科研路有挫折沮喪 憑好奇心磨過瓶頸

  在催化研究路上,楊嘉睿經歷過不止一次近乎絕望的時刻。在研究單原子催化劑的早期,團隊設計的催化劑在氯析出反應中的活性始終無法突破瓶頸,「嘗試幾乎所有能想到的改性方案,換載體、換前驅體、調合成條件……每次都以為找到了突破口,結果數據出來卻令人沮喪。」

  磨人的瓶頸期持續近半年,讓他堅持下來的,首先是對問題本身的好奇心,「催化劑的行為背後一定有我們尚未理解的規律,那種『想搞清楚』的衝動,比任何外部壓力都更有驅動力。」其次是團隊的力量,「和同學們一起分析數據、討論方案,哪怕結果不好,那種共同面對困難的氛圍本身就是一種支撐。」後來,團隊引入原位同步輻射表徵,才終於看清催化劑在反應過程中的真實結構變化,問題迎刃而解,「那一刻的感受,是任何其他事情都難以替代的。」

  除了沮喪,科研路上也有不少「意外驚喜」,楊嘉睿分享了一段深刻經歷:在研究CO2(二氧化碳)介導有機催化氯析出的過程中,團隊最初的設計思路其實並不涉及CO2,它只是作為「惰性背景氣體」被引入體系,以模擬工業煙氣的真實環境。結果在一次對照實驗中,加入CO2之後,催化劑的選擇性發生了戲劇性變化,活性顯著提升,「我們當時都愣住了,因為CO2在傳統認知裏幾乎不會參與這類反應。」

  實驗「異常數據」成論文核心發現

  後來經過系統的機理研究,團隊才發現CO2通過與有機催化劑形成特定的中間體,從根本上改變了反應路徑,這個「意外」最終成為整篇論文的核心發現,也令他體會到:「在實驗室,最重要的習慣之一就是永遠不要輕易忽略『異常數據』,它們往往才是最有價值的線索。」

  他期望在未來十年可建立一套「以小分子為媒介的電催化轉化」的完整理論與應用體系,讓這個領域從相對小眾的研究方向,成長為可持續化學製造的核心支柱之一,具體目標包括:在機理層面,深入闡明有機電催化劑在複雜反應網絡中的電子轉移規律和選擇性控制原則;在材料層面,開發能在工業電流密度下穩定運行的新型電極材料;在應用層面,實現至少一個反應體系從實驗室到中試規模的跨越。