化学反应机理领域的“排头兵”——记国家“青年千人计划”入选者、浙江大学化学系研究员洪鑫

文/徐强

化学反应机理领域的“排头兵”——记国家“青年千人计划”入选者、浙江大学化学系研究员洪鑫

文/徐强

化学是自然科学的一种，是一门历史悠久而又富有活力的学科，是人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段之一。化学知识的形成、化学体系的发展经历了漫长而曲折的道路，它伴随着人类社会的进步，促进生产力的发展，推动历史的前进，从钻木取火的原始社会到使用各种人造物质的现代社会，人类都在享用化学的成果，化学领的域成就是社会文明的重要标志。化学反应机理是化学中用来描述某一化学变化所经由的全部基元反应，是理解和设计反应的基础，是创造新的化学转化和高效催化剂的前提，已经成为目前化学研究领域的新兴热点。

“有田不耕仓禀虚，有书不读子孙愚；宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来”。本文的主角——洪鑫博士，是化学反应机理研究领域的杰出代表，长期致力于该领域的研究，取得了一系列的原创性成果，逐渐成长为该领域的“排头兵”。

少年立志，一路花开

《礼记》有云：“博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之”。志存高远，始于足下，洪鑫博士与化学的深厚缘分始于少年时代，小小年纪便展现出过人的化学天赋，2006年被保送进入中国科技大学化学系攻读学士学位，对有机化学反应的机理和控制因素有了初步的认识并产生了浓厚的兴趣；2010年赴美国加州大学洛杉矶分校攻读博士学位，师从于美国科学院院士Kendall N. Houk教授；2014年毕业后在Kendall N. Houk院士课题组继续开展博士后研究工作；2015年于斯坦福大学美国工程院外籍院士Jens K. Nørskov教授课题组从事博士后研究工作。2016年洪鑫博士载誉回国，担任浙江大学化学系特聘研究员，从事化学反应机理认识方面的研究工作。

洪鑫研究员（左一）与导师合影

“苟日新，日日新，又日新”。生活从不眷顾因循守旧、满足现状的人，从不等待不思进取、坐享其成的人，而是将更多机遇留给善于实践和勇于创新的人们。在求学路上孜孜不倦的洪鑫博士硕果累累，在博士学习期间和科研工作中受到了各方面的高度认可，被UCLA授予了Christopher Foote Fellowship等诸多奖励，破格于四年提前博士毕业并被授予全院唯一的Saul and Sylvia Winstein Dissertation Award；同时作为UCLA化学系的两名代表之一受美国化学会有机分会邀请参加了在Irvine 举办的Graduate Research Symposium并做大会报告。

三味甘香, 不负韶华

“古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚忍不拔之志”。留学期间，年轻的洪鑫博士秉承“非学无以广才，非志无以成学”的理念，坚持贵在勤奋、贵在钻研、贵在有恒，取得了一系列创新性的研究成果。

一是过渡金属催化的环加成反应中机理和选择性的研究。由过渡金属催化的不饱和底物参与的环加成反应是如今有机合成中构建环状骨架的重要手段。尽管这一系列反应在有机合成中有着非常重要的应用，过渡金属对于不饱和底物的活化机制以及有机金属中间体实现成环的机理还有很多未解问题。洪鑫博士及其团队通过计算化学手段，与国际知名的实验课题组开展了一系列紧密合作，从分子层面上揭示了系列环加成反应的反应机理，基于机理归纳总结出了很多控制相关反应活性和选择性的关键因素。相关工作被国际著名学术期刊J. Am. Chem. Soc. Spotlights作为热点报道。

二是(3++2)环加成反应在催化反应中的机理和选择性的研究。阳离子的三原子4π组分参与的(3++2)环加成反应早在上个世纪70年代就有报道，但在随后的几十年中人们并没有认识到其在催化反应中会有应用。洪鑫博士及其团队通过密度泛函计算的研究，发现了(3++2)环加成反应在一系列催化反应中都有着重要的意义，为相关三原子4π组分参与的催化反应提供了重要的机理模型，并为相应的活性和选择性的理解提供了基础。

三是镍催化C-O键活化中机理和选择性的研究。洪鑫博士及其团队通过密度泛函计算，发现了在不同膦配体作用下C-O键活化的五元环和三元环过渡态的关键性变化，利用“形变能-作用能”模型揭示了这一变化的成因，解释了不同膦配体对C-O键活化化学选择性的控制，对进一步开发高效，高选择性的惰性化学键的官能团化提供了指导作用。在C-O键活化的理论研究的基础之上，与UCLA的Garg课题组合作通过计算成功预测了镍催化的酯与酰胺之间的可逆转化，这是有机化学里首次实现了对于酰胺这一类惰性化合物的催化转化，填补了一大空白。相关研究成果发表在Nature等顶级学术期刊，并被Angew. Chem. Int. Ed. Highlights, Nature Chemistry, C&EN News作为热点报道。

四是二硫化钼催化的二氧化碳电还原反应中机理和活性的研究。在均相催化以外，洪鑫博士对二硫化钼及其衍生物这类新型材料作为二氧化碳电还原催化剂的机理和活性也做了深入研究，发现了二硫化钼的二维反应位点对于还原机理的重大影响，实现了突破传统过渡金属催化活性的可能。在机理工作的基础之上，发现了活性位点上过渡金属的掺杂对于反应活性的重要影响，并从分子层面对这一影响做了定量的解释，为进一步的开发和设计二氧化碳还原催化剂提供了重要的帮助。

破茧成蝶，华丽蜕变

“德者，本也。”蔡元培先生曾说：“若无德，则虽体魄智力发达，适足助其为恶。”圆满完成学业后，2016年洪鑫博士回国发展，受聘于浙江大学化学系任特聘研究员职务，开启了他“博观而约取,厚积而薄发”的新征途，凭借着浑厚的专业背景和知识积累，洪鑫博士以一名海归教师的国际视野、国际思维将自己在海外求学期间积累的专业前沿知识和“天下难事，必作于易；天下大事，必作于细”砥砺勤勉的科研作风教授给“恰同学少年，风华正茂”的莘莘学子们，在均相催化的选键活化反应的机理及催化剂设计和异相催化的二氧化碳还原反应的机理和新材料设计研究领域开辟着新的征途和战场，以期深入地研究一系列选键活化反应中机理和活性选择性的控制因素，促进和开发一系列新型选键活化反应的发展；寻求催化剂化学组分对于催化效率影响的普遍规律，为进一步的改进和设计这一类重要化学转化的催化剂提供理论的帮助，将相关的化学催化过程推到新的高度。

孔子有曰：“仁者不忧，智者不惑，勇者不惧”，年轻的化学学科带头人将每一次任务都视为一个新的开始，一段新的经历，一扇通往成功的机会之门，在浙江大学化学系的科技殿堂上挥洒着青春的汗水与荣光。梦在前方，路在脚下，自强者胜，自胜者强。