雷惊雷,彭浩南,高飞雪
优秀青年科学基金项目(以下简称“优青”)是国家自然科学基金委员会(以下简称“基金委”)人才项目系列中的一个重要项目类型,是国家创新驱动人才战略的具体体现,也是基金委在国际评估基础上完善人才项目计划的具体实施策略,它有效地衔接了青年科学基金项目和国家杰出青年科学基金项目(以下简称“杰青”),加速并改善了人才培养进程和模式。该类项目的定位是“支持在基础研究方面已取得较好成绩的青年学者开展创新研究,促进青年科学技术人才快速成长,培养一批有望进入世界科技前沿的优秀青年骨干”1。
截止到2017年8月,化学科学三处主要受理和资助物理化学和理论化学领域的优青项目,现将2012-2017年6年间化学科学三处优青项目的申请和资助情况总结如下。
表1列出了2012-2017年间每年的优青项目受理和资助情况。六年间共受理581项,资助63项。每年的资助指标是基金委计划局和学部根据往年和当年的学科申请量及其相应所占总体的比例,按照一定的算法分配的。从表中可以看出,虽然申请项目数量逐年增多,但由于本学科优青的申请数增量还是低于全委总体增量,所以资助名额相对不变或略有下调。
表1 2012-2017年度优秀青年科学基金项目受理和资助情况
根据基金委的资助政策,适当考虑女性年轻科研人员的特点,确定男性资助年龄为申请当年1月1日不满38周岁,女性不满40周岁。图1展示了本学科优青项目获得者资助当年的年龄分布。从图中可以看出,男性优青项目获得者的年龄在31-38岁之间,平均年龄为35.34岁;女性优青项目获得者的年龄在32-40岁之间,平均年龄为36.21岁。在总共资助的63名青年学者中,女性学者14名,占22%。
表2列出了本学科各申请代码下项目的资助情况。
(1) 从各申请代码下资助的项目数看,各研究领域优秀青年人才的分布不同,这也从一个侧面反映了当前受资助领域青年人的活跃程度。例如,结构化学(B0301)、催化和固体与表面物理化学(B0303、B0313)、理论和计算化学(B0302)、化学动力学(B0304)、胶体与界面化学(B0305)等方向申请并获得资助的青年学者比较多,这些领域也是物理化学学科近年来活跃且取得较大进展的领域。遗憾的是电化学(B0306)领域,这个研究队伍庞大且具有很强应用背景的研究方向,在本学科优秀青年人才资助中脱颖而出的不多。
图1 优青基金获得者的年龄分布
(2) 结构化学(B0301)研究领域涉及面比较广,已经不是传统结构化学所包含的研究内容。获得资助的17项优青项目占全部63项资助项目的27%,这17个项目研究内容主要集中在光谱与波谱学(B030105)、纳米结构与探测技术(B030106)这2个方向,各资助了5项和11项。由此可见,谱学与表征方法是物化专家重视的研究领域,也是物理化学发展的支撑和动力,是鼓励青年学者潜心钻研和攻关的方向。
另外,从获资助人员的依托单位的地域分布来看,大部分获得资助人员集中于东南沿海等发达地区,尤其是北京、上海两地(分别有24名、9名人员获得资助);西部仅有 2名(都来自中国科学院兰州物理化学研究所)获得资助。
在优青项目的资助下,青年学者们的研究工作取得了许多突出的进展。由于篇幅所限,这里我们仅选取了部分资助成果进行介绍。
狄拉克材料是具有狄拉克锥形能带结构的低维量子功能材料,因其独特的结构和物性、丰富的科学内涵及广阔的光电器件应用前景,已经成为了国际前沿科学研究的焦点。在获得优秀青年基金资助之后,彭海琳教授重点开展了二维狄拉克材料的宏量可控制备方法、界面结构精细控制、界面工程及其光电性能调控等方面的研究2-7;率先实现了石墨烯的非对称双面化学修饰8;率先实现了拓扑绝缘体纳米结构在柔性透明导电薄膜中的应用,发现拓扑绝缘体导电薄膜具有宽波长范围的透光性、高导电性、优异的抗扰动能力和出色的柔性9。
表2 2012-2017年度获资助的优秀青年科学基金项目按申请代码分类
针对制氢过程、合成气转化和贵金属催化剂替代中的关键科学问题,马丁教授运用“催化剂结构可控合成-催化反应化学-反应过程催化剂结构和表面物种原位表征-理论计算反应机理”的研究策略,研究工作取得了一系列创新性成果10-16。水煤气变换反应(CO + H2O = CO2+ H2)是化石能源和生物质制氢以及氢气纯化的重要反应,可用于低温工业产氢。马丁教授及其合作者利用过渡金属碳化物热稳定性好且与被分散金属有较强相互作用的特点,构建了双功能碳化物负载金催化剂Au/α-MoC,该催化剂可在大幅降低反应温度的同时,将反应活性较文献报道提升一个数量级以上且使CO转化率超过95%,从而有效解决水煤气变换反应低温条件下高反应转化率与高反应速率不能兼得的难题10。水和甲醇的液相重整反应是另一个可以利用的大规模产氢反应。马丁教授及其合作者利用原子级高度分散的Pt中心和碳化钼基底之间的协同作用,在两者界面实现对反应中间体的高效活化,从而使得整个催化剂在甲醇和水液相反应中表现出超高的产氢活性,在一定条件下可比传统铂基催化剂活性提升近两个数量级11。
傅强研究组构建了具有反转界面结构的“氧化物/金属”模型催化剂和担载纳米催化剂(不同于普通多相催化剂中广泛采用的“金属/氧化物”结构),利用界面稳定亚稳态的氧化物纳米结构,形成高密度的配位不饱和金属活性位点,实现了高效低温催化氧化反应17,18;将石墨烯、六方氮化硼(h-BN)等二维原子晶体覆盖于纳米金属催化剂表面形成具有核壳纳米结构的催化剂,这类催化剂的二维材料“壳”与金属“核”表面形成的界面可作为二维纳米反应器,壳层对金属表面上的势能分布的改变会影响反应分子的吸附,且壳核之间的范德华作用会导致限域微环境中的吸附分子更容易失稳,从而提高催化反应活性且增加了催化剂稳定性19-21。
二维纳米电子器件的性能及其与大脑的信号转换界面研究一直是重要的研究方向。方英研究员发展了全碳纳米晶体管器件的化学合成方法,并构建了具有优越电学及力学性能的褶皱全碳神经电极,大大提高了大脑电活动检测的空间分辨率22-24;她发展了可注射式超薄网格状柔性电子器件,其力学强度与脑组织相匹配,从而大幅度降低了对脑组织的机械损伤及界面炎症反应,并实现了对小鼠大脑电活动的长期稳定记录25。上述工作揭示了纳米生物界面的物理化学作用及信号转换机制,开拓了基于二维纳米电子器件的新型神经信息分析技术,也为系统开展柔性二维纳米器件及纳米生物界面的研究奠定了基础,对于深入理解大脑的工作机制及研发神经修复技术具有重要的意义。
催化化学的研究和发展越来越多地要借助于理论化学的指导和预测,这对于深刻理解催化反应机理并设计构筑新催化剂及其体系具有重要作用。龚学庆教授借助密度泛函理论(DFT)计算,开展了大量富有特色、卓有成效的研究工作26-30。氧空穴是稀土氧化物最常见的缺陷,是其催化作用的关键。一般的理论计算无法解释实验学家观测到的高还原的CeO2(111)表面的氧缺陷有聚集倾向、并且主要以直线形和三角形构型为主的实验结果。针对氧化物表面结构以及吸附、迁移过程的热力学和动力学理论等多相催化反应和催化材料表面科学中的重要科学问题,围绕稀土元素催化作用本质,龚学庆教授团队认为是材料中难以去除的羟基诱导了氧缺陷的聚集,能量上最优及次优的聚集形式恰好对应于直线形及三角形。这项工作不仅化解了二氧化铈表面氧缺陷结构数十年来的争论,并且更加规范了缺陷模型,还有助于研究其它可还原性金属氧化物的缺陷结构及其物化性质26。
从上述已获资助人员的研究进展介绍可以看出,优青项目已经发挥出其预期的作用,产出了许多有创新特色和国际影响的工作成果,成为激励年轻人大胆探索敢于创新的催化剂,是年轻人科研成长道路上的“千斤顶”。优青项目资助工作实施6年来,无论从申请还是遴选资助,都呈现了如下发展趋势:
(1) 优秀青年学者队伍越来越壮大,研究成果的显示度越来越高,他们的研究工作越来越得到同行们的肯定和重视。
(2) 评审中专家从对优秀青年人才的创新潜力的判断,逐渐向青年人才工作的独立创新工作转移。
(3) 化学科学部在遴选答辩人过程中,在同等评议结果情况下,还会综合考虑研究方向、工作的独立性和创新性、依托单位和地域分布等因素。年轻人在自己的领域做出创新性强、富有特色的研究工作是获得资助的首要条件。
从近几年的申请和评议情况看,青年人才研究工作的独立性、系统性和深入性尚需加强。这一方面需要相关科研团队和依托单位为青年人营造独立创新工作的环境和机制;另一方面,青年人才的研究工作,也要从注重发表高质量的文章转为更加注重解决重要科学问题和解决问题的独特思路,提高自己敏锐的科学洞察力,不断提高自己的科学素养和品位。
同时,我们鼓励更多的年轻人积极申请项目,以便更多地得到专家的人才评议意见,并更好地开展科研工作。我们也鼓励并注重西部人才的资助和培养。科研无地域和国界,建议立志于在西部发展的年轻人,身在西部但科研思想要活跃,力争做出有特色和创新性的工作。
另外,要顺利获得优青项目资助,在准备申请材料的过程中,申请者还要注意以下几个方面:
(1) 注重科学问题的凝炼和提升。以要解决的关键科学问题为切入点,阐述自己研究工作的创新思路和解决问题的有效途径,研究内容之间应以递进式深入的科学问题为纽带,要有逻辑性和系统性,而不是对自己工作的简单罗列和泛泛描述。另外需要说明自己取得的创新性成果在本领域的价值和贡献所在。
(2) 严格按照申请书的每一部分要求认真填写,避免不必要的疏漏造成的初筛。初筛工作是项目受理过程中必不可少的一个环节,要求十分严格。申请者不能用以往填写申请书的习惯来填写每年可能更新要求的项目申请书。例如,申请者必须完整填写教育经历和科研经历,特别是研究生和博士后研究期间的单位、导师名字等信息,否则必定不能进入答辩环节。
(3) 申请者应注意申请书的规范性。目前包括优青项目在内的许多类型的项目实行了网上在线填报申请书,需要申请者打印出正式版、亲笔签字后加盖依托单位公章。如果上述环节出现问题则申请不会被受理。今年化学科学三处有2项优青项目申请书就是因为没有提交正式版纸质申请书而被初筛掉。
(4) 加强科研诚信意识。诚信是对科研工作者的基本要求。在基金申报过程中,诚信主要体现在准确完整提供各种信息(如个人经历和科研成果)。近年来基金委加强了对申请者科研诚信的考察,特别对于杰青、优青项目等关注度大的项目严格进行代表作信息核准。对那些不准确填写个人经历和代表作信息的申请书实行“一票否决”,例如:代表作中不标注或不准确标注通讯作者、共同第一作者的申请者,不论其函评成绩如何,都不能进入答辩环节。今年化学科学三处就有多位候选人因为标注问题被取消了答辩资格。在科研诚信方面还需要申请者注意甄别、区分自己在团队中的贡献。少部分申请者讲述的是团队的科研业绩,个人在其中的作用、对整体的贡献叙述并不明确,这样的申请书很难得到评审专家的认可。
附:优秀青年基金获资助项目清单见补充材料
http://www.whxb.pku.edu.cn.
(1) National Natural Science Foundation of China. National Natural Science Fund Guide to Programs 2017; Science Press: Beijing, 2017;p. 148. [国家自然科学基金委员会. 2017年度国家自然科学基金项目指南; 北京: 科学出版社, 2017: 148.]
(2) Lin, M.; Wu, D.; Zhou, Y.; Huang, W.; Jiang, W.; Zheng, W.; Zhao, S.;Jin, C.; Guo, Y.; Peng, H.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 13274.doi: 10.1021/ja406351u
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(4) Wu, D.; Yan, K.; Zhou, Y.; Wang, H.; Lin, L.; Peng, H.; Liu, Z. J. Am.Chem. Soc. 2013, 135, 10926. doi: 10.1021/ja404890n
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(8) Zhang, L.; Yu, J.; Yang, M.; Xie, Q.; Peng, H.; Liu, Z. Nat. Commun.2013, 4, 1443. doi: 10.1038/ncomms 2464
(9) Guo, Y.; Aisijiang, M.; Zhang, K.; Jiang, W.; Chen, Y.; Zheng, W.;Song, Z.; Cao, J.; Liu, Z.; Peng, H. Adv. Mater. 2013, 25, 5959.doi: 10.1002/adma. 201302661
(10) Yao, S.; Zhang, X.; Zhou, W.; Gao, R.; Xu, W.; Ye, Y.; Lin, L.; Wen,X.; Liu, P.; Chen, B.; et al. Science 2017, 357 (6349), 389.doi: 10.1126/science.aah4321
(11) Lin, L.; Zhou, W.; Gao, R.; Yao, S.; Zhang, X.; Xu, W.; Zheng, S.;Jiang, Z.; Yu, Q.; Li, Y.; et al. Nature 2017, 544 (7648), 80.doi: 10.1038/nature21672
(12) Zhai, P.; Xu, C.; Gao, R.; Liu, X.; Li, M.; Li, W., Fu, X.; Jia, C.; Xie,J.; Zhao, M.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 9902.doi: 10.1002/anie.201603556
(13) Li, J.; Liu, L.; Liu, Y.; Li, M.; Zhu, Y.; Liu, H.; Kou, Y.; Zhang, J.;Han, Y.; Ma, D. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 393.doi: 10.1039/C3EE41945B
(14) Yang, J.; Sun, G.; Gao, Y.; Zhao, H.; Tang, P.; Tan, J.; Lu, A.; Ma, D.Energy Environ. Sci. 2013, 6, 793. doi: 10.1039/ C3EE23623D
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(17) Fu, Q.; Yang, F.; Bao, X. Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1692.doi: 10.1021/ar300249b
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(19) Fu, Q.; Bao, X. Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 1842.doi: 10.1039/c6cs00424e
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(30) Xiong, F.; Yu, Y.; Wu, Z.; Sun, G.; Ding, L.; Jin, Y.; Gong, X.;Huang, W. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 623.doi: 10.1002/anie.201509021