“除了高興還是高興。”在課題組微信群看到論文被《自然》正式接收的消息時，“90后”劉廣東開心地笑了。那一刻，過去幾年的焦灼掙扎也在他心里一閃而過，最低谷時是導師——湖南大學教授鄧輝球推心置腹的開導把他拉了出來。
“扛過來了，2023是豐收年，結婚生子，愿2024依然擁有小快樂和小盼頭。”劉廣東去年最后一天在朋友圈發的新年愿望，沒想到這么快就實現了。
2月29日，這項研究成果正式在線發表，證實了表面應力驅動的反應活性具有特異性，即催化領域沒有活性完全相同的兩個反應位點。鄧輝球告訴《中國科學報》：“這一研究初審時曾獲一位審稿專家推薦，認為‘論文不做任何修改可直接接收發表在《自然》上’，但到真正發表，卻跨越了3個年頭。”
鄧輝球（左）和劉廣東（右）在國家超級計算長沙中心。 王昊昊 攝
構建“超級放大鏡”還原催化真相
德國哲學家萊布尼茨說過，世界上沒有兩片完全相同的樹葉。這強調了事物間的不同。
化學催化領域，有沒有活性完全相同的兩個反應位點？在此之前，科學家沒有答案。
鄧輝球在物質微結構與其性能關系等領域深耕20多年，上述問題自然受到他的關注。他喜歡只列出研究方向，讓學生根據興趣自由探索。2017年，讀碩士二年級的劉廣東對這個方向產生了濃厚的興趣，沒想到一接手就持續研究了6年多。
“有次我坐車時，經過橫跨湘江的三汊磯大橋，這個橋的樣子和我們之前研究繪制的表面催化反應曲線圖很相似。”當時劉廣東就想，居然有這么巧的事情，但他立馬又蹦出一個新念頭：即使橋和曲線圖那么相似，但它們也是完全不同的。催化反應過程中，是不是也沒有完全相同的兩個反應位點？
三汊磯大橋和團隊研制的表面催化反應曲線圖對比。受訪者 供圖
其實，這個假設鄧輝球團隊此前就做過，而現在要做的是用實驗驗證這個理論預測。
鄧輝球介紹，他們經過大量調研發現，以往研究者是基于小體系、小模型觀察催化反應，往往只看到了局部情況或者一個大概框架，觀察不到巨大的活性差異。
于是，在湖南大學國家超級計算長沙中心和美國普渡大學先進計算Rosen中心的計算資源支持下，研究團隊計算了臺面寬度為1納米至10納米的臺階表面的表面應力和表面應變，發現臺階型缺陷可以釋放巨大的表面應力，驅動表面原子弛豫產生跨越幾個納米寬度的非均一應變場，壓應變可以高達5.5%，這導致具有相同局部配位的平臺面原子產生不同的電子結構和反應性，并導致電化學氧還原反應活性特異性增強。
“10納米實際上是很微小的，但在理論模型里又是非常大的，它相當于一個‘超級放大鏡’，能把催化反應看得更清楚。”鄧輝球說，以往小體系小模型的研究沒法觀察到活性位點的差異性。團隊把體系不斷加寬加大，通過系列研究發現，每個位點對應的催化活性都是不一樣的，一個臺階表面邊緣兩側原子的電化學氧還原反應活性要比臺面中間原子高50倍。
從理論預測提出到實驗驗證，團隊整整用了5年多。鄧輝球說，他們的研究解釋了經典離散活性位點模型在預測催化活性方面產生巨大誤差的根本原因，揭開了長期以來圍繞活性位點和氧還原反應結構敏感性的謎團，為認識催化活性位和設計多相催化劑提供了新視角，讓多相催化劑預測和計算設計更加精準。
論文審稿人認為，該研究填補了電催化基礎理解中長期缺失的一環，不僅展示了臺階表面應變空間變化的重要性，還提供了一個框架來映射這種行為。
不出宿舍、不敢見同學的低谷期
劉廣東來自湖南衡陽的一個農村家庭，“一般直博或碩博連讀，大概需要5到6年時間。我先讀了3年碩士，讀博士又花了4年”。回想起兩年前即將博士畢業的那段日子，劉廣東感慨頗多。
科學研究是一個不斷提出問題和解決問題的過程。從碩士二年級開始到博士，劉廣東對表面應力驅動反應活性相關研究逐步深入，但直到博士畢業時，關鍵的成果還沒做出來。
“當時很多同學都發了論文，有畢業了的也有工作了的，只有我畢業論文還沒著落。初審一共有三個審稿專家。當時三個審稿意見一并發給了通訊作者，有一位專家說‘論文不做任何修改可直接接受發表在《自然》上’，但后兩位專家持不同意見，提出論文還需要大修。”劉廣東說。
學業的壓力和一些外部因素使劉廣東越來越焦慮。當時他和女朋友戀愛已有3年多，又是異地，雙方家庭都在催婚，而尚未工作的劉廣東沒什么積蓄。那段時間，劉廣東不敢出宿舍、不敢見同學，整日宅在宿舍忙著寫論文，“睡不好吃不好，臉上長痘、嘴里長瘡”。
雖然一度閃過放棄的念頭，但劉廣東還是舍不得放下堅持了這么久的研究。
鄧輝球有個習慣，上班后會直接到實驗室，了解學生遇到什么新問題、有什么新訴求，目的是讓學生不在一個難題上停留太久。有段時間，鄧輝球發現劉廣東幾天沒來實驗室，便把他拉到辦公室談心。
“大家都是這么過來的，廣東的壓力我深有體會，即使我們課題組給予了碩士、博士較高的待遇補助，但這對一個尚未工作、要成家立業的年輕人來說杯水車薪。”鄧輝球幾次找劉廣東出去吃飯、聊天，慢慢開導他。
“我給他列了幾種人生選擇，包括繼續做研究，或者直接畢業做老師教書育人等。”鄧輝球回憶道，“但我也不斷告訴他，有夢想、有追求，就一定要堅持，尤其是做科研。”
在老師的開導下劉廣東平復了心情，繼續投入科研中。這次論文正式被《自然》接收出版，讓劉廣東終于舒了一口氣。“幸好我選擇了堅持。雖然論文經過3次大修、跨了3個年頭，但我相信，堅持就能勝利。”加上審稿人的意見和合作者們的打磨修改，這篇論文改了超百次，論文第一版和發表版相比“面目全非”。
劉廣東畢業后留在原課題組繼續從事博士后研究工作。現在，他對科學研究有了新認識、對后續研究方向有了思路。“如果你正在糾結是否做科研或做哪一個領域的研究，請先做充分了解，選對引路人和平臺很重要。”
“我的博士生都愿意留下來做博士后”
科研圈有個現象，不少博士畢業后不會選擇在原課題組從事博士后研究，而是去其他高校或科研機構。有人認為留在原組做就是讀加長版的博士，也有人認為，從學術角度來說，換新地方可能會有新視野、新資源。
“我的博士生畢業后都愿意留下來繼續從事博士后研究。”鄧輝球說，目前他的團隊有青年教師、博士后、博士及碩士研究生等50多人。
鄧輝球（居中者）和部分團隊成員合影。受訪者 供圖
培養科研團隊，鄧輝球有一套自己的方法。首先是全力支持學生結合國家需求做重要科學研究。
“我們團隊學生只要有合理需求，我就全力支持。”鄧輝球認為，每個學生的興趣和能力不同。一些學生適合自由探索，鄧輝球會讓他們根據、研究興趣開展研究，只給予指導而不制定固定的研究任務；對于另外一些同學，則一起制定嚴密的研究計劃和具體任務。劉廣東就是自主選擇研究方向、自由探索的學生之一。
鄧輝球透露，其實此次發表的研究成果背后，并沒有固定的科研項目支持，“研究持續了幾年，經費非常緊張，其中國際合作單位給予了大力支持，是合作多贏的典范”。
當學生有一定的研究基礎后，鄧輝球會積極推薦他們參與國內外的交流合作。“這其實是一種強強合作的體現，我在交流合作時不求數量多，但合作對象在某些方面必須比我們強，讓學生到更強的團隊里學習，學生和整個團隊才會進步得更快。”
“我已經是個科研老兵了，要把更多機會留給年輕人。”鄧輝球告訴《中國科學報》，此次發表的論文的通訊作者之一曾振華，就是他以前的碩士生。
鄧輝球很早之前就要求團隊“先強帶后強”：“上學期間我全力支持學生，也希望他們畢業后有更好的發展、更大的平臺時，一定要多回來幫幫學弟學妹，這也是一種反哺行為。”曾振華現在是普渡大學的學者，此次研究就是他主動和團隊聯系開展的。
“在這樣的良性循環下，越來越多像曾振華和劉廣東這樣的學生成長起來，期待他們在科研道路上有更多新成果。”鄧輝球說。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41586-024-07090-z
本文鏈接：導師的開導讓他走出低谷 6年揭開催化“謎團”http://m.sq15.cn/show-11-3425-0.html
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