以掌握新歷史時期的科技發(fā)展主動權。

2018年，我國第四代X射線光源大科學裝置——硬X射線自由電子激光裝置建設工程正式開工。整個項目計劃投入資金達百億元，工期超10年，是我國科技領域的又一“重器”。作為研究骨干，姜政出任光束線站的副總師，深度參與項目的技術討論，助推項目的有序開展?！斑@個項目很復雜，時間跨度也很長?！睂τ陧椖康碾y度和要付出的精力，姜政有著清醒的認知，但他義無反顧。

有人說，第三代同步輻射光能為科學家拍攝“分子照片”，X射線自由激光就能夠對生物活體細胞展開三維全息成像和顯微成像，能夠拍攝“分子電影”。未來已來，姜政正和團隊以飽滿的熱情和充足的干勁，向著世界一流水平進軍。