人物专访:上海科技大学林柏霖研究员
纳米人 纳米人 2018-09-24

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林柏霖,上海科技大学研究员,终身序列助理教授,博导。主要研究方向为CO2减排和利用以及可持续化学两个方面。

2009-04~2013-12,斯坦福大学, 博士后研究员

2003-10~2009-03,加州理工学院,博士

1998-09~2003-07,中国科学技术大学, 学士

 

纳米人:林老师,请您简单介绍一下课题组主要的研究方向和发展情况!

林柏霖老师:我们课题组的主要研究方向包括CO2减排和利用以及可持续化学两个方面。其中CO2的减排和利用包括建立新的减排理论和开发新的化学利用技术两个方向。已经发表的代表性进展包括建立了首个电化学固定CO2的简便定量化理论框架(Joule2018, 2,594-606)和发展出了通过碳碳键的构建实现烯烃和CO2共聚的最高效方法(ACS Marco Letters2017, 6, 1373-1378入选ACS Editors’Choice)。课题组在以CO2为C1来源制备高附加值有机分子、(光)电化学还原CO2制大宗化学品、新型光电材料、新型可再生高分子化学及生物无机化学等方面也取得了一些进展。

 

纳米人:“碳中和”是21世纪的新命题,CO2固定和还原是各国科学家研究的重难点问题。今年您在Joule发表文章,建立了二氧化碳减排新理论,为实现大规模减排提供理论依据。对于CO2的利用探索,请问您有什么心得?

林柏霖老师:我们这篇文章对CO2问题及现有的解决策略做了全面的梳理,在发展这个理论的过程中有几点很深的感触。

 

首先,CO2问题虽然已经引起了全球性的广泛关注和投入,但是相比于这个问题的严重性和紧迫性来讲,这个关注和投入的力度还是太少了。

 

严重到什么程度呢?迄今为止,只有两个全球性的危机获得了诺贝尔得主们的广泛关注和共识,并通《迈瑙宣言》警告全人类。第一次是1955年核战警告,第二次是2015年全球性气候变化警告,签名的诺贝奖得主们一致认为两者对人类都是同一级别的毁灭性危机,并郑重指出了政府间气候变化专门委员会(IPCC)是全球性气候变化的最可靠的信息来源。

 

这个问题又有多紧迫呢?我们的文章对IPCC等权威机构的数据进行了梳理,在一些核心数据之间建立了清晰的逻辑关系,结论是未来20年很有可能是我们通过CO2减排避免全球性气候变化滑入人类不可承受深渊的最后机会了。

 

第二点是衡量任何减排策略时都需要同时考虑减排效率、储藏稳定性和经济成本三个指标,我们文章里用一个黄金三角原则对它们做了一个形象描述。目前由于公众普遍对CO2问题的严重性和紧迫性缺少正确认识,导致CO2的大规模减排片面受制于经济成本而没有在全球范围内被广泛推广,这也使得全球剩余的碳排放额度继续被加速快速消耗,如果没有相关颠覆性事件发生的话,预计未来20年之内就会被消耗光。按照目前的发展趋势,全球有可能很快就要进入不惜经济代价也要大规模减排CO2的时代。

 

第三点是CO2化学固定相比于CO2捕集和封存(CCS)具有更好的储藏稳定性,但是前者作为一种大规模减排策略的潜力被广泛忽略了。IPCC等权威机构给出的减排方案里基本没有CO2化学固定和化学利用的贡献。因此,我个人认为发展和开发出颠覆性的CO2化学固定策略和技术是当前化学工作者能对人类做出的最大贡献。这一策略在减排效率和储藏稳定性的优先级别高过经济成本的情形下,将为实现大规模减排CO2做出巨大贡献。

 

第四点是我们化学工作者可能需要更多地用定量分析代替直觉来做判断。为此,我们在文章里推导了两个很容易理解和记住的简洁公式,以电化学还原固定CO2为例,实现了减排效率的严格定量计算。通过我们的公式和推导出的减排系数,很方便就能得出不同电化学还原固定CO2方案的本征减排效率,可以用于指导具体减排技术路线的设计。

 

此外,我们还意外发现,只要选取减排效率高的电化学还原固定CO2的方案,即使是用化石燃料发的电作为能量来源,也是可以实现高效的CO2减排。根据多方权威机构的预测,化石燃料在未来20年仍将是人类最主要的能量来源。我们的这一发现颠覆了只能用低碳能源驱动电化学还原CO2才能实现高效CO2减排的思维定式,为未来的大规模CO2减排提供了全新的思路。

 

纳米人:您如何看待现在CO2还原制高附加值化学品的各种技术?

林柏霖老师:CO2是地球上储量最丰富的可再生碳资源之一。长远来看,CO2还原制高附加值化学品在能源成本下降到一定水平之后,经济性开始会显露出越来越多的竞争力,因此是化学工业走向可持续发展的一个重要的策略。

 

我课题组这方面也在做很多努力。但是需要指出的是,CO2还原制高附加值化学品和CO2减排是两个不同级别的问题。有专家对现在的化工进行了全面的分析,在可见的未来,即使是在乐观的情形下,化工能消纳的CO2量也只是每年几亿吨级别的,跟每年减排所需的几百亿吨级别差距较大。

 

IPCC等权威机构历年来的总结报告也持类似观点,目前还没把CO2化学利用作为一种可以用于减排的主要手段来考虑。我个人是认为这个对我们化学工作者来讲应该是一个激励,需要我们为人类发展出颠覆性的解决方法。

 

纳米人:我们知道,您的本科阶段是在中科大就读,无论是科研还是人生,您觉得中科大对您影响最大的是什么?有没有一些特别值得您回忆的人和事?

林柏霖老师:有一种说法是国内有很多科技大学,但是只有中国科学技术大学才有“学术“两个字。我就讲讲科大学术上对我的影响吧。

 

我心目中的科大有着当时国内最好的理工本科教育。无论课程学习还是科研实践,都使我终生受益。科大有很多优秀的教学老师,常年专注于教书育人,培养了一代又一代基础宽广扎实的学生。

 

我最早的科研启蒙是来自于大二的《电磁学》课。任课的刘之景老师让学生们自己选题读文献做报告,通过这种当时国内还很少见的课程形式,极大地激发了我对科研的最初始热情。从那以后,我就养成了到图书馆大量翻阅各种影印版学术期刊文献的爱好。

 

通过阅读,我对郭庆祥老师的计算化学工作产生了浓厚的兴趣,在大三的时候就申请加入了郭老师的课题组。郭老师儒雅谦卑,是有仁者之风的师长。我在对未来还是一片迷惘的时候,能遇见郭老师这样的师长是一种莫大的幸运。

 

当时科大还是五年制本科,我因此有了大量的时间可以泡在实验室里,和还在Breslow教授组读博的刘磊教授和留组读博的傅尧教授两位师兄合作,一起做了一系列工作,其中包括发现了到现在还被广泛采用的镍催化偶联反应的机理特征。这个工作也让我对金属有机化学背后清晰的机理逻辑产生了浓厚的兴趣,并驱使着我后来选择了Bercaw教授作为我的博士导师。

 

虽然那个时候科大的科研条件跟发达国家差距巨大,但是大家还是很有干劲地边学习边摸索着怎么做科研,现在回想起来,那种纯粹的状态将是我一生的美好回忆。

 

纳米人:中科大毕业后,您进入加州理工学院攻读博士学位,随后又到斯坦福大学从事博士后研究。就您看来,国内外的科研氛围、习惯有哪些不一样?

林柏霖老师:这些年国内的科研硬件提升很快,很多方面其实已经比加州理工学院和斯坦福大学的要优越了。从各种定量的统计数据来看,国内有些顶尖单位的最新论文发表情况已经超过了我待过的这两个学校。针对这种态势国内已经有不少的分析,比如说买还是自主研发设备以及有关增量和存量的讨论等,这里我就不多说了。具体到科研氛围和习惯上,多样性是这两个学校给我留下最深刻的感觉。

 

一方面是科研方向的多样性。两个学校都在系或者更大的范围内提供了很多让研究生和博士后进行正式或者非正式学术交流的机会,因此我接触了各种大相径庭的科研思想。很多美国本土学生对待科研的态度给我留下了深刻的印象。他们一般会尽力追求以一个完整故事的形式来呈现自己的工作。

 

有不少人哪怕是做着一些冷门、短期内看不到应用希望的课题,讲起自己的工作时也会充满激情和自豪。我曾经一度不是很喜欢这点,认为是美国人过度的自我包装。后来才逐渐意识到,科研有太多未知的未知,只有维持多样性,东方不亮西方亮,才能降低错过重大原创性发现的概率;而美国人的这种文化可以鼓舞暂时弱势者顽强生存下去,有利于科研多样性的维持,为像张益唐这样的人提供坚持下去的土壤。

 

另外一方面是价值评判的多样性。我的博士导师Bercaw教授是一个很典型的例子。老先生很早就评上了美国科学院院士,在茂金属化学、碳氢键活化和分子固氮三个领域都取得了令人仰望的成就,其中第一个成就在工业界有着现象级的影响,第二个成就还让他去年被科睿唯安(ClarivateAnalytics)预测为诺贝尔化学奖的热门获选人之一。他虽然应用上取得了巨大的成就,带学生做科研时却把是否有全新的基元反应当作最高的评价标准。

 

很多年前,著名的BP石油公司连续资助了他十几年共一千多万美元的科研经费来研究甲烷的碳氢键活化,他却在被采访时公开宣称只对其中的基础机理感兴趣。神奇的是,这竟然也没影响到BP的资助力度。Bercaw教授除了一篇受邀的小综述之外,一辈子没在Science和Nature上发表过研究论文。组里的学生毕业时文章也很少,但是在美国无论是学术界还是工业界都很受欢迎。

 

整体上来讲,我感觉美国在基础和应用以及文章的发表等方面的评价上会更多样化一些。比如说斯坦福大学的崔屹教授,也是科大的师兄,在具体了解了我们建立的减排新理论之后就特意鼓舞我说,像这种工作不要在意发表在什么杂志上,只要能发表出来就成功了。(我们后来也比较幸运,经受住了政策制定、技术经济分析和电化学三个领域审稿专家的考验,最终得到Joule编辑团队的肯定,顺利发表了这个理论。)这种多样性的价值评判跟科研方向的多样性是相辅相成的,应该是美国重大原创成果层出不穷的一大根源。

 

纳米人:您没有留在国外发展,而是回国到上海科技大学任教。做出这一决定,您当时主要考虑的是什么?

林柏霖老师:我是抱着要回国的心态出国的,具体原因有很多,比如说希望不要和年纪逐渐大了的父母隔着一个太平洋,还有文化上的惯性和归属感等等。最终直接触发我决定回国的因素有两个。

 

第一个是看到了我们国家培养的顶尖人才在硅谷的国际人才自由竞争中整体处于劣势,这让我一直在思考我们的教育问题出在了什么地方。

 

第二个是偶然了解到了正在筹办的上海科技大学,后来学校领导和我们物质学院创始院长杨培东教授(也是科大师兄)说服了我这是一所立志于教育改革的新式大学,理念使我产生了强烈的共鸣,因此我就成为了最早一批加入的人。

 

纳米人:请问您希望学生更注重哪些方面素质的培养?您最近是否有招生或者博后招聘的需要?

林柏霖老师:我的理想是把学生培养成敢想敢说敢做、又能想能说能做的人才。招生或者招博士后的需要是一直都有的,欢迎感兴趣的同学给我发邮件。

 

纳米人:中科大六十周年,如果请您对中科大说一句话,您会说什么?

林柏霖老师:祝福母校在新拓展的方向上一切顺利,同时保持传统优势,成为纯粹学术的一个圣地。

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