暨大首届化学博士生曾恒:这篇Nature论文来之不易

发布时间:2021-07-25 来源:biwn必赢

2021年7月21日,国际顶尖学术期刊《Nature》(《自然》)在线发表了biwn必赢陆伟刚教授和李丹教授研究团队的研究成果,暨南大学为唯一完成单位,化材院化学学科博士点首届博士研究生曾恒为论文第一作者。

消息传来,举校欢腾。央视新闻、今日头条、光明日报、中国科学报、南方都市报、广州日报等媒体陆续报道。获知这一研究成果发表后,7月21日晚,来自英国剑桥大学、美国北得克萨斯州大学的教授给团队写邮件表示祝贺,称他们为该领域提供了全新的思路和可借鉴的价值。

论文第一作者曾恒表示,能够发《Nature》是团队一起努力的结果,的确来之不易。这篇研究成果有着怎样的前期铺垫?论文的发表经历了何种曲折历程?作为暨大首届化学博士生,他为何能披荆斩棘、乘势而上?怎样的机缘,让这个团队产生了如此剧烈的“化学反应”?带着疑问我们对曾恒进行了专访,一探究竟。

 

《自然》论文发表截图

 

首篇Angew Chem第二篇JACS 第三篇直接问鼎Nature

四年前曾恒硕士研究生毕业,有幸来到暨大化材院超分子配位化学研究所李丹教授团队工作学习,四年中,他参与超配所实验设施建设,目睹这里一切从无到有,自己也通过与团队的共同努力,在做科研助理阶段发表世界顶尖化学类研究论文《Angew Chem》(《德国应用化学》)一篇、《JACS》(《美国化学会志》)一篇,并在读博期间问鼎《Nature》(《自然》)。

“我们研制的是金属-有机框架材料,做出成果后,一方面为了简化命名和方便引用,另一方面,李丹老师和陆伟刚老师希望我们能一直做下去,把这类材料做成一个系列,于是就有了‘JNU-X’这样的命名”,曾恒说,“JNU-1”发到了《Angew Chem》,“JNU-2”发到了《JACS》,加上“JNU-3”,形成了团队的“三步走战略”,第三步本来想循序渐进,尝试去投《Nature》的大子刊,但“一不小心步子跨大了,直接跃上了《Nature》”。

在曾恒看来,第一篇研究文章的成功发表非常关键,不仅让整个团队有了信心,也为后面的成就奠定了坚实基础。“最早我们投《JACS》,编辑直接建议我们转投其它期刊,后来投《Nature Communication》依旧碰壁,好在修改后投《Angew Chem》,编辑直接送审,虽然审稿人给的意见不是特别好,但我们通过自己的努力把意见一一回复了,最终编辑很满意,还把我们的成果选为热点文章,过程很曲折。但在回答审稿人意见的同时,我们思考、学习到了很多,明确了这个领域需要注意和努力的方向。有了第一篇的经验,后来我们把‘JNU-2’投到《JACS》的时候就顺利多了,同时从审稿人意见中也获得了很多有启发价值的内容,这些都是《Nature》能够顺利发表的大前提”,曾恒说。

 

曾恒在实验室测试气体穿透性能

 

紧锣密鼓补充Nature数据 一切都靠我们自己

众所周知,《Nature》作为全世界自然科学最顶级期刊,拒稿率非常高,投稿后经过15天的漫长等待,研究团队从投稿系统得知文章得到编辑的认可,送审了!这让团队兴奋不已,大约一个月后,收到三位同行专家的审稿意见,编辑给出的整体意见是修改后重投,大家又陷入焦虑。“前两位给的评价不错,第三位应该是金属有机框架材料在吸附分离领域的权威专家,尽管也评价我们工作有很高的创新性,但他认为我们的文章中,研究机理没有讲清楚,我们现有的实验数据加上一些理论阐释,不能够支撑文章中所提出的正交阵列动态筛分机制,在我们自己看来,他想让我们补充分子动力学模拟的数据”,曾恒说,虽然团队中有做量化的老师和博士后,但大家对分子动力学领域都不是很熟悉。

于是,大家找了几家比较大的计算公司寻求帮助,但由于专业性过强,“费了很大功夫做说明,几家公司都很难给到我们真正想要的数据”。自己搞不定,寻求外界帮助无果,团队中的每个人都开始紧张了。“我们收到审稿意见的时间是2020年9月3日,半个月、一个月、两个月过去了,11月份我们的计算还一点眉目也没有,虽然《Nature》给了修改意见后没有规定什么时候改好重投过去,但科研成果都是有时效性的,如果有一篇类似的文章在我们发表之前发表,编辑可能就会拒绝采用我们的文章”。

时间非常紧急,所以大家不约而同定了个目标,在农历牛年春节到来之前,无论如何要补充好数据发回去,“其实当时大家既失落又紧张,都憋着一股劲,既然已经过了如此不易的第一关,说明我们的文章质量还是不错的,接下来只剩下最后一关,回答好审稿人和编辑的意见,如若失败则前功尽弃,既然已经坚持了好几个月,我们都不甘放弃,只能往前冲”。紧急开会讨论之后,大家决定换一个思路解决问题。“审稿人既然提出的是用分子动力学证明柔性框架转变的过程,我们没必要把所有过程都算到,如果能算几个非常关键的过程也就可以回答这个问题,如若审稿人不满意,我们可以等下次审稿意见回来再补充(在《Nature》的审稿过程,经历一审二审三审甚至更多审,是正常现象)”。

团队分工明确,由擅长做量化的博士后谢默主攻计算,无数次讨论和修正计算方法后,2021年1月13日,团队终于拿到了三个中间状态的数据,可以将机理说清楚。“2月6日重投了回去,之后我们很忐忑的,因为编辑一开始希望我们用分子动力学解决问题,但我们是通过其他的计算方法,另辟蹊径解决的,没有直接回答审稿人提出的问题,而是用三个中间状态去回答”,第二次审稿意见回来时,编辑和审稿人接收并认可了正交阵列动态筛分机制的解释,也就没有再提出新的意见,“值得骄傲的是,这篇文章都是我们自己做的,暨南大学是唯一通讯单位,既没有找外组,也没有找其他的著名研究者挂名,一切都靠我们自己”。

 

李丹教授(右一)指导曾恒(右二)研究所其他团队成员

 

从小想当发明家 醉心科研持之以“恒”

曾恒来自湖北天门的一个普通的农村家庭,从小的理想是做一名发明家。“我很崇拜爱迪生,印象最深的就是他经过无数次尝试,最终成功发明电灯泡,点亮千家万户”,曾恒说,小时候他喜欢动手帮家里修理电器,修过电风扇,“我还拆过电动玩具的马达,安装到我用塑料泡沫做的小船上,在水面成功行驶了几分钟,身边的小伙伴觉得很酷”。

事实证明,正是小时候做发明家的梦想,催生了曾恒喜琢磨、爱钻研的思维习惯,遇到困难时,他往往想到的不是避让和退缩,而是迎难而上,寻求解决方法。“我带的几位师弟师妹毕业的时候告诉我,他们觉得我在科研上是一个非常固执的人,我自己的评价,文章能发表,并不是因为自己有多聪明,更多的是我认定一件事情后,会想办法去努力克服一切遇到的困难,得到想要的结果,不会遇到困难就想着绕开或者放弃”,曾恒说,“我认定一个东西能成,就会用力去死磕,外人很难左右我的想法,只有自己拼尽全力去试过,发现确实不行,我才会选择放弃”。

曾恒所在的超分子配位化学研究所,在创建的初期实验仪器并不多,为了争取更多单独使用仪器的时间,他选择了并不是很多人使用的一台功能有限的国产仪器“小型气体评价装置”和气体吸附仪,并决定研究分离领域的科研问题。受仪器限制无法进一步做研究,曾恒便大胆创新,向研究所申请定制配套零件,亲自给仪器做改装,从而扩大其科研功能。“很多时候想法很好,结果拿到定制的配件,发现装不上去,不得不重新设计配件尺寸,重新改装”。终于功夫不负有心人,被曾恒改得面目全非的这台仪器起了大作用,成功运用到了气体分离领域的研究中,为首篇《Angew Chem》的接受通过有力实验证据起到关键作用,促成了“JNU-1”气体分离数据的成功采集。“值得一提的是,‘JNU-1’第一次投稿《Angew Chem》,文章中部分分离数据需要请专业公司协助,再经历《Angew Chem》重投后,我们就有了自己测试的气体分离数据了”。


曾恒在实验室测试气体吸附性能

 

“5+2>7” 他们聚在一起产生了“化学反应”

曾恒认为,这篇《Nature》论文得以最终发表,主要得益于5名团队成员和2位指导老师之间产生了强烈的“化学反应”。“个人觉得做化学研究,心态非常重要,在这个团队中我们都做得很开心”,“大家来自天南海北:谢默来自东北、王婷来自湖南、危荣佳是广州本地人、谢小静来自湛江、赵一芳来自山西、我来自湖北天门,恩师李丹教授和陆伟刚教授分别来自汕头和江苏”,曾恒说,“缘分让我们相聚在一起,产生了‘5+2>7’的‘化学反应’,共同的目标让大家各司其职,发挥着各自的特长,为团队贡献光和热,我们7个人缺一不可”。

李丹教授是团队的领导者,是大家的精神领袖。“他的行政事务比较多,但只要不出差或者开会,都会经常出现在研究所,包括假期和周末,这对我们的影响非常大,因为看到老师都这么拼,我们没有理由偷懒”,曾恒说,“另外一点是硬件上的支持,他从不过多询问我们要花多少钱,或者指责某个工作花了很多钱还没做出来”,“做科研不可能完全按照预先设定的思路走,一定会遇到这样那样的硬件限制,每次遇到问题我们去找李老师聊,他的态度都特别乐观,只要他觉得可行,就会鼓励我们努力尝试,为了帮我们解决问题,不惜花重金购买设备,这个对我们后期研究的开展影响很大”,“李老师是正能量特别强的一个人,他经常一两句话就能点燃我们的激情,让我们干劲十足,我很喜欢去找他聊天,哪怕不聊实验上的问题,他从教和做科研这么多年,有很丰富的经验,经常会分享自己的经历给我们听,听完后我们精神上总能被鼓舞,感到非常振奋”。

研究的每个环节怎么实施、如何发表,陆伟刚教授给了最直接的指导。“陆老师在美国学习、工作很多年,从材料的合成,到性质、到文章的写作都有丰富的经验,他一样很拼,在研究所时,周末晚上十点钟十一点钟办公室的灯都是亮的,哪怕已经做得很好了,在教学和科研方面还是非常的努力”。在《Nature》投稿的过程,虽然有段时间,陆老师因疫情影响人在美国,但这未对研究产生丝毫影响,他每周都会不定期和团队深入讨论。“陆老师手机里一定存了北京时间,他从来不考虑美国当地是几点钟,一切都按照北京时间来工作和讨论,哪怕是我们给他汇报科研工作,陆老师也会选我们这边最好的时间(上午九、十点钟),有时和他讨论问题,会经常聊到美国时间的凌晨”,“但是美国当地的白天、我们是夜里的时候,陆老师为了不打扰我们休息,从来不会主动过来找我们”,“当时补数据会经常工作到很晚,随时都需要向陆老师请教,但每次到了北京时间晚上11点钟(美国当地的白天),陆老师都会主动告诉我们说‘今天先这样,有什么问题我们明天再说,大家早点休息’,这种无形中的关怀总让我们心里暖暖的。”

曾恒说,能够得到两位恩师的教导,与如此优秀的团队一起攻坚克难、探寻未知,是莫大的荣幸。“做完‘JNU-3’,我们给自己立下了目标:把‘JNU-X’系列做成国际知名的材料,提到‘JNU-1’,‘JNU-2’,‘JNU-3’……大家都能知道是从我们这个团队出去的,做到这一点就够了”,“我们和国内顶尖科研机构还是有差距,首先仪器上差距就很大,李丹教授希望我们能继续努力,出更多成果,他会努力加强研究所条件建设,支持团队的发展”,“丙烷丙烯做完了,下一步我们打算做一些更有挑战的,目前已经和李老师陆老师商定了实施方案,如果能做成,应该会出一些不错的成果”。

 

曾恒(后排左3)与超分子配位化学研究所成员在暨大万国墙

 

统筹/邵桂珍 李  丹

                                              文图/李逸凡

                                              初审/陈文举

                                             终审/邵桂珍 李  丹