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青年人才托举工程|樊婷:期待有一天能够发现改变命运的催化剂

来源:广州科协  2020-12-23 10:16:30

100多年前,瑞典化学家贝采里乌斯误将实验室里的铂黑沾到果酒,由此发现了催化剂。如果你能回忆中学课本,就会记得它是在化学反应里能改变反应物化学反应速率而不改变化学平衡的物质。

基于这种特性,催化剂在工业和制药上得到广泛应用。通过计算化学的手段,以催化剂为研究内容,能够在千万种催化剂中筛选出催化性能最好的一个,从而优化实验进程,进而节约时间、精力和金钱成本。不过,大众普遍认为,化学就是做实验,而计算化学,是实验的辅助,事实并非如此。华南工业大学有位年轻的美女教师,却一直坚持这个冷门小众的研究,期望有一天能够发现改变命运的催化剂。



■华南工业大学的副研究员樊婷。


误打误撞走入计算化学领域

与樊婷相约在龙口西路一个咖啡厅,她穿着黄色的大衣,说起话来不紧不慢,笑容很甜。樊婷目前是华南工业大学的副研究员,从事计算化学方面的研究。

“从五山到龙口,有无数条路,其中一条是最快的;在这条最快的路上,又存在一个关键节点,拖慢了整个行程。我的工作,就是找到最快的路,再在这条路上找到那个关键节点。”当记者要求用通俗的语言解释自己的研究方向“计算化学”时,32岁的樊婷这么表述。“导航地图可能会给你推荐行程的最佳路线。在科学研究中,我也会通过研究反应机理,来筛查出最佳反应路径。”



樊婷走入计算化学纯属巧合。“我本身对生物更感兴趣,所以高考报考专业时以生物化学方向为主。第一志愿没被录取,就分到了化学方向。”从武汉大学毕业后,樊婷到香港科技大学读硕士和博士,并最终获得计算化学博士学位。在做了2年博士后后,成功被华南理工大学化学与化工学院录用。

“读本科的时候,老师讲了许多经典的化学反应。在实验室里,我们就是重复这些业已成熟的反应。”忆及当年,樊婷仍然觉得神奇。“你稍微调整一下实验条件,得到的产物就完全不一样了。”

博士期间,樊婷的学习也从现象直入本质:为什么调整实验条件会发生不同的反应?她博士后期间研究的是水氧化反应。通过比较不同金属有机催化剂,实验合作者发现有一种催化剂-Ru(BDA)L2,其性能明显优于其它。

“Ru(BDA)L2反应速度特别快,是同类中的佼佼者。不过我们虽然知道是Ru(BDA)L2,但却不知道为什么它可以催化得如此之快。” 谈及研究的内容,樊婷饶有趣味地在桌子上拿手画出一个曲线图,“你看,我们接下来就着力研究其中一步。当时所有人都认为这一步是决速步,其实不是,而是前一步,两个催化剂靠近的过程才是决速步。”樊婷说,自己有时会偏好用图形表达交流,“工作时用语言说不明白就会画图,更简单点。在术语里这叫反应势能垒图,我们研究的只是反应进程方向的一个势能面。”

决速步又称为限速步骤,一个机理中,其中的一个基元步骤进行的速度远较其他速度慢,则该步骤决定总的反应速率。用樊婷自己的话说,她终于找到了拖慢整个行程的节点,取得了小小的胜利。

研究领域小众,曾想过放弃

不过,这些理论研究上的胜利却没在找工作时给予更多便利。“我几乎要放弃学术研究,大家普遍认为计算化学只是做实验的辅助,但其实未来它完全可以成为主导。”



碰壁多次后,樊婷最终进入到华工李映伟老师的课题组。工作内容是通过理论计算的方法研究反应的反应机理,解释实验现象,同时指导实验合成高效催化剂。

走进樊婷的办公室,她的桌子与普通白领并无二样。一个屏幕,一摞材料,再加上一些办公用品,就是工作所需的全部工具。“你可能想象不到,我们不用亲自做实验,所有的计算都是在电脑上进行的,不过用到的服务器却不一样。”

屏幕这头,樊婷敲下指令;在不远的服务器上运行出反应结果。根据结果,樊婷再不断调整实验方向。

期待有一天也能合成高效催化剂

如今,研究、上课是樊婷的工作日常。每天,她都会从浩如烟海的文献资料里搜索新的论文,找寻灵感。樊婷认为,没有催化剂的世界是难以想象的。她介绍,一般肿瘤药从开始临床试验到上市则需8年,被誉为火箭速度的药物格列卫也用了2年11个月。此外,工业过程中约有90%以上的使用催化剂。



“如果能筛出一些高效催化剂,就会提高实验效率和催化性能。在医学和工业上,这是了不起的成就。领域里的大牛通过计算手段筛查合成了一些高效催化剂,大大降低了企业的成本。希望有一天我也能做到这种程度。”

据悉,国内从事计算化学的学者很少,樊婷所在的学院仅有数名老师研究计算化学。“研究的人很少,发论文就难了。”樊婷说,即便发了论文,因为领域小众,别人引用文章的几率也会更低,那么文章的“影响因子”随之变低,这在现在的科研评判体系下处于劣势。

每当实验迟迟捕捉不到应有的反应物,探究不到机理时,樊婷也会心情郁结。这种情况下,她会一个人奔跑在夜晚宛若星空的灯光下,缓解压力。不过,更多时候,她没时间来得及做这些。从网络上继续查文献,看看别人的方法,对她来说也是一种解压方式。

“当你沉浸在某一东西时,心里就会暗下决心,一定想要弄明白原理。有的实在探究不到,也只好暂时放弃这个研究。”

今年上半年,樊婷的申请研究基金之路并不顺利。入选广州市青年托举工程人才给了她极大信心。“本来以为不会中的,没想到能入选,挺开心挺受鼓励的。”樊婷说,突然间发现自己也是优秀的,准备重整旗鼓积极迎接随之而来的立项。

“现在社会的氛围不适合做科研,比别人付出多,投入不成正比。希望年轻人静下心做一件事。一直做一件事一定会有成果。”

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