弘扬科学家精神专栏 ‖ 外籍院士的中国情——孙立成

外籍院士的中国情

——孙立成

院士小传

孙立成(1962.8.25—),男,黑龙江东宁人。物理化学家。瑞典皇家工程院院士、中国科学院外籍院士。

1990年获大连理工大学博士学位。现任西湖大学讲席教授,瑞典皇家工学院分子器件讲席教授,大连理工大学特聘兼职教授,大连理工大学精细化工国家重点实验室副主任,大连理工大学-瑞典皇家工学院分子器件联合研究中心主任。

人工光合作用研究领域最具影响力的科学家之一,连续多年入选全球“高被引学者”。在世界知名期刊上发表SCI论文及评述700余篇,论文被引用5.6万余次,h指数113。曾应邀担任该领域国际顶级学术会议——美国“高登会议”主席/共同主席(2018/2016),国际会议邀请报告140余次。任德国Wiley期刊ChemSusChem编委会主席、荷兰Elsevier期刊Journal of Energy Chemistry副主编,2017年获瑞典国家杰出教授基金。

早在2000年,他就积极投入到与中国实质性的国际科技合作中。在大连理工大学建立了人工光合作用研究中心,从海内外引进一批优秀科研人才,在太阳能燃料与太阳能电池前沿科学领域进行深入研究,取得一系列重要科研成果。研制出高效率水氧化分子催化剂,并通过实验证明了水氧化过程中氧—氧键形成新机理,即通过自由基耦合方式进行;提出了光解水制氢功能器件设计新策略;率先提出基于推拉电子体系的染料分子设计方法,被国际同行广泛采纳;设计合成了一系列新型空穴传输材料,性能优异,成本低廉,具有产业化前景。为我国培养、锻炼和输送了一大批优秀的科研人才。积极策划并推进了中国与欧洲及美、日、韩等多个国家和地区进行广泛深入的科研合作,推动了中国在该领域的国际化进程。获辽宁省自然科学奖一等奖、辽宁省国际科学技术合作奖和中华人民共和国国际科学技术合作奖。

图片来源于百度百科

2019年11月22日,在中国科学院公布的院士增选名单中,大连理工大学特聘兼职教授孙立成名列其中。

孙立成的当选,引人注目的不仅是他外籍院士的身份,以及他在太阳能燃料科学研究方面享有的盛誉,更在于他20年不遗余力地推动中国与瑞典两国之间科技合作交流的爱国热忱。

01

寻真谛 出国门

孙立成,物理化学家,在国外的20余年中,凭着勤奋钻研,已经在人工光合作用领域取得了一些科研成就。

孙立成是在20世纪80年代末涉足人工光合作用领域的,起步于美丽的海滨城市大连。1990年,孙立成获得大连理工大学博士学位,在中科院感光化学研究所任助理研究员时,他接触到太阳能的清洁转换,萌生了对人工光合作用研究的极大兴趣。

在世人通常认为基础研究离应用很远的理念中,年轻的孙立成以其独到的眼光瞄向的是10年、20年后的世界,尽管在20世纪80年代末,许多人对这个概念还很陌生,他却早已认定了人工光合作用有无限的光明前景。

为深入探索这神秘诱人的领域,他跨出了国门。1992年,他在德国马普辐射化学研究所做博士后,随后作为洪堡学者转到柏林自由大学继续从事人工光合作用研究。

1994年夏天,孙立成在瑞士因特拉肯的一场大型太阳能转换与储存国际学术会议上,以“人工光合作用”为主题的学术海报获得了展示机会,当场就引起了几位来自瑞典的教授的关注,并向他抛来橄榄枝。“瑞典是世界上最早成立人工光合作用研究中心的国家之一。”孙立成对这个新兴领域做足了功课。当时全世界从事这个研究方向的科学家并不多,投入其中的重大研究基金和“国家队”更是凤毛麟角。于是,在1995年年初,孙立成从春意盎然的柏林出发,去到银装素裹的斯德哥尔摩。他加入到瑞典皇家工学院,从助理教授做起。

孙立成的研究领域——人工光合作用,人们既熟悉又陌生。在自然界,光合作用几乎无处不在。比如绿色植物利用太阳光,把空气中的二氧化碳转变成碳水化合物等有机物质,并释放出氧气。这个最基本的化学反应过程,是自然界几十亿年维持地球可再生循环的关键。顾名思义,人工光合作用,就是人类去模拟这一大自然鬼斧神工的可再生能量循环体系:如何利用太阳能,将地球上最丰富的水资源和温室气体二氧化碳,转换为可以存储的化学能,比如氢能或甲醇。简单来说,太阳光+水+二氧化碳=可再生清洁能源。但水分解的能垒很高,单靠平常的太阳光照耀江河湖海,并不能产生氢气和氧气。这就好像在水与氢气、氧气之间横亘着一座大山,要是没有催化剂,想实现人工光合作用的化学反应,就得先克服高能垒,必须翻过这座大山。“有了催化剂,情形就不一样了,相当于在山间打通一条隧道。”孙立成说,实现这个水变氢的“方程式”,关键的科学问题和技术难点在于催化剂。如何研发出高效率、低成本的水氧化催化剂,成了实现人工光合作用的技术瓶颈。

孙立成开始在这一前沿领域里辛勤耕耘。经过多年努力,他在高效水氧化分子催化剂的设计合成、氧—氧键形成机理,以及光解水制氢功能器件的设计与制备等方面,取得了令国际同行瞩目的研究成果。目前世界领先的水氧化分子催化剂,如业内称为Ru-bda的催化剂,就诞生于孙立成的研究团队,其催化水氧化效率可与天然光合作用相媲美,被认为是人工光合作用领域的重大突破。

在这个过程中,他作为首席科学家,组织完成了多项太阳能燃料与太阳能电池领域重大科研项目,并取得关键性突破,成为国际化学领域一颗耀眼的新星。

02

回母校 促交流

纵使孙立成在国外的科研做得令人关注,但他始终记得自己的根在中国,他想到了中国在这方面的研究正在起步阶段,需要更多人来推动这项科研工作。于是,2000年年初在大连理工大学向孙立成发出邀请时,孙立成欣然接受,成为大连理工大学的特聘兼职教授。

大连理工大学是孙立成的母校,他的本科、硕士、博士阶段都是在这里完成的。孙立成不仅欣然接受了母校的聘任,而且积极筹划推进母校与外界的交往与联络。不久,在他的努力促成下,大连理工大学-瑞典皇家工学院分子器件联合研究中心成立了。对这个“新生儿”,孙立成投入了大量精力。

从2000年起,孙立成开始了与中国实质性的国际科技合作。不仅进行了广泛深入的科研合作,还不断地向中国科技部、国家基金委建议,在人工光合作用领域布局、重点基础研究发展规划方面建言献策,与国内同行共同努力,积极推动我国人工光合作用研究快步走向世界前沿。孙立成以他的研究成果,在瑞典与中国之间架起了一座国际合作的桥梁,有力地推动着两国的科研发展。他在分子水平太阳能转换前沿科学领域,与中国学者开展了太阳能光解水制氢、二氧化碳还原制备燃料及新型太阳能电池等方面的合作研究,研制出目前效率最高的水氧化分子催化剂;提出了光解水制氢功能器件设计理念,加快了我国人工光合作用领域成为世界领跑者的步伐;率先提出基于推拉电子体系的染料分子设计方法,被国际同行广泛采纳;设计合成了一系列新型空穴传输材料,性能优异,成本低廉,具有产业化前景。在他的积极策划下,中国与欧洲及美、日、韩等多个国家和地区进行了广泛深入的科研合作,推动了中国在该领域的国际化进程,提升了中国在该领域的国际影响力。他推动建设的分子器件联合研究中心,也在国际上形成品牌效应,吸引了众多欧美发达国家科研机构主动寻求科研合作。他多次代表中国主办国际学术会议,促进了中国与欧洲、美洲间的国际科技合作与交流,成为中国高校及科研院所与国际学术组织、科研机构开展合作的纽带和桥梁。

2017年,孙立成被瑞典国家研究理事会评为国家杰出教授,成为迄今为止为数不多获此殊荣的学者之一,并当选为世界上最古老的工程科学院——瑞典皇家工程院建院百年来第1775号院士。在中国,他荣获了2018年度中华人民共和国国际科技合作奖。

“从20年前开始,人工光合作用与清洁能源概念一年比一年热,瑞典在这方面的研究起步特别早,在全球也处于领先地位,我当然想推动中国尽快加入这场竞争,实现源头创新,抢占未来高科技领域制高点。”孙立成如是说。

03

迎挑战 走西湖

寻求新挑战,并跻身其中,这是科学家的特有本质。

2020年年初,孙立成向瑞典皇家工学院、瑞典国家研究理事会提出了加盟中国西湖大学的想法。这距他获评瑞典国家杰出教授仅两年,这个决定令人意外。

想回中国发展?完全可以考虑兼职。实际上他作为大连理工大学的特聘兼职教授,多年来由他策划的两国之间的科研项目及合作已经顺利开展起来,并且进展喜人。如果说受科研条件吸引也不对。他获得的“瑞典国家杰出教授”称号,瑞典全国包括自然科学、社会科学、医学、人文、管理等的获得者全部加在一起只有27人,每人可获得连续10年的研究经费支持。

这些都不要了,为什么?孙立成的回答是:“西湖大学是中国第一所社会力量办的大学,我非常认同它小而精、研究型的办学理念,也被这种探索和挑战所吸引,希望自己能参与到这个过程中。”

“跨越生命科学、理学、工学三大学院,从太阳能的转换到存储,从基础理论到实际应用,成为真正意义上的学科交叉平台,研究兴趣与之相关的课题组可以聚力共同打造未来西湖大学太阳能转换中心。”孙立成说。

于是,孙立成在新冠疫情形势最紧张时,毅然回到中国,来到西湖大学理学院,成为2020年入职的首位讲席教授。

加入西湖大学,他身负两项重任:一是新建自己的实验室和团队;二是新建一个校级交叉学科中心——人工光合作用与太阳能燃料中心。因而,在因疫情被隔离的最初14天里他也不忘“谋划”着这两项任务。“我来西湖大学,是想来做事的,我看到学校各方面的发展速度都很快,我也打算两项任务同时推进。”孙立成说,这对他是个挑战。

孙立成所做的人工光合作用研究,是国内外诸多科研人员都在同时抢做的项目。其中有人用太阳能电池材料,采用物理的方式将太阳能转变成电能;有人做的是电能储存;而有的研究是与自然界的光合作用有关。孙立成则是用化学催化的方式将太阳能、水、二氧化碳、氮气转变成燃料,形成人工光合新能源。眼下这个领域竞争如此激烈,各路精英都在快步迅跑,时不我待,讲的就是一个“快”字。

“加入西湖大学后,我的研究重点依然是催化及可再生能源转换。”孙立成说,他尝试制备出一种能够大规模使用的、低成本的催化剂。“基础研究是经年累月的,但同时也是争分夺秒的,全世界都在较劲,谁先突破了高效、廉价、稳定的水氧化催化剂这一技术瓶颈,接下来的可再生能源问题、环境气候问题、化工产业可持续发展问题等,才有可能从根本上得以解决。”

30年科研生涯,孙立成把一项研究从冷板凳坚持到炙手可热,见证了人工光合作用从基础理论研究走向潜力无穷的实际应用。30年后转身,他依然选择学术,不忘初心。

目前,孙立成实验室以及西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心的筹备工作,均已启动,并在中国的沃土上快速茁壮成长,开枝散叶。