不想再做“有套路”的研究

刘如楠

近日，美国密歇根大学博士后周鹏以第一作者身份，收获了人生中的第一篇《自然》论文。刚步入35岁的他，给自己送了一份新年大礼。

周鹏等人在论文中描述了他们开发的一种新型太阳光解水制氢的路径，可将水转化为氢气和氧气的效率提高到9%，是同类其他光解水制氢路径的近10倍。同时该方法成本低廉，根据理论推测，制备1公斤的氢气只需1美元。

这项成果的发表，让周鹏坚定了自己的科研方向。“太阳能制氢将是新能源研究领域的未来。我期待学成归国，继续开展相关研究。”他说。

师弟“点穴”让研究柳暗花明

一天，周鹏照例在密歇根大学和北京大学的师弟在线上讨论课题。周鹏从北大博士后出站已有半年时间，此前未完成的课题仍需师弟推进，所以他们时不时要开会讨论。

讨论围绕光催化的反应系统展开。通常大家认为，光催化反应较为温和，在室温下即可发生，这是其最大的优势，因此几乎所有光催化反应器都会设置冷却水对反应进行降温，但这又会增加反应器的设计难度。

“为什么非要那么复杂？太阳光中本来就包含可以制热的红外光，它本身就可以促进反应，不进行冷却，就让它们在高温下反应不行吗？”师弟随口说道。

瞬间，周鹏像被“点了穴”，他的思绪一下子飞到了目前在做的课题上。“太阳光本身就会产生热量，合理利用这些热量进行光热协同催化，或许能提升反应效率。”

而师弟看似无心的一句反问，恰似一个惊雷。周鹏一直在催化剂结构上打转，忽略了催化剂反应环境对性能的影响。

“恰恰是光催化反应在室温下发生的优势，让我们忽视了它在高温下反应的效率问题。”周鹏告诉笔者。

随后，周鹏等采取了两种策略为光催化制氢“提质增效”。一是控温。“早年间人们用废报纸糊墙保暖，我们在实验中将废报纸糊在反应器上，使其成为一个保温桶。”周鹏说。二是增强光和热。他们通过棱镜装置将太阳光增强至160倍，保证反应过程中的高光强和高热量。

而提高光催化反应温度的研究之所以少有人做，这和常规催化剂材料难以耐受高温有关。周鹏所在的课题组曾于2014年开发出半导体材料氮化铟镓（InCaN），其最高能够经受800摄氏度的高温。这一新材料之前大多被用在LED显示器等的研发中，而周鹏将其应用到了化学反应中，得到了意想不到的效果。

用真诚战胜质疑

2021年1月19日，怀着忐忑的心情，周鹏点击了上传按钮，将文稿投给了《自然》。

经过3个月的第一轮审稿，周鹏收到了编辑的拒稿消息。他反复推敲审稿意见，发现是审稿人误解了材料的反应类型，认为材料性能在领域内不占优势。

周鹏写了长长的解释信件，并补充了一系列数据，一一解答了审稿人的疑惑，并表达了他们对拒稿结果的异议。

就这样，经过了两轮的补充和解释后，他们以为打消了编辑和审稿人的顾虑，但又出了意外，几个月过去，那边音信全无。

“后来我们才知道，原来是编辑联系不上其中一位审稿人了。”周鹏说，编辑只好另外找了两个人，对失联审稿人的意见进行仲裁，并提出新的审稿意见。

周鹏刚刚放下的心一下又悬了起来，“按常规只需要一位仲裁人，这次一下子来了两位，他们都有一票否决权”。

好在两位仲裁者认为，周鹏等人已经解决了此前提出的大部分问题，且此前的部分审稿意见并不完全适用于这项研究。同时他们重新提出了一些问题。就这样，又进行了一轮修改调整，这篇论文终于被接收。

“在整个审稿过程中，我们遵循实事求是的原则，目前没有解决的问题、研究中需要完善的地方，如氢氧分离问题，我们都大大方方地承认并阐明研究的主要目的。后来想想，或许正是我们的真诚打动了仲裁人和编辑。”周鹏说。

送给自己35岁最好的礼物

2023年，周鹏跨入了35岁的门槛，这篇《自然》论文的发表，是他送给自己35岁最好的礼物。

“我希望能做点与以往不一样的研究。当我不再需要用论文篇数来证明自己的时候，就想专注于耗时更长、更困难的问题，即光催化反应环境和反应系统的创新。”他说。因此，即便是赶上新冠疫情，实验断断续续，或者是多轮的审稿和修改，周鹏都能坦然面对。

最终，他们利用完全清洁的太阳能作为能量来源，将水转化为氢气和氧气的效率提高到9%，是同类光解水制氢实验的近10倍。同时成本低廉，按照一些理论研究的推测，光催化全解水制备1公斤的氢气只需1美元。

然而，这对于实际应用来说还远远不够。只有达到99.999%纯度的氢气，才能被直接应用在燃料电池上，而目前光催化全解水得到的只是氫氧混合物，纯度还不够。

“我们希望研究出新的制备方法，直接通过光催化水分解制备出高纯度的氢燃料。”周鹏说，“我的理想是，像电催化、热催化那样，光催化制氢也能在工业车间大规模应用。”

对于有些人来说，35岁可能是职业的门槛。而对周鹏来说，35岁是他顺从内心做科研的重要转折。他的科研之路，才刚刚开始。