他從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)后，在哈佛大學(xué)師從國際頂尖化學(xué)家Charles M. Lieber，僅用4年時間就完成了碩博連讀。他在28歲時入職美國加州大學(xué)伯克利分校，33歲時升任終身教授，成為該?；瘜W(xué)系歷史上受聘終身教授的第二位華人科學(xué)家。在40歲時，他被路透社評為10年來世界排名第一的材料科學(xué)家，其論文總引用超過10萬次。后來他陸續(xù)當(dāng)選為美國藝術(shù)與科學(xué)院院士、美國國家科學(xué)院院士、中國科學(xué)院外籍院士。他在2014年獲湯森路透物理引文桂冠獎，2015年獲麥克阿瑟天才獎、世界杰出華人獎、美國能源部勞倫斯獎，2016年受時任美國總統(tǒng)奧巴馬邀請成為白宮前沿科學(xué)論壇并主講嘉賓，2020年獲世界能源獎。近日，他完成了一項持續(xù)10年的研究，相關(guān)成果在Nature上發(fā)表。接受《中國科學(xué)報》專訪時，他表示“我永遠(yuǎn)在想怎么做別人沒想到的研究”。而對于那些“異想天開”的想法，楊培東認(rèn)為，需要給青年學(xué)者提供一定程度上“不問去處”的資金支持，讓青年學(xué)者有自己的“小金庫”。《中國科學(xué)報》：這篇最新的Nature論文經(jīng)歷了怎樣的研究過程？
楊培東：
大概在10年前，我們就發(fā)現(xiàn)利用銅催化劑能夠把二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙烯、乙醇等化工原料，選擇性可以達(dá)到60%左右。由于無法揭示它的結(jié)構(gòu)演化過程，2年進行了3輪修改，還是被Nature拒稿，最終轉(zhuǎn)投了PNAS（《美國國家科學(xué)院院刊》簡稱）。
這10年來，我們一直在尋求一個方法，能像拍電影一樣展示出，銅納米催化劑在二氧化碳電還原反應(yīng)條件下，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)演化過程。
在這篇Nature論文中，我們借助多種先進原位表征技術(shù)解決了這個問題，這為還原過程中的高效反應(yīng)活性位點來自金屬銅納米晶界提供了實驗支持。
《中國科學(xué)報》：近年來，你關(guān)注領(lǐng)域內(nèi)的哪些科學(xué)問題？
楊培東：
多年來，我們一直關(guān)注二氧化碳回收和再利用問題，探索兩種催化轉(zhuǎn)化的技術(shù)路徑：生物催化路徑和無機催化路徑。
在生物路徑中，我們目前做的光合作用生物納米復(fù)合體系，二氧化碳轉(zhuǎn)化為特定化學(xué)品的選擇性可以達(dá)到100%，太陽能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化效率達(dá)到4%。
通常大家認(rèn)為無機的體系更穩(wěn)定，但這是一個科學(xué)難題。
目前無機催化體系的選擇性在60%左右，也就是說，轉(zhuǎn)化出的乙烯、乙醇、丙醇等化工原料是混合在一起的。如果無機體系能做到100%的選擇性、10%-15%的轉(zhuǎn)化效率，基本上我們?nèi)祟愃璧哪茉磫栴}會得到根本解決。
因此，我們的工作就圍繞繼續(xù)提高生物路徑的轉(zhuǎn)化效率、提高無機路徑的選擇性來展開。
《中國科學(xué)報》：你曾提到，生物催化路徑的想法源自一次腦洞大開，請講講這次靈感是如何涌現(xiàn)的？
楊培東：
大概在十多年前，有次我去聽了一個微生物方面的講座，了解到有一類微生物可以專門用于二氧化碳的還原， 但這些微生物本身沒有光合作用功能。當(dāng)時我一下子想到，是不是可以將納米導(dǎo)線和細(xì)菌結(jié)合在一塊兒，進行人工光合作用轉(zhuǎn)化。
可以說那時我每天都在想這個事情，一天一天過去了，一年一年過去了，總也沒有進展。但突然有那么一天，接收到了一個外部信息，讓我一下子豁然開朗起來。
這應(yīng)該叫“念念不忘，必有回響”。
《中國科學(xué)報》：當(dāng)時同行都覺得你“異想天開”，申請科研基金時也遭到了拒絕，你是如何開創(chuàng)局面的？
楊培東：
這個是很正常的，不需要為此感到沮喪。如果你覺得這是你想去做的事，那就利用一切資源去做。
當(dāng)時我從政府部門拿不到基金支持，但在過去的積累中，有一些來自各界的無償資助，這是我的“小金庫”。利用這個資金，我可以分配一個學(xué)生來做這個方向。
結(jié)果像是一場“賭博”，很可能是失敗的。
當(dāng)然后來我們做出了一些東西，發(fā)了兩三篇比較重要的文章，到后面大家就逐漸認(rèn)可了，各種資源也跟進了。
我們需要給青年學(xué)者提供一定程度上“不問去處”的資金支持，讓青年學(xué)者有自己的“小金庫”，有一定的自由支配力。政府部門、基金會、工業(yè)界都可以做這樣的事。
當(dāng)時各界捐給我資金的時候，他們不問任何問題，不問我怎么花，也不需要回報。沒有這個支持的話，我想是無法在大家都不認(rèn)可的情況下開創(chuàng)局面的。
當(dāng)然如果沒有任何資金儲備，就只能等待時機。
《中國科學(xué)報》：你僅用4年時間完成碩博連讀，1年半完成博士后研究，在28歲時成為加州大學(xué)伯克利分校助理教授，33歲就成為了終身教授，比通常的學(xué)者要快很多，如此高效的科研晉升之路，你是怎么做到的？我認(rèn)為選擇方向很重要，站在岔路口的時候，我會有一個感覺，什么是最新的方向，我堅定地選擇了它。因為往往最新的方向才會有最多的科學(xué)問題和突破。在博士期間，我和哈佛的導(dǎo)師開創(chuàng)了半導(dǎo)體納米導(dǎo)線領(lǐng)域。在伯克利，我用5年時間把這個領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)奠定下來了，做出了比較大的影響力。通常從助理教授到正教授需要10年左右，我只花了一半的時間。如果問，我怎么會在年輕的時候，就能選擇一個在將來有較大前途的方向呢，答案很簡單：這是別人沒做過的，我想去做。《中國科學(xué)報》：“做別人沒做過的”是你的性格使然嗎？我不太清楚自己在生活中是不是這樣，但在科學(xué)上，我一直是這樣的性格。我基本不太想碰別人做過的東西，永遠(yuǎn)在想怎么去做別人沒想到的。如果能從別人沒想到的地方切入，有了一個新的想法，那就去做。這里面肯定有風(fēng)險、失敗，結(jié)果可能會一塌糊涂，也有可能會取得突破。但如果總跟著別人做，永遠(yuǎn)只是漸進式的改變。《中國科學(xué)報》：在你的科研生涯中，對你影響最大的人是誰？一個是前不久剛?cè)ナ赖摹⒅袊茖W(xué)技術(shù)大學(xué)的錢逸泰院士，他是無機材料晶體化學(xué)的泰斗，我很幸運地在大二的時候進了他的實驗室，這培養(yǎng)了我對材料化學(xué)研究的興趣。另一個是我在哈佛的導(dǎo)師Charles M. Lieber，他引導(dǎo)我進入了納米科學(xué)領(lǐng)域。這兩位老師對我影響是非常大的。《中國科學(xué)報》：這是否意味著，選擇導(dǎo)師也比較關(guān)鍵？與選擇方向相比，選擇導(dǎo)師不一定是最重要的，一切還得靠自己。對于科研來說，開創(chuàng)一個研究方向，并不是導(dǎo)師能幫你的。哪怕是獲得過諾貝爾獎的導(dǎo)師，獲獎是因為他自己在n年前開創(chuàng)了一個領(lǐng)域，但他不一定能夠在n年后幫你開創(chuàng)另一個領(lǐng)域。《中國科學(xué)報》：有些科學(xué)家在取得一定地位、實驗室壯大之后，工作更加繁忙，會把學(xué)生交給實驗室里的“小導(dǎo)師”來帶，你是怎么做的？這邊沒有這種情況，我的實驗室是1對25，沒有其他小導(dǎo)師，全都是我自己帶，這樣對學(xué)生和導(dǎo)師的成長都比較好。每周一我會跟每位學(xué)生單獨交流，一周內(nèi)如果他們有需要可以隨時找我，這是執(zhí)行了二十多年的策略。單獨指導(dǎo)也不需要太頻繁，也不需要天天盯著，那樣學(xué)生會很有壓力，他們需要有自己的空間和時間，不然怎么會有創(chuàng)造力呢？兼容并蓄，保持科學(xué)創(chuàng)造力
《中國科學(xué)報》：你在2015年獲得麥克阿瑟天才獎，同事說是“拿了證的天才”，你怎么看待“天才”的稱謂？《中國科學(xué)報》：在外界看來，你已經(jīng)“功成名就”，但以往有報道說你仍然每天工作十幾個小時，是這樣嗎？你怎么看待科研成就與投入時長的關(guān)系？在科學(xué)界，工作時長并不是最重要的，重要的是怎么做出原始創(chuàng)新，怎么在有限的時間內(nèi)最具創(chuàng)造力。《中國科學(xué)報》：你經(jīng)常會有靈感乍現(xiàn)的時刻嗎？你是如何保持科學(xué)創(chuàng)造力的？當(dāng)然不經(jīng)常了，如果經(jīng)常有那就不得了了。兼容并蓄。我一直跟學(xué)生講，不要局限在化學(xué)的領(lǐng)域里，不要只聽本學(xué)院的講座。更應(yīng)該走出去，看看物理系、生物系的人在做什么，聽聽他們的前沿講座，這對大家很有幫助。像我們實驗室，除了化學(xué)系的學(xué)生，還有材料系、物理系、生物系、工程方面的學(xué)生，我覺得這樣能有更多機會取得創(chuàng)新突破。我希望年輕人能把視野拓寬，將來很多大的突破、大的發(fā)現(xiàn)會出現(xiàn)在學(xué)科邊緣、交叉領(lǐng)域中，如果把自己關(guān)在一個領(lǐng)域，不關(guān)心外面的事情，往往會失去機會。《中國科學(xué)報》：在長期沒有進展，實驗總是失敗的時候，該怎么調(diào)整自己？科研本來就是這樣，既然選擇了這條路，就應(yīng)該接受這個現(xiàn)實。大部分的時候，idea做不出來，也可能要折騰很久，像我們最近這篇Nature論文前后經(jīng)歷了10年左右，這是常態(tài)。當(dāng)然這也是我修煉出來的，年輕學(xué)者可能還沒法接受。我經(jīng)常跟學(xué)生說，大家要有耐心，不要急躁。當(dāng)我們有了一個假設(shè)，自然會認(rèn)為它是對的，急切地想去證明，可有時候結(jié)果往往是相反的，就得推翻重來。但這就是科學(xué)！科學(xué)的驗證本來就有對有錯，驗證出它是錯的也是一個進步，它會引導(dǎo)你改進實驗，然后你會知道怎么提升。《中國科學(xué)報》：你如何能幾十年來都對科研保持著極大的熱情？這個熱情來自于自己的內(nèi)心。我的學(xué)生每5年換一茬，但我每個5年總都在這里，如果沒有一定的熱情，是堅持不下去的。我們終其一生可能也無法解決某個科學(xué)問題，老一輩的科學(xué)家也是這樣。我們一代接著一代，不斷把科學(xué)往前推進，需要有精神支撐，需要有持久的熱情。https://doi.org/10.1038/s41586-022-05540-0編輯 | 方圓
排版 | 郭剛
