分子科學從這里起源——記中科院化學所分子科學創新歷程

　　2016年10月，中國科學院化學研究所將迎來60周歲生日。60年來，幾代化學所人不懈努力，頑強拼搏，勇攀高峰，形成了“創新、求是、團結、奉獻”的優秀文化，為我國科技事業、國民經濟和國防建設作出了重要貢獻。如今，化學所以基礎研究為主，正在有重點地開展國家急需的、有重大戰略目標的高新技術創新研究，并與高新技術應用和轉化工作相協調發展，已成為具有重要國際影響、我國最高水平的化學研究機構之一。本報即日起將推出系列文章，以紀念為化學事業奮斗終身的前輩，也向正在“三個面向”“四個率先”的要求下，為化學科學發展、國民經濟和國防建設奮戰的科研工作者致以崇高的敬意。

化學所規劃圖

化學所分子樓

　　化學，是研究物質形成、結構、性能和變化的科學。上世紀90年代，科學家已經在認識分子結構和化學鍵的本質上積累了豐富的知識。彼時，化學家已瞄準了新的科學目標，即從需求出發設計并合成具有特定化學、物理特性的分子。

　　中國科學院化學研究所自1956年成立以來，一直把握著世界化學前沿的脈搏，引領中國化學學科相關領域的發展。

　　當化學學科逐漸走進“分子時代”時，化學所在國內率先提出面向世界科學前沿的分子科學研究計劃。多年來，化學所依靠深厚的歷史積淀，以扎實的基礎研究，突破了諸多關鍵技術，培養了一大批分子科學領軍人才，成為我國分子科學領域的高地。

　　“弄潮”分子科學

　　上世紀90年代末，黨中央、國務院作出建設國家創新體系的重大決策，決定由中科院開展“知識創新工程”試點。根據該項試點工作的部署，1999年3月，中科院化學所首批進入了中科院知識創新工程，并啟動了分子科學中心的建設，希望辦成世界上有影響的、國際一流水平的分子科學中心，成為國際交流的窗口，同時建設和完善面向國家重大戰略需求的先進高分子材料基地。

　　該中心由中科院化學所與當時的感光化學所相關部分整合而成，時任化學所所長朱道本被聘任為該中心的主任。

　　中國科學家“弄潮”分子科學的藍圖就此展開。

　　朱道本說：“一個人的力量是有限的，有了領導和同事們的支持，才能把分子科學中心建好。”啟動伊始，他帶領化學所多名研究人員詳細調研了德國馬普研究所、日本分子科學中心等世界一流的化學研究機構。

　　1999年4月初，經過詳細論證，由14名院士和科研、管理專家組成評委會，在化學所原有研究單元的基礎上，論證首批進入中心的單元。分子動態學、有機固體、工程塑料、高分子物理、納米科技、光化學、膠體和界面等實驗室和研究組入選。

　　“首批進入中心的196人，平均年齡是39.8歲，‘杰青’獲得者有10名，‘百人計劃’9名。”朱道本告訴《中國科學報》記者。

　　這些在世紀之交時種下的分子科學“種子”，在十多年里不斷開花結果。以有機固體實驗室為例，朱道本帶領研究小組創造了新的高效合成方法，篩選出了具有自主知識產權、綜合性能優異的電子/空穴傳輸材料；李永舫帶領研究小組構建了高性能有機器件，使單結聚合物太陽能電池的能量轉換效率提高到10%以上，始終保持了世界領先的水平；李玉良首次在銅表面上合成了具有本征帶隙sp雜化的二維碳的新同素異形體石墨炔，開辟了人工化學合成碳同素異形體的先例。

　　如今，中科院化學所已在分子科學的多個領域位列世界前沿。

　　“奠基”分子納米科技

　　縱觀歷史，觀測手段的每一次進步都能推動人類認識世界的步伐。例如，在生物學上，X光衍射技術為分子生物學的發展奠定了基礎。而天文學上，射電望遠鏡的發明則極大地拓寬了天文學家觀測的視野。

　　分子科學領域也不例外。上世紀80年代，國際上納米科學與技術的迅猛發展，以STM為代表的納米表征技術的發明揭示了納米尺度的微觀世界，有力地推動了分子科學的發展。

　　1987年，在美國加州理工學院專攻掃描隧道顯微學技術（STM）的白春禮，攜帶STM的研制資料和關鍵元器件回國，在中科院和化學所領導的支持下創立了STM實驗室。

　　當時，STM儀器尚未實現商業化，自行研制STM儀器成為該實驗室成立之初的主要目標。1988年，白春禮和同事們在科研經費不足的情況下，只花了不到半年時間，成功研制出中國第一臺STM儀器。

　　“因為實驗用房緊張，研制工作在化學所4號樓的一間地下室里開展。”參與STM儀器研發的實驗室人員對這段歷史記憶猶新，“1988年4月12日，實驗室的日歷永遠記住了這個時間。”

　　中國科學院化學研究所上一任所長萬立駿告訴《中國科學報》記者：“有了STM這個利器，中科院化學所納米科學的發展得到了極大的支撐。”

　　1989年初，研究團隊還開發了原子力顯微鏡（AFM），助力分子科學研究直接觀察非導體的表面原子結構。超高真空掃描隧道顯微鏡、低溫掃描隧道顯微鏡、激光檢測原子力顯微鏡、彈道電子發射顯微鏡等納米檢測儀器也陸續成功研發。

　　研究人員正是依靠這些自主研發的儀器，對有機導體、有機鐵磁體、非線性光學材料、高溫超導材料、礦物和生物大分子等一系列物質開展了研究，取得了許多重要的研究成果。

　　2001年，以白春禮、王琛、萬立駿為學術帶頭人的創新團隊獲得國家自然科學基金委員會的支持，標志著實驗室進入一個新的發展階段。一年后，該實驗室正式被批準為中科院重點實驗室。

　　在科研領域方面，該實驗室已從STM研究拓展到納米材料科學、單分子科學、納米器件、納米生物學等廣大的納米學科領域。

　　從基礎到應用：一個都不能少

　　在中科院化學所分子科學研究走過的歷程中，研究人員基于高水平的基礎研究，開展了豐富的應用研究和產業化探索，分子科學的創新鏈條也得到了充分延展。

　　納米綠色印刷是化學所全鏈條創新的典范。宋延林帶領的團隊先后實現了包括綠色制版、綠色版基和綠色油墨在內的完整納米綠色印刷產業鏈技術。從2010年起，該團隊與企業合作，推動項目產業化示范和制版中心建設，已經取得多項國際領先的技術成果，在國內外產生了廣泛的影響。

　　有機光導鼓關鍵技術則始于上世紀80年代。王艷喬等科研人員完成技術研發后，于2000年建成我國首條有機光導鼓自動化生產線，結束了我國有機光導鼓的技術與產業空白局面，創造了良好的經濟和社會效益。

　　在聚丙烯催化劑研發方面，肖士鏡、謝光華和胡友良等研究人員成功制備出高活性、高立構規整性的聚丙烯催化劑，并于1992年在遼寧營口實現了催化劑的產業化，替代了進口催化劑。而在甲醇/一氧化碳羰基合成方面，袁國卿等帶領研發團隊研制出系列新型的螯合型催化劑。2004年起，該類催化劑陸續被大型企業廣泛應用，共生產醋酸1100萬噸，創造利潤40多億元。

　　中科院化學所所長張德清指出，多年來，在分子科學領域，化學所形成了分子合成、分子組裝與功能及與材料、環境、生命、能源等交叉的全覆蓋研究領域。

　　2013年，中科院發展規劃局組織國際知名科學家對化學研究所進行了現場專家診斷評估。“國際評估專家認為化學所是中國最好的化學研究機構，也提出了許多中肯的意見，讓我們未來的發展有了更清晰的方向和更大的空間。”張德清表示。