在復(fù)旦大學(xué)江灣校區(qū)的實(shí)驗(yàn)室里，一位年輕的科學(xué)家正從事著現(xiàn)代“煉金術(shù)”，他的目標(biāo)不是點(diǎn)石成金，而是用科技的力量，將令地球“發(fā)燒”的二氧化碳、讓水體“中毒”的硝酸根轉(zhuǎn)化為寶貴的能源與資源。憑借其突出的科研創(chuàng)新成果，復(fù)旦大學(xué)智能材料與未來(lái)能源創(chuàng)新學(xué)院青年研究員劉洋日前入選2025第五屆“上?？萍记嗄?5人引領(lǐng)計(jì)劃”（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“U35”）。
這位復(fù)旦90后青年科學(xué)家
既有科研工作者的嚴(yán)謹(jǐn)與深刻
又帶著鄰家大男孩的親和與幽默
如今，他正帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)
以數(shù)據(jù)和算法作為新“試劑”
催化一個(gè)更綠色、可持續(xù)的未來(lái)
01 從廢氣到寶藏，
他用“煉金術(shù)”攻克電催化碳氮循環(huán)難題
從全市數(shù)百名優(yōu)秀青年科學(xué)家中脫穎而出，走上紅毯，看見(jiàn)自己的形象出現(xiàn)在城市中心的地鐵大屏——這些場(chǎng)景，對(duì)習(xí)慣埋頭于實(shí)驗(yàn)室和海量數(shù)據(jù)的劉洋而言，曾是未曾想象的畫(huà)面。
面向國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略對(duì)能源轉(zhuǎn)型和碳氮循環(huán)綠色轉(zhuǎn)化的重大需求，材料學(xué)出身的他長(zhǎng)期致力于金屬硫化物納米材料的精準(zhǔn)制備及其電化學(xué)應(yīng)用的研究。他指出一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：“新能源燃料看起來(lái)很綠色，但必須要考慮‘全生命周期碳排放’。如果制造能源的過(guò)程本身是高污染、高耗能的，那整體算下來(lái)，其實(shí)并不環(huán)保?！?/p>
劉洋要做的就是解決這個(gè)“制造端”的難題。他把目光投向了兩種常見(jiàn)的“壞分子”，即含碳的廢氣（如二氧化碳）和含氮的污染物（如硝酸根），希望通過(guò)電催化的方式，用太陽(yáng)能、風(fēng)能等綠電驅(qū)動(dòng)，將這些“壞分子”轉(zhuǎn)化為高價(jià)值的化學(xué)品。
“我們行業(yè)內(nèi)有一句話(huà)，叫‘無(wú)害化、資源化、增值化’?！眲⒀蠼忉屨f(shuō)，不僅要讓它們不污染環(huán)境，還要能變成資源，最后甚至能賣(mài)錢(qián)，實(shí)現(xiàn)真正的綠色循環(huán)。這一過(guò)程的核心就在于催化。然而，要讓一個(gè)催化劑同時(shí)駕馭眾多反應(yīng)步驟，需要極其精細(xì)的工藝調(diào)控。
傳統(tǒng)的催化劑研發(fā)就像“盲人摸象”，催化劑的設(shè)計(jì)、合成、測(cè)試通常都要依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)氣，效率極低。為突破這一瓶頸，劉洋和團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了一套自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，集成了機(jī)械臂、各類(lèi)分析儀器和人工智能算法，可以全天候進(jìn)行催化劑合成與測(cè)試。
海量數(shù)據(jù)僅是起點(diǎn)，從中“煉”出規(guī)律才是核心。團(tuán)隊(duì)巧妙引入人工智能中的“描述符”概念，“就像社交平臺(tái)總能精準(zhǔn)推送你愛(ài)看的內(nèi)容，因?yàn)樗蹲降搅四愕摹枋龇?，也就是你的興趣偏好?！眲⒀蟠蛄藗€(gè)比方，“我們也給催化劑尋找‘描述符’，比如合成溫度、元素比例等。當(dāng)數(shù)據(jù)足夠多，AI就能幫我們找出，到底什么樣的操作，能帶來(lái)最好的性能?！?/p>
不去從理論上死摳，而是讓算法去“試”。這種“自動(dòng)化平臺(tái)+人工智能分析”的創(chuàng)新模式，讓他們?cè)诖呋I(lǐng)域取得一系列突破：構(gòu)建了最大規(guī)模的硫化物數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)62種元素周期表級(jí)精準(zhǔn)集成，首例實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Cu2SrS2結(jié)構(gòu)和24種從未被報(bào)道的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，理論上實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)種高熵硫化物可控制備。
展示了制備的5-12元高熵金屬硫化物和儲(chǔ)鈉性能以及與其他已報(bào)道的儲(chǔ)鈉正極材料性能對(duì)比
在綠色催化領(lǐng)域，團(tuán)隊(duì)通過(guò)金屬-載體相互作用調(diào)控，大幅提高了硫化物基催化劑電合成氨產(chǎn)率；并創(chuàng)新性地提出碳氮協(xié)同催化策略，突破C?N鍵偶聯(lián)的動(dòng)力學(xué)瓶頸，實(shí)現(xiàn)二氧化碳和硝酸根雙雙“變廢為寶”。
這些成果，有效破解了長(zhǎng)期以來(lái)電催化碳氮循環(huán)中效率低、選擇性弱、穩(wěn)定性差的“三難”問(wèn)題?！癠35”頒獎(jiǎng)典禮后，他特意去地鐵站和自己的海報(bào)合了個(gè)影，并意外收獲了路人的認(rèn)可。“那種被陌生人‘看見(jiàn)’的感覺(jué)，讓我感覺(jué)所有努力都值了?！?/strong>
02 打造專(zhuān)屬標(biāo)簽，
在困境中回歸科學(xué)本質(zhì)
2021年，劉洋獲得國(guó)家海外高層次人才項(xiàng)目資助后加入復(fù)旦，一切都是從零開(kāi)始。彼時(shí)，實(shí)驗(yàn)空間緊張，也沒(méi)有學(xué)生，他就自己一個(gè)人在實(shí)驗(yàn)室里摸索。
“青年老師最大的壓力，一是沒(méi)場(chǎng)地，二是看到周?chē)硕寄敲磧?yōu)秀難免也會(huì)有同輩壓力?！眲⒀筇寡?，正是這種壓力，促使他不斷思考如何在強(qiáng)手如林的科研圈里，做出自己的特色。
“院領(lǐng)導(dǎo)曾啟發(fā)我，要做出自己的‘標(biāo)簽’——就是在搜索引擎里輸入幾個(gè)關(guān)鍵詞，就能找到你?！?/strong>劉洋深受觸動(dòng)。他決心不追逐熱點(diǎn)，而是將個(gè)人所長(zhǎng)與國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略深度結(jié)合。于是，“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”“碳氮循環(huán)”“電催化劑”逐漸成為他鮮明的學(xué)術(shù)標(biāo)簽。
科研之路并非坦途。在材料表征數(shù)據(jù)分析中，團(tuán)隊(duì)曾一度陷入困境?！皵?shù)據(jù)量劇增，靠化學(xué)直覺(jué)難以判斷，那段時(shí)間非常焦慮?！眲⒀蠡貞?。他借鑒了在國(guó)外做博后時(shí)導(dǎo)師的指引：“每當(dāng)我低落時(shí)，導(dǎo)師總會(huì)說(shuō)，‘讓我們回歸科學(xué)本身，看看問(wèn)題到底出在哪?！?/strong>”
團(tuán)隊(duì)最終轉(zhuǎn)換思路，跳過(guò)復(fù)雜中間過(guò)程，直接利用機(jī)器學(xué)習(xí)尋找合成參數(shù)與最終性能之間的關(guān)聯(lián)?！斑@好比識(shí)別一個(gè)人的性別，無(wú)需檢測(cè)DNA，一眼就能判斷。我們先看結(jié)果，再讓AI反向追溯規(guī)律，從而指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)?！边@一策略被證明是成功的。
如今，成為導(dǎo)師，劉洋也將“回歸問(wèn)題本質(zhì)”的理性思維和“打造個(gè)人標(biāo)簽”的發(fā)展理念傳遞給學(xué)生?！拔乙矔?huì)跟我的博士們說(shuō)，不管以后你是繼續(xù)從事科研還是走上工作崗位，每當(dāng)別人問(wèn)起你做什么的時(shí)候，要能說(shuō)出自己的特色。”
03 課堂上的“游戲玩家”，
高效能的“多任務(wù)處理器”
科研之外的劉洋，是一個(gè)鮮活有趣、充滿(mǎn)反差感的年輕人。
在給本科生講授專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)時(shí)，他將游戲中的術(shù)語(yǔ)巧妙融入，把枯燥的課堂講出了不一樣的味道。
“怎么讓學(xué)生記住五個(gè)碳的烷烴叫‘戊烷’？”劉洋得意地分享他的教學(xué)“秘籍”，“我就問(wèn)他們，玩網(wǎng)絡(luò)游戲時(shí)五殺了會(huì)喊什么？是不是‘Penta Kill’？這個(gè)‘Penta’就是古希臘語(yǔ)里‘五’的詞根。所以五個(gè)碳的烷烴，英文就叫‘Pentane’。這么一說(shuō)，學(xué)生考試時(shí)都記得特別牢?！?nbsp;
在指導(dǎo)學(xué)生時(shí)，劉洋有著自己的平衡之道：對(duì)博士生更注重大方向的把握，鼓勵(lì)他們獨(dú)立思考；而對(duì)入門(mén)階段的碩士生，則會(huì)更細(xì)致地介入，幫助他們養(yǎng)成良好的科研習(xí)慣。
讓他最引以為豪的時(shí)刻，不是學(xué)生發(fā)了高水平論文，而是一次他指導(dǎo)的學(xué)生參加學(xué)術(shù)會(huì)議，做了一場(chǎng)精彩報(bào)告?！昂芏嗬蠋熃o我發(fā)微信說(shuō)，‘你學(xué)生講得真好，邏輯清晰，口才一流’，”劉洋笑著說(shuō)，“那一刻，我覺(jué)得比我自己發(fā)了論文拿了獎(jiǎng)還有成就感?！?/strong>
生活中，劉洋習(xí)慣把每一天時(shí)間都切割成塊并嚴(yán)格執(zhí)行?！耙话阍谇耙惶焱砩?，我會(huì)把第二天上午、下午、晚上要做的事情都安排好。”他形容自己是個(gè)“多任務(wù)處理器”，喜歡同時(shí)推進(jìn)好幾件事，“如果只做一件火燒眉毛的事，不做那些細(xì)水長(zhǎng)流的日常工作，我會(huì)渾身難受?！边@種高效的工作習(xí)慣，讓他即便每天只睡6個(gè)小時(shí)，依然能保持能量滿(mǎn)滿(mǎn)。
壓力來(lái)襲時(shí)，游戲和健身是他的解壓閥。學(xué)生時(shí)代起他就熱愛(ài)籃球，科研之余常去球場(chǎng)揮灑汗水。與學(xué)院里其他青年教師的交流也是重要的舒緩方式，“大家有相似的困惑與挑戰(zhàn)，彼此聊聊，既能解決問(wèn)題，也是放松。這是復(fù)旦讓我感觸很深的良好氛圍。”
在他看來(lái)，復(fù)旦開(kāi)放包容的氛圍，正是青年科學(xué)家成長(zhǎng)的沃土。他理解復(fù)旦“自由而無(wú)用”的真諦，“無(wú)用”并非不求實(shí)用，而是不只為了有用而去做事。“當(dāng)你真正沉浸于探索本身，所做的一切自然會(huì)在某個(gè)時(shí)刻發(fā)揮作用，或許造福的就是下一代人。”
面向未來(lái)，劉洋期待看到人工智能與材料科學(xué)實(shí)現(xiàn)深度融合，讓AI真正滲透進(jìn)實(shí)驗(yàn)室每個(gè)環(huán)節(jié)，從而解放人類(lèi)科學(xué)家，去挑戰(zhàn)更具前瞻性的命題。他與團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)以數(shù)據(jù)和算法作為新的“試劑”，努力“催化”出一個(gè)更綠色、更可持續(xù)的未來(lái)。
