科学视点

捧起金纳米团簇结构“圣杯”——记中科院合肥物质科学研究院研究员伍志鲲

  中科院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究员、博士生导师,国家杰出青年基金/优秀青年基金获得者。主要研究方向为金属纳米团簇的合成、结构、性能及应用,代表性工作为“反伽伐尼反应”方面研究。

  “不畏挑战”,成功解析Au144(SR)60团簇的结构,解决金纳米团簇结构研究“圣杯”性难题;“磨刀不误砍柴工”, 立足基础研究,为开发新型材料打好基础;“颠覆认知”,在国际上开创和引领“反伽伐尼反应”研究……中科院合肥物质科学研究院固体物理研究所(以下简称固体所)研究员伍志鲲从未停下探索的脚步,在一座又一座科学之峰上奋力前行。

  不畏挑战 从“零”开始

  2010年,刚从国外回到固体所开展科研工作的伍志鲲一切都要从“零”开始。

  没有团队和实验室,他就在院所领导和同事的帮助下, 从头开始搭建属于他的科研“小窝”。

  为了节省时间,伍志鲲带着家人在单位附近租了一套简易住房,早出晚归,将全部心血投注到实验室的运行和人才培养中。

  短短几年内,伍志鲲就搭建起了纳米团簇研究平台,组建了涵盖多学科领域的由研究员、副研究员、助理研究员、博士后和研究生组成的年轻科研团队。

  有些事情的完成, 需要时间的沉淀和长期的努力,实验室的组建是这样,科学研究亦如此。

  Au144(SR)60团簇早在1996年就被美国研究人员报道,但由于当时合成技术和表征条件的限制,该团簇的组成结构未能精确地确定。经过10多年的努力,2009年,美国教授Rongchao Jin小组精确确定了其组成。由于Au144(SR)60处在金纳米团簇向金纳晶转变的临界尺寸附近,其结构吸引了世界多个小组的探索, 但一直没有获得突破,成为金纳米团簇结构研究方面“圣杯”性的难题。

  但这没有吓倒伍志鲲。随着队伍的壮大和实验平台的建立,他带领团队向这一疑难问题发起了冲击。其间,历经了无数次失败,但他们没有退却,而是及时转换思路、改变条件,不断尝试,最终获得了高质量的单晶,成功解析出Au144(SR)60的结构,为后续高难度的金属纳米团簇/纳米晶的单晶生长提供了借鉴和参考。此外,通过变温实验,他们从化学键的角度揭示了金属具有较好热延展性的微观机理。

  重视基础研究 探寻“小不点”的奥秘

  伍志鲲团队一直致力于从原子精确的角度理解超小纳米尺寸范围内的一些根本科学问题,开发新型原子精确的纳米材料。金属纳米团簇是他们的研究对象。单个的金属纳米团簇可以说是个不折不扣的“小不点”,其直径通常小于3纳米,而一根头发丝的直径约为6万纳米。

  由于尺寸效应、表面效应等原因,这些“小不点”的原子层次的精确控制很困难,鉴于此,他们在对合成规律理解的基础上,提出了“动力学控制和热力学选择”的合成策略,发展了多种合成方法,在多个层次上对金属纳米团簇的组成结构进行构筑或调控,加深了对构效关系的理解。

  为理解结构与性能的关联,他们还引入了“构造异构”“内核同系物”等概念;为推动金属纳米团簇荧光特性的应用,系统开展了荧光与结构关联的研究,为荧光性能的提高提供了指导。尤其值得一提的是,他们提出了形式上有违经典反应的“反伽伐尼反应”,并在国际上率先开展了相关研究,被世界顶级化学家之一的Didier Astruc誉为“开启了一个新的反伽伐尼反应时代”。

  脚踏实地 勤勉敬业

  伍志鲲带领团队在学术上取得了显著的成绩。尽管如此,他仍然保持清醒的头脑、严于律己,把耐得平淡、潜心科研作为自己的准则,把作风建设的重点放在严谨、细致、求实、脚踏实地埋头苦干上。

  清明节带孩子到烈士陵园扫墓,这已成为伍志鲲家的一项重要活动。“要让孩子了解历史、铭记历史,才能更好地传承革命先烈的精神,做个对社会有用的人,为国家做有意义的事。”

  伍志鲲这样教育孩子,而他也是这样践行的。

  当看到中科院合肥物质科学研究院党委发布的《关于组织党员自愿捐款支持新冠肺炎疫情防控工作的通知》后,伍志鲲第一时间向党组织捐款5万元。

  虽然捐款积极,伍志鲲在生活中却非常节俭。衣服常年就是那么几件,办公桌上掉漆的保温杯用了很多年。

  “只问耕耘,不问收获,大胆失败,勇于挑战”是伍志鲲在科研工作中的自勉之词,他将继续努力,不断进取,科学报国、矢志不渝。

  (作者单位:中科院合肥物质科学研究院固体物理研究所)


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