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绍兴人裘晓辉首次“看”到氢键震惊世界

2014-09-19 14:15:27 来源:绍兴晚报 作者:陈正军 编辑:王健
裘晓辉(穿黑衣者)和他的团队
 
氢键的照片

  1936年,诺贝尔化学奖获得者鲍林首次提出“氢键”,但一直没有人见到过氢键的样子

  通俗地说:相当于以前从太空中看到地面的人排成一行,现在是第一次看到原来这些人之间是手拉着手

  为何水在常温下是液态?为何冰能浮在水上?这都是氢键的神奇魔力。1936年,诺贝尔化学奖获得者鲍林首次正式提出了“氢键”概念,但一直没人见到过氢键的样子。去年,年轻的嵊州籍科学家裘晓辉和他的团队利用高分辨的原子力显微镜,终于第一次真实地拍到了氢键的照片。这个发现立即震惊了世界,全世界最权威的学术杂志之一——《自然》杂志评述其为2013年度3幅最震撼的图片之一。

  近日,中共中央政治局常委、国务院总理李克强在同国家杰出青年基金获得者代表座谈时,对基金获得者裘晓辉和他的团队取得的成就给予了充分的肯定,并勉励裘晓辉等年轻科学家积极创新创业,推动科技与社会发展。

  提出氢键理论已近80年

  但没人拍到过

  裘晓辉的堂叔裘正森是一位中学化学教师,退休后居住在嵊州市崇仁镇老家,对侄子的研究领域有一定的了解。他给记者上了一堂“科普课”:分子内部因为有离子键或共价键,结构很稳固,但分子间的稳定性比较弱。这就是为什么水分子H2O中的氧原子和氢原子很难分离,但只要给水加热,水分子之间便可以变得不稳定。“维系水分子间弱作用力的便是氢键。”裘正森说。

  “氢键是自然界中最重要、存在最广泛的分子间相互作用形式之一。”裘正森介绍,1936年,诺贝尔化学奖获得者鲍林在其出版的《化学键的本质》一书中,首次正式提出了氢键概念,至今近80年。“但到近年,关于氢键的本质还尚无定论,更没有人拍到过它的真面目,因此甚至有人怀疑氢键到底存不存在?”据裘正森了解,此前科学家对氢键特性的研究主要借助于X射线衍射、红外和拉曼光谱、中子衍射等技术进行间接分析,但是从来没有真正地“看”到过氢键。

  嵊州籍科学家首次“看”见氢键

  轰动世界

  “通俗地说,这项科技成果相当于以前可以从太空中看到地面的人排成一行,现在是第一次看到原来这些人之间是手拉着手的。”在拍到氢键照片后,裘晓辉这样形容道。

  裘晓辉1970年10月出生在嵊州崇仁,1992年毕业于吉林大学化学系。2000年在中国科学院化学研究所获得博士学位。2000年8月~2006年3月期间在美国加州大学Irvine分校、美国IBM公司T J Watson中心研究部及俄亥俄州立大学从事博士后研究。

  2006年3月,裘晓辉的导师、时任中科院常务副院长白春礼(现中科院院长)亲自跟他联系,让他回国,于是裘晓辉回到了国家纳米科学中心工作,被聘为研究员、博士生导师。后来他组建了中国科学院纳米标准与检测重点实验室并亲任主任,主要研究方向为扫描隧道显微技术、纳米光电器件。

  也是从那时起,裘晓辉和团队接过了寻找氢键的艰巨任务。此前不少科学家都在寻找氢键,但没有谁能成功,对于能否找到氢键,裘晓辉一开始心里也没底。他和团队总结了前人失败的原因,对现有仪器设备不断优化改造,利用所学的知识,自制原子力显微镜的核心部件——高性能qPlus型力传感器,精确解析了分子间氢键的构型,实现了对氢键键角和键长的直接测量,并于去年首次拍到了氢键的照片,一时轰动全球科学界。

  去年底,裘晓辉把直接观察到分子间氢键的成果发表在《科学》杂志上,被评价为“是一项杰出而令人激动震撼的工作,具有深远的意义和价值。”《自然》杂志在2013年度回顾专刊中,将脑神经的三维图像、分子间氢键图片、星系天体的气体大喷射评述为2013年3幅最震撼的图片。

  今年上半年,由中国科学院院士、中国工程院院士、973计划顾问组和咨询组专家、973计划项目首席科学家、国家重点实验室主任等专家学者投票选出了2013年度中国科学十大进展,裘晓辉和其团队的研究成果榜上有名。

  中学时成绩并不突出

  但很爱动脑子

  由于裘晓辉正埋头研究一项重大科技项目,不便接受记者的详细采访。昨天上午,记者联系了远在武汉的裘晓辉父亲裘鉴卿。今年75岁的裘鉴卿也是国内知名的科学家,退休前供职于中科院武汉物理与数学研究所,享受国务院特殊津贴待遇。

  说起儿子,裘鉴卿第一句话是这个孩子从小爱动脑子,什么问题都喜欢刨根问底。“他中学时候忽然对永动机产生了兴趣,还一天到晚缠着我,一起探讨永动机到底存不存在的问题。”裘鉴卿回忆说。在他的印象中,中学时代儿子的学习成绩并不突出,最多也是中等偏上,他也不喜欢应试教学方法。“但正因为喜欢思考,上大学后,他在专业领域的优势逐渐凸显出来,大学毕业后考到著名科学家白春礼门下读硕士研究生,之后又成了白春礼的第一个博士研究生,专业方向是隧道显微镜。”

  裘晓辉从小在武汉长大,但逢年过节,就会回到崇仁看望在老家的亲戚。叔叔裘炎卿告诉记者,侄子是在崇仁老家出生的,小时候回老家的次数比较多。在他的印象中,裘晓辉是一个很安静的人,也是一个懂礼貌的孩子。“他很乐意干家务活,经常会主动清扫房间,帮大人做事,深得长辈们喜爱。”

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