“执着”连通纳米材料与现实世界——记南方科技大学化学系黄立民教授

本刊记者 王 军

“执着”连通纳米材料与现实世界
——记南方科技大学化学系黄立民教授

本刊记者 王 军

上个世纪，钱学森院士曾经预言：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。”时光荏苒，在21世纪的今天，纳米技术基础理论研究和新材料开发等应用研究都得到了快速的发展，其产业化的进程也正如火如荼。

在中国，很多科学家在纳米材料领域做出了卓越的成绩，南方科技大学化学系黄立民教授就是他们中的一员，他拥有超过十五年关于纳米材料合成，表征和应用的研究经验，他在软模板技术与纳米晶体自组装，纳米多孔材料，单壁碳纳米管的定向生长、表征及其应用和可打印的钙钛矿纳米氧化物晶体等多个纳米研究领域作出了大量创新性的工作。

在神秘的纳米材料世界里，黄立民以他对纳米材料研究的执着追求连通起纳米材料与现实世界。

决意回国 白手起家

要不是一次演讲，黄立民如今应该依然在美国安居乐业。

一次偶然的机会，黄立民在哥伦比亚大学遇到了朱清时，这位中国科学院院士，原中国科学技术大学校长正在进行一场关于创建南方科技大学（以下简称：南科大）的演讲。朱清时那番“改革，是南科大之魂，要办出一所不一样的大学”的话语令黄立民心底那份创业的想法再次掀起波澜。

一番联络之后，黄立民满怀热情的投入到了这场中国高等教育的改革当中，从此，“建设南科大”成了他的关键词。

2012年，黄立民初到南科大，当时全校仅有两栋办公楼，根本不可能有独立的办公室和属于自己的实验室。“也许我跟南科大有缘，我刚来不久，南科大就‘去筹’成功，拿到教育部‘准生证’的时候，恰好是我生日前夕。”

作为一所国内初创高校，教学和招生是不可回避的难题。对于工作，黄立民怀着极大的热情，义不容辞地承担了化学系“物理化学”的全英文教学、编写教学大纲和培养方案的工作。除此之外，他还连续3年担任湖北省招生组组长，3年间他几乎走遍了整个湖北的重点中学。

除了招生，实验的建设也离不开黄立民的亲力亲为。从图纸设计、施工，到通风厨的安装，事无巨细，他都全程参与。他把自己完全了投入了工作中，体验着这份创业的艰辛与喜悦。

辛苦的付出必然会换来满意的回报。经过两年的奋斗，南方科技大学已经改头换面，随着新校区的投入使用，目前，黄立民已经初步建设起了属于自己的科研实验室和研究团队。实验室条件已经初具规模，可以和在美国的实验室条件相媲美，从材料的合成，器件的构建和性能的测试等都基本可以在自己的实验室里完成，学校的公共测试平台也开始着手建立。

最让他感到欣慰的是，在克服了科研上的种种困难后，黄立民的科研团队终于开始在Nature出版社的Scientific Reports上发表文章了。

醉心科研 成果显著

在奇妙的纳米世界里，碳纳米管是最具代表性的材料之一。它以具有独特的结构、优异的性能和广阔的应用前景，成为全世界科学家都在关注和追寻的焦点。

“单壁碳纳米管的定向生长，表征及其在电子学方面的应用”是黄立民的研究课题之一。

在哥伦比亚大学纳米中心工作期间，黄立民与IBM TJ Watson研究中心的科学家合作开发了以金属薄膜和介孔材料为基础的新型催化剂，乙醇为碳源的定向合成独立单壁碳纳米管的化学气相沉积方法，成功地合成出厘米级长度的可定位定向，可自由悬空的独立单壁碳纳米管，这使得哥伦比亚大学纳米中心成为世界上首批掌握该定向合成技术的研究中心，获得了美国科学院院士、国际纳米权威Louis Brus教授的高度赞誉。

在此基础上黄立民通过与布鲁海文国家实验室 (Brookhaven National Lab)合作，成功地实现了用电镜和光谱技术对定向悬空的单根单壁碳纳米管进行原位表征，从而首次将碳纳米管的手性结构、电子学性能与光学性质关联起来看，让世界知晓可定位定向的单壁碳纳米管在构建多功能的纳米/微电子器件方面提供无可比拟的优越性。

“可打印单分散纳米材料的合成、表征，多功能纳米体系的构建, 应用及产品研发”是黄立民的又一研究课题。

在纽约城市大学能源所和南科大工作期间，黄立民与哥伦比亚大学和加州大学伯克利分校的同行们合作从事美国能源部先进能源项目研究机构资助的 “Metacapacitors ”研发项目（1.57百万美元），主要领导其中可打印钙钛矿氧化物纳米晶体的合成，器件制造及介电性能测试的工作。

经过不断的努力，黄立民团队从理论上成功地建立了研究钙钛矿纳米晶体材料介电频率响应的理论模型，实验上首次设计合成了可打印、可聚合的钙钛矿复合氧化物纳米晶体溶液，全面提升纳米介电薄膜的介电性能和机械强度。该项成果为开发可快速打印高介电常数纳米材料薄膜技术及其在LED照明、电容储能、纳米发电和柔性有机电子学等方面的应用，提供了广阔的工业化前景。

进入南方科技大学后，黄立民将研究方向侧重于开发可打印的复合金属氧化物纳米技术，在此基础上开发基于有机-无机强结合的新型多功能纳米体系，并探索其在催化、能源、电子和生物医学诊断方面的应用。

由黄立民课题组开发合成的系列性能可调的稳定的钙钛矿型复合氧化物纳米晶体及其溶液的绿色技术，可应用于大规模的合成。基于这种稳定的溶液，课题组已经着手开发一种可编程控制的打印（包括3D打印）技术，在常温/低温下可以实现高通量地定点沉积纳米功能体系，该技术尤其匹配于在柔性载体上有机电子器件的构建。该复合材料也可用于燃料电池和太阳能转化的电极材料和电催化剂，目标是以其稳定高效及价廉等优异性能取代昂贵的贵金属催化材料，开辟广阔的应用前景。

在推动实验室成果产业化方面，黄立民“有关乙醇为碳源定向合成单壁碳纳米管技术”获得美国专利，并已转让给美国Adesso Biosciences公司，成功地实现了单壁碳纳米管纳米技术用于分子诊断的产业化。目前，他正与纽约城市大学，哥伦比亚大学，普林斯顿大学和加州大学伯克利分校的教授们创立Metacapacitors公司，共同开发可实现高效节能固态照明的新型LED的驱动器。

积极交流 勇于推销

多年的科研工作中，黄立民一向推崇“走出去”的原则，他常常对团队成员说：“要敢于向外界展现自己，努力把自己‘推销出去’。”

黄立民自己就一直勇于“走出去”，当年在复旦大学读博士，一毕业就在国家自然科学基金的资助下去美国巴尔的摩参加了国际分子筛会议和国际介孔材料研讨会，那时候国内出国开会的人还寥寥无几，机会难得，会上，黄立民一次就做了两个口头报告。出国后，他坚持在国际会议上做口头报告。

提到报告经验，黄立民总结道：“作报告就像做推销，从PPT的准备到演讲时的语言、语调、内容的逻辑性和前后关联、甚至时间的控制上都要精心准备，一定要钻研内容，突出要点，才能在短短的15分钟内给大家一个影响深刻且‘跟得上，听得懂’的报告。”

当然报告不仅仅是报告，还是一场交流，用黄立民的话来说，“开会是个交流新思想，结交新朋友，拓展自己社交圈子的好机会，一定要走出去，敢讲多讲，不要怕自己英文不好。自己人扎堆讲中文是最要不得的，因为别人一看你们扎堆讲自己的语言，就不过来跟你交流了，你就丧失了很多走出去和别人交流的机会。当然我自己也有这个惯性，所以时时刻刻提醒自己一定要注意。”

黄立民，南方科技大学化学系教授，树仁书院副院长。1997年获复旦大学理学博士学位；2000～2005年先后在美国加州大学河滨分校和哥伦比亚大学完成博士后研究，之后历任哥伦比亚大学纳米研究中心副研究科学家、布鲁海文国家实验室客座研究人员（兼）和纽约城市大学能源研究所和城市学院化学系的高级研究科学家。主要研究纳米材料及其在能源、电子和生物医学诊断等方面的应用，在国际国内刊物上已发表文章75篇（包括3篇Science），文章已被他人引用3500次以上，h指数为36。参与国际会议交流报告57篇。已获授权或申请美国专利6项，国际专利2项和中国专利2项。获得过美国材料研究学会的最佳墙报奖（2007）和上海市科学技术进步奖一等奖（2005）。他是美国化学学会，美国材料学会和国际分子筛学会的会员。