导师零距离 | 熊宇杰教授：“三位一体”燃火花，热爱坚守创未来

导语

1996 年，年仅 17 岁的他被保送进入到中科大“少年班” 00 班；

2004 年，他从中科大博士毕业后赴美深造；

2011 年，在美国事业正扬帆起航之时，他毅然回国投身国内的科学研究建设。

从 2011 到 2019，回国独立工作的八年间：在科研工作中，他不畏挑战、不怕困难，开创三位一体的交叉合作模式，带领其团队连连取得突破；在教学上，他言传身教，坚持培养学生树立对科学的兴趣和对科学探索的执着。在这八年间，他也获得了众多奖励与荣誉，包括2019年度英国皇家化学会 Chem Soc Rev Pioneering Investigator Lectureship。

他作为中科大应用化学系复系后的首届执行主任，其背后的办系理念是什么？他是如何看待“创新”和“学科交叉”？他在培养学生方面拥有哪些“独门秘籍”？在科研之余，他又是如何放松和解压自己的？

本期栏目对话中国科学技术大学熊宇杰教授，带您近距离了解其人其事。

人物介绍

熊宇杰

中国科学技术大学化学与材料科学学院副院长、合肥微尺度物质科学国家研究中心纳米催化与能量转化研究部主任、教育部长江学者特聘教授、杰青、国家万人计划科技创新领军人才，英国皇家化学会会士

1996 年进入中国科学技术大学少年班 00 班，2000 年获得学士学位。2004 年获得博士学位后，在美国华盛顿大学（西雅图）进行博士后研究；2007-2009 年在美国伊利诺伊大学香槟分校任助理研究员，之后在美国华盛顿大学圣路易斯分校任国家纳米技术基础设施组织首席研究员，2011 年回到中国科学技术大学任教授。研究集中在基于无机固体材料结构的原子精度控制，实现关键小分子的活化与调控，用于光/电驱动的能源分子转化和化学品合成。

已在国际知名刊物上发表180余篇论文，总引用 20,000 余次（H 指数 70），入选科睿唯安全球高被引科学家榜单和爱思唯尔中国高被引学者榜单。获得国内外多个奖励及荣誉称号，包括国家万人计划科技创新领军人才、教育部长江学者特聘教授、科技部中青年科技创新领军人才、中国科学院优秀导师奖、国家杰出青年科学基金、香港求是科技基金会杰出青年学者奖、中国化学会青年化学奖、第十三届霍英东青年教师基金、2019 年度英国皇家化学会 Chem Soc Rev Pioneering Investigator Lectureship 等。

熊宇杰教授团队 (第二排左七：熊宇杰教授)

导师零距离之Q&A

Q1

您的主要研究方向是无机催化材料的表面和界面调控。能否跟我们介绍一下您课题组的主要研究定位和希望解决的主要挑战性问题？

熊宇杰：我的主要研究方向是基于无机固体材料表界面结构的原子精度控制，实现关键小分子的活化与调控，用于光/电驱动的能源分子转化和化学品合成。

以光催化为例，这是一个同时涉及能量捕获、能量转移和能量转化三个过程的复杂体系，总体上太阳能到化学能的转换效率是由三个过程的效率共同决定。因此，深入理解光催化体系中的作用机制是尤为重要的，否则新型高效体系的设计和研发将继续以先前的试错模式为主，具有较大盲目性。我们研究团队面对该挑战，围绕三个过程中的核心关键 - 电荷动力学行为，基于原子精度上的材料表界面结构控制（Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 6288），开展“精准制备-先进表征-理论模拟”三位一体的交叉合作研究（Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 2893），追踪和调控其中的电荷动力学行为，从而可以理性设计和开发低成本、高性能的光催化材料（Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 2799）。

在过去几年中，我们团队的精力主要集中在太阳能驱动的一些碳资源小分子转化方面，例如二氧化碳催化转化和甲烷直接催化转化，在转化活性和选择性方面都取得了一些进展，这也是我们未来几年的主要研究重点。

Fig 1. 围绕电荷动力学行为开展研究，设计开发低成本、高性能的光催化材料 (Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 2799, Dalton Trans., 2018, 47, 12035)

Fig 2. 设计 CO₂ 光催化还原的催化位点结构 (Nanoscale, 2019, 11, 11064)

Q2

现在科学界最流行的词就是“创新“和“学科交叉”，但是说易行难，您是如何看待并在工作中实践“Innovation and Interdisciplinary”？

熊宇杰：创新是科学界一直孜孜求索又极其不易实现的目标，尤其科学发展到今天，创新往往是通过多学科交叉来推动的。

以我自身的研究经历为例，自从我2011年回到中科大工作，最初两年一直在思考如何发展自己的研究方向。我攻读博士时的导师谢毅老师常常提醒我“利用自己的特长，结合技术发展的瓶颈，闯出自己的研究特色”。我对清洁能源技术非常感兴趣，同时考虑到自己在金属纳米材料和半导体光电器件方面已有长期积累，于是我把研究方向聚焦到了两者相结合的光催化领域，希望在太阳能利用技术方面做出自己的贡献。在锁定该方向之后，我进行了一系列初试性探索，并开始进行调研，发现其能量捕获、能量转移和能量转化过程的关键在于光激发状态下的电子行为，取决于材料的表面和界面结构，由此把自己研究的关键科学问题聚焦在“材料的表面和界面结构调控”。因此，我们团队发展了一系列无机固体材料合成与组装技术，可以在原子精确度的层面上控制材料的表面和界面结构，开发具有改善性能的太阳能转换材料。尽管如此，我们依然对于这些复合材料体系中复杂的机制性问题并不清楚，造成材料的设计和研发仍以试错模式为主。

很幸运的是，我们中科大有一批具有活力和不同学术背景的同事。我与宋礼、江俊、武晓君、张群、徐航勋等年轻同事常在用餐或业余时间以聊天的模式进行交流沟通，互通有无。江俊和武晓君擅长理论模拟，宋礼和张群擅长微观结构和过程的先进表征，徐航勋擅长有机高分子材料，由此擦出“思想火花”。基于这些想法以及我自己在无机材料设计与可控合成方面的优势，通过课题合作的形式自然形成了跨越多学科的合作团队。我们这些青年教授通过跨领域的交叉合作，实现了材料精准合成、理论计算模拟和原位先进表征的“三位一体”交叉学科合作模式。正所谓“1 + 1 >2”，不同学科的交叉与合作使得我们可以在特定科学问题上进行多角度深入探讨，在电子和原子水平上理解这些能量转换过程，从而可以更为理性地去设计和研发材料，取得相应的成果。

学科交叉的实现，不仅需要合作者们具有思想共享和成果共享的精神，而且也建立在研究者的早期培训基础上的。我本科学的是化学物理专业，属于交叉学科，对于量子化学和光谱理论有一定的理解，而且中科大本科培养非常注重数理基础和学科交叉思维，所以在开展多学科交叉研究时相对比较容易适应。

Q3

除了本身出色的科研工作，您也培养出很多优秀的学生，有获得各种荣誉称号和奖励奖项的，也有入选重量级人才计划的，您在培养学生方面是否拥有自己的“独门秘籍”？

熊宇杰：我觉得言传身教是培养学生最好的“独门秘籍”，将做人与做学问的精神撒播给更多的青年学子。看着他们从极具可塑性的学生成长为具有独立工作能力的科技工作者，是一件无比愉悦的事情。

每个学生具有不同的特点，我会充分尊重学生的兴趣，给他们足够的空间进行自我探索。每个研究生入学伊始，我会首先与他们面谈，了解其兴趣爱好，然后确定研究方向和课题，介绍相关前沿文献让他们研读。我的学生往往从较为简单的课题开始，在做出成果之后，他们对于科学探索的兴趣和从事科学研究的信心都会得到很好的培养，然后逐步加大难度，向科学难题进军。只有在大胆尝试和勇于探索中，他们才会发现自己的兴趣点，也才会发现从事科研的乐趣。

然而这种自由却不过度，我会让学生每周提交科研进度书面报告，将一周以来所做实验的难点、解决方案和结果详尽地展现出来，促使他们独立思考和审视自己的科研工作。在每周的分组专题讨论会上，我和学生们会针对每周科研工作中的进展、困难和问题进行热烈的探讨。不仅由我来提供指导，而且他们之间具有课题的共同点和区分度，也会相互激发思维形成互补。另一方面，很多学生有一个普遍的不足，做事情很有能力却不善于表达，这对于以后的长远发展无疑是不利的。我针对这个普遍的缺点专门安排了实验室学术交流会，以内部学术会议的形式让学生系统展示自己的成果，锻炼其口头表达能力与沟通能力。总的来说，我尤其看重学生三方面的特质：对科学的兴趣、进行科学探索的执着、与同行的交流能力。唯有兴趣才可以撬开科学的大门，只有执着才能在自我探索中提升修行。

Q4

中科大从地理位置上来说，在吸引生源和引进人才方面都不具备优势。而您是土生土长的科大人，在去年又被任命为应用化学系复系后的首届执行主任，您是如何看待科大在人才培养方面所作的努力和创新？

熊宇杰：中科大在多学科交叉人才的培养方面一直走在国内外高校的前列，也由此形成了鲜明的特色。正如我和斯坦福大学崔屹教授（中科大93级校友）在去年的中科大六十年校庆Advanced Materials专刊的 Editorial（Energy Materials Research at the University of Science and Technology of China, Adv. Mater. 2018, 30, 1806572）中提到，中科大的教育理念特别重视数学、物理等基础学科教育，为学生未来长期职业发展提供了坚实的基础。与此同时，在中科大的学生培养工作中，能让学生接触到很多科学前沿且多学科交叉的研究领域，并且可以基于校内的同步辐射光源等大科学装置开展科学研究。以基础学科知识为后盾、以多学科交叉思维为利器，让中科大学生具有了很好的开拓能力，这也是为什么中科大在过去六十一年中培养出了一大批国际知名科学家和工程师。以能源材料研究为例，中科大学生在该领域中的培养就得益于材料科学、化学、物理等多学科的交叉融合。去年应用化学系的复系，正是秉承中科大长期以来理科与工科（即前沿科学与高新技术）相结合的理念，发展化学与能源、环境、化工、生物、电子、医学、信息等交叉的新兴学科，高起点、宽口径地培养为国家培养能源、环境、化工、电子和生命等相关应用领域的具有创新意识和实践能力的尖端科技人才。

Q5

再次恭喜您获得2019年度英国皇家化学会Chem Soc Rev Pioneering Investigator Lectureship！这个奖项对您而言有什么特别之处？您和RSC还有其他渊源吗？

熊宇杰：我很荣幸获得英国皇家化学会Chem Soc Rev Pioneering Investigator Lectureship 这个重要奖项，是对我过去近十年独立科研工作的鼓励，在此特别感谢提名专家和评委。

这次奖项的获奖理由是 Professor Yujie Xiong’s work, at the intersection of controlled synthesis, spectroscopic characterization and theoretical simulation, has enabled to couple solar energy into activation of small molecules toward catalytic chemical transformations by rationally designing material surface and interface at atomic precision。多学科交叉研究对我过去的科研工作起到了至关重要的作用。该奖项将鼓励我继续在学科交叉的道路上开展创新性研究。

我早在近二十年前开始攻读博士学位时，就和RSC很有渊源，在RSC的 Journal of Materials Chemistry 和 Chemical Communications 期刊上发表过不少论文。回国开展独立工作以后也在 Chemical Society Reviews 上发表过3篇综述论文，对我们团队的材料合成方法学、光催化研究方法学和基于配位化学的光催化材料设计分别进行了总结，其中两篇入选了ESI高被引论文。

中国科学院过程工程研究所王丹教授在澳大利亚召开的 2019 International Symposium on Energy Conversion and Storage Materials 上给熊宇杰教授颁发获奖证书

Q6

除了科研，您平时最大的爱好或最喜欢做的事情是什么？平时会选择哪些方式放松自己？

熊宇杰：我平时业余时间喜欢和朋友们聚会聊天，交流日常生活和工作中的点点滴滴。往往工作上的新奇想法和潜在合作，也是从朋友们的谈天说地中开始的。

除此之外，我会经常游泳，以此来放松自己。在专注游泳时，可以暂时远离现实世界的繁嚣，找回心灵深处的平静。

关于“导师零距离”

英国皇家化学会作为历史最悠久的化学学术团体，一直致力于推动化学科学的卓越发展。为了进一步加强与中国化学及相关领域知名学者的互动，“RSC 英国皇家化学会”微信公众号特推出《导师零距离》栏目，希望借此栏目分享导师科研道路上的宝贵经验和经历、促进最新科研成果的推广和学术交流，并帮助愿意投身化学科研的学生更好地了解导师们的风采。

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