摘要： 做科研要有辨识度
10月26日，2024世界顶尖科学家论坛首次开设的“物质科学大会”举行， 2015年麦克阿瑟天才奖得主、加州大学伯克利分校教授杨培东 担任大会联合主席之一。
光合作用无处不在，但要实现人工光合作用却是一大难题。数年前，杨培东团队就在实验室实现了人工光合作用最高8%-10%的转化效率。他们因此加入了美国航空航天局的火星计划，火星上95%是二氧化碳，该计划希望未来能把人工光合作用搬到火星。
人工光合作用研究有何最新进展？会议间隙，解放日报·上观新闻记者独家专访了杨培东。
【7×24小时】
人工光合作用能将二氧化碳变废为宝，同时能缓解全球变暖。当被问及这一研究的最新进展，杨培东兴奋地说：“以往，人工光合作用需要依赖太阳，但晚上无法工作；现在，我们改用一种高效率的光化学二极管驱动人工光合作用体系，就可以7×24小时不间断地工作。”
既然是模仿植物的光合作用，模仿本身也可以创新。据介绍，这一创新设计使得阴极和阳极产物的法拉第效率达到约80%（注：法拉第效率主要用于评估催化剂或电极在光电催化反应中的性能）。该研究数月前发表在国际学术期刊《自然-催化》上。
近些年，杨培东团队一直深耕二氧化碳转化领域，比如让二氧化碳高效变成“汽油和糖”，“我们致力于用光电催化二氧化碳，来做人类生存所需的一切化学品。”
【科研要有辨识度】
正如麦克阿瑟天才奖专门奖励“非凡的创造力”，已过“知天命”年纪的杨培东依然保持着不竭的创造力。
做科研要有辨识度，这是杨培东一直以来的主张，“要让别人在短时间想起你做了什么工作。”
在哈佛大学攻读博士学位时，大家都在研究碳纳米管，他却另辟蹊径选择了半导体纳米导线这个方向，研制出世界上第一个纳米导线激光器。
科研要有辨识度，首先要有原创的态度，“无时无刻不对所在领域保持敬畏感。”
尽管被同事开玩笑是“拿了证的天才”，他却更相信“天道酬勤”，“工作时间对我来说已不是一个定量的问题。”
【一批年轻人工作出色】
“这几年，中国的化学与材料科学研究进步很大，作出了一些可圈可点的原创工作。”杨培东告诉解放日报·上观新闻记者。
同样是做二氧化碳催化，2021年中国科学家首次在实验室实现了从二氧化碳到淀粉的人工合成，是传统玉米淀粉合成速率的8.5倍。对此，杨培东印象深刻：“这是一个具有革命性的研究。”
他特别提到，中国有一批年轻人工作非常出色，大有可为。比如，这次受邀在世界顶尖科学家论坛“物质科学大会”作主旨报告的 厦门大学化学化工学院教授郑南峰， 去年当选中国科学院院士时年仅46岁，他带领团队突破了一批化学新材料关键核心技术。
麦克阿瑟天才奖的华人获奖者
获得该奖项的杰出华人天才包括：徐冰1999年获得美国文化界最高奖：麦克·阿瑟奖（MAC ARTHUR AWARD），是第一位获得该奖的华人。 徐冰（1955-）祖籍浙江温岭，生于重庆。 1977年考入中央美术学院版画系，1981年毕业留校任教，1987年获中央美术学院硕士学位。 1990年接受美国威斯康辛大学的邀请，做为荣誉艺术家移居美国。 2008年回国，现为中央美术学院副院长、教授、博士生导师，中国最著名的当代艺术家。 在自20世纪八十年代末开始创作的成名作《天书》系列中，他亲自设计刻印数千个“新汉 字”，以图象性、符号性等议丛坦题深刻探讨中国文化的本质和思维方式，成为中国当代艺术史上的经典。 九十年代移居美国后陆续创作《新英文书法》、《鬼打墙》、《地书》等。 此外，本世纪以来徐冰的创作面向更为丰富，特别是其日益关注的艺术介入社会的题材，《烟草计划》、《木林 森》、《凤凰》等均是颇具深度的代表作品。 鉴于在当代艺术领域的杰出贡献，1999年他荣膺美国文化界最高奖“麦克·阿瑟天才奖”； 庄小威2003年获得麦克阿瑟基金会天才奖的庄小威，是该基金会史上颁发的第一名华裔女科学家。 34岁成为哈佛大学化学和物理系的双聘教授。 庄小威利用改进的荧光光谱技术来研究单个分子，从而揭示复杂的生物过程。 2003年，她正利用这种方法研究流感和艾滋病病毒如何侵入宿主细胞，这有助于研发治疗病毒性疾病的方法。 陶哲轩2006年麦克阿瑟基金天才奖唯一一名获奖华人是天才数学家陶哲轩是唯一获奖的华裔。 这是陶哲轩在一个月内获得的第二个大奖，他在8月22日举行的第25届国际数学家大会上，获得了数学界的最高荣誉──菲尔兹奖 (俗称数学诺贝尔奖)。 麦克阿瑟基金会(The John D. and Catherine T. MacArthur Foundation)的称赞陶哲轩的研究涉及多个领域，如：调和分析、偏微分方、组合数学和数论，并为多个数学界长久以来的推测(conjecture)提供了证明，他的研究也为许多领域开创了新的思维，对这些领域未来的发展有重大影响。 何琳生物学家何琳何琳是2009年度二十四位获奖者中的唯一华裔。 1997年从清华大学毕业，2003年在斯坦福大学获得博士学位，现任加州大学伯克利分校分子和细胞学助理教授。 何琳关于研究微小核糖核酸分子在癌症形成和治疗中的作用而获得奖金。 沈伟于2007荣获美国“麦克阿瑟奖天才奖”的纽约美籍华人编舞家沈伟，出身于中国湖南，5岁学中国画，9岁在湖南省艺校学习中国传统戏曲，毕业后任湖南省湘剧院演员，后又学舞蹈，成为广东现代舞团舞蹈演员及编舞。 多才多艺兼善绘画，曾在2008北京奥运会开幕式上以中国传统水墨、结合现代舞姿打动全世中行界。 萧强2001年得奖，现为加州大学柏克莱分校信息学院专聘教授。 张益唐2014年获奖 。 主要贡献在于2013年4月17日向《数学年刊》（Annals of Mathematics）投稿证明存在无穷多对素数相差都小于7000万的论文《Bounded gaps between primes》。 同年5月21日，该篇论文被数学年刊接受。 杨培东2015年获奖。 杨培东是国际顶尖的纳米材料学家，美国艺术与科学院院士。 他1988年从木渎中学毕业后考入中国科学技术大学应用化学系，1999年至今，先后任美国加州大学伯克利分校化学系助理教授、副教授、教授。 2012年4月18日，他当选美国艺术与科学院院士。 2014年4月17日，杨培东团队渗培桐在人工光合作用方面取得划时代的科研成果，有望解决由二氧化碳引起的全球气候变暖这一科学难题。
“人工光合作用”会是解决气候问题的救星吗？
又逢世界地球日，中国科学院副院长丁仲礼曾说，地球不需要被拯救，需要被拯救的是人类自己。
在过去的一年里，加州超大山火、北极海冰缩减至 历史 记录第二低值、海洋热量创纪录等，影响了无数人的生活。 二氧化碳等温室气体排放量激增导致的气候变化是人类面临的全球性问题。
一般情况下，太阳能可以通过太阳能电池转化成电能，但要在常见的太瓦级（10的12次方瓦特）电能需求层面上解决能源转化与存储问题非常困难。 因此，科学家们提出了一种将太阳能转化为高密度化学能的思路，即人工光合作用。
一叶一乾坤，科学家们从植物的光合作用中得到灵感，近百年来不断 探索 如何实现人工光合作用，希望利用阳光，将水及二氧化碳转化为碳化合物与氧气，即把光能转化为化学能，储存在化合物中。 麦克阿瑟天才奖得主、美国科学院院士、世界顶尖科学家协会（WLA）会员杨培东教授 也是其前逗中之一。
杨培东教授把他研发的人工光合作用装置称为“液体阳光”，以半导体光学二极管为基础，构建纳米“森林”，捕捉太阳光并利用空气中的二氧化碳合成有用的化学制品（包括化学燃料、药品，以及人类生存所需要的高分子材料）。 此举不仅能够实现碳的0排放，还能直接降低大气中的二氧化碳含量。 这项发明让杨培东教授获得了2020年全球能源奖的“非常规能源类”奖项。
植物光合作用的全反应分为两个过程，即需要阳光参与的“光反应”与不需要阳光参与的卡尔文固碳循环反应。 在人工光合作用中，需要找到合适的催化剂才能实现两个反应。 同时，高比表面积（指单位重量的物体的表面积大小，比表面积越大，物体细度越细）的装置也将增加太阳能转化的效率。
杨培东教授的研究团队在半导体硅的纳米导线阵列（高比表面积）中布置了两类催化剂，即光反应需要的水氧化催化剂与固碳所需要的二氧化碳还原催化剂，在半导体吸收光能后，整个系统能通过导线表面的催化剂实现光合作用的全反应。 团队在2014年就通过人慧手卖工光合作用成功生成了醋酸。 醋酸是简单而重要的化学中间体，可利用工业技术转化成其它各类化学制品，例如汽油、前体药品等。
杨培东教授认为，薯渗人工光合作用是一个相对来说比较好的、终极的碳平衡方案，同时能够解决能源问题，包括二氧化碳排放的环境问题。
在一步步的改进工作后，目前，研究团队的人工光合作用太阳能转化效率比可达8%-10%，比自然界高出16-20倍。 团队仍在继续改进催化剂以及二氧化碳还原环境（如高碱浓度体系），以进一步提升转化效率。 随着这项釜底抽薪式碳中和技术的发展，未来阳光和水将成为清洁能源的来源，唯一副产物是氧气。
此外，这项研究还有更加深远的拓展和应用，如“人工固氮”和火星大气改造计划（火星大气96%为二氧化碳）。
诺贝尔奖预测：谁将成为下一个科学巨匠？
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