文/徐強(qiáng)

化學(xué)反應(yīng)機(jī)理領(lǐng)域的“排頭兵”——記國(guó)家“青年千人計(jì)劃”入選者、浙江大學(xué)化學(xué)系研究員洪鑫

文/徐強(qiáng)

化學(xué)是自然科學(xué)的一種，是一門(mén)歷史悠久而又富有活力的學(xué)科，是人類(lèi)用以認(rèn)識(shí)和改造物質(zhì)世界的主要方法和手段之一?；瘜W(xué)知識(shí)的形成、化學(xué)體系的發(fā)展經(jīng)歷了漫長(zhǎng)而曲折的道路，它伴隨著人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步，促進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展，推動(dòng)歷史的前進(jìn)，從鉆木取火的原始社會(huì)到使用各種人造物質(zhì)的現(xiàn)代社會(huì)，人類(lèi)都在享用化學(xué)的成果，化學(xué)領(lǐng)的域成就是社會(huì)文明的重要標(biāo)志。化學(xué)反應(yīng)機(jī)理是化學(xué)中用來(lái)描述某一化學(xué)變化所經(jīng)由的全部基元反應(yīng)，是理解和設(shè)計(jì)反應(yīng)的基礎(chǔ)，是創(chuàng)造新的化學(xué)轉(zhuǎn)化和高效催化劑的前提，已經(jīng)成為目前化學(xué)研究領(lǐng)域的新興熱點(diǎn)。

“有田不耕倉(cāng)稟虛，有書(shū)不讀子孫愚；寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來(lái)”。本文的主角——洪鑫博士，是化學(xué)反應(yīng)機(jī)理研究領(lǐng)域的杰出代表，長(zhǎng)期致力于該領(lǐng)域的研究，取得了一系列的原創(chuàng)性成果，逐漸成長(zhǎng)為該領(lǐng)域的“排頭兵”。

少年立志，一路花開(kāi)

《禮記》有云：“博學(xué)之，審問(wèn)之，慎思之，明辨之，篤行之”。志存高遠(yuǎn)，始于足下，洪鑫博士與化學(xué)的深厚緣分始于少年時(shí)代，小小年紀(jì)便展現(xiàn)出過(guò)人的化學(xué)天賦，2006年被保送進(jìn)入中國(guó)科技大學(xué)化學(xué)系攻讀學(xué)士學(xué)位，對(duì)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理和控制因素有了初步的認(rèn)識(shí)并產(chǎn)生了濃厚的興趣；2010年赴美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校攻讀博士學(xué)位，師從于美國(guó)科學(xué)院院士Kendall N. Houk教授；2014年畢業(yè)后在Kendall N. Houk院士課題組繼續(xù)開(kāi)展博士后研究工作；2015年于斯坦福大學(xué)美國(guó)工程院外籍院士Jens K. N?rskov教授課題組從事博士后研究工作。2016年洪鑫博士載譽(yù)回國(guó)，擔(dān)任浙江大學(xué)化學(xué)系特聘研究員，從事化學(xué)反應(yīng)機(jī)理認(rèn)識(shí)方面的研究工作。

洪鑫研究員（左一）與導(dǎo)師合影

“茍日新，日日新，又日新”。生活從不眷顧因循守舊、滿(mǎn)足現(xiàn)狀的人，從不等待不思進(jìn)取、坐享其成的人，而是將更多機(jī)遇留給善于實(shí)踐和勇于創(chuàng)新的人們。在求學(xué)路上孜孜不倦的洪鑫博士碩果累累，在博士學(xué)習(xí)期間和科研工作中受到了各方面的高度認(rèn)可，被UCLA授予了Christopher Foote Fellowship等諸多獎(jiǎng)勵(lì)，破格于四年提前博士畢業(yè)并被授予全院唯一的Saul and Sylvia Winstein Dissertation Award；同時(shí)作為UCLA化學(xué)系的兩名代表之一受美國(guó)化學(xué)會(huì)有機(jī)分會(huì)邀請(qǐng)參加了在Irvine 舉辦的Graduate Research Symposium并做大會(huì)報(bào)告。

三味甘香, 不負(fù)韶華

“古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有堅(jiān)忍不拔之志”。留學(xué)期間，年輕的洪鑫博士秉承“非學(xué)無(wú)以廣才，非志無(wú)以成學(xué)”的理念，堅(jiān)持貴在勤奮、貴在鉆研、貴在有恒，取得了一系列創(chuàng)新性的研究成果。

一是過(guò)渡金屬催化的環(huán)加成反應(yīng)中機(jī)理和選擇性的研究。由過(guò)渡金屬催化的不飽和底物參與的環(huán)加成反應(yīng)是如今有機(jī)合成中構(gòu)建環(huán)狀骨架的重要手段。盡管這一系列反應(yīng)在有機(jī)合成中有著非常重要的應(yīng)用，過(guò)渡金屬對(duì)于不飽和底物的活化機(jī)制以及有機(jī)金屬中間體實(shí)現(xiàn)成環(huán)的機(jī)理還有很多未解問(wèn)題。洪鑫博士及其團(tuán)隊(duì)通過(guò)計(jì)算化學(xué)手段，與國(guó)際知名的實(shí)驗(yàn)課題組開(kāi)展了一系列緊密合作，從分子層面上揭示了系列環(huán)加成反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理，基于機(jī)理歸納總結(jié)出了很多控制相關(guān)反應(yīng)活性和選擇性的關(guān)鍵因素。相關(guān)工作被國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊J. Am. Chem. Soc. Spotlights作為熱點(diǎn)報(bào)道。

二是(3++2)環(huán)加成反應(yīng)在催化反應(yīng)中的機(jī)理和選擇性的研究。陽(yáng)離子的三原子4π組分參與的(3++2)環(huán)加成反應(yīng)早在上個(gè)世紀(jì)70年代就有報(bào)道，但在隨后的幾十年中人們并沒(méi)有認(rèn)識(shí)到其在催化反應(yīng)中會(huì)有應(yīng)用。洪鑫博士及其團(tuán)隊(duì)通過(guò)密度泛函計(jì)算的研究，發(fā)現(xiàn)了(3++2)環(huán)加成反應(yīng)在一系列催化反應(yīng)中都有著重要的意義，為相關(guān)三原子4π組分參與的催化反應(yīng)提供了重要的機(jī)理模型，并為相應(yīng)的活性和選擇性的理解提供了基礎(chǔ)。

三是鎳催化C-O鍵活化中機(jī)理和選擇性的研究。洪鑫博士及其團(tuán)隊(duì)通過(guò)密度泛函計(jì)算，發(fā)現(xiàn)了在不同膦配體作用下C-O鍵活化的五元環(huán)和三元環(huán)過(guò)渡態(tài)的關(guān)鍵性變化，利用“形變能-作用能”模型揭示了這一變化的成因，解釋了不同膦配體對(duì)C-O鍵活化化學(xué)選擇性的控制，對(duì)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)高效，高選擇性的惰性化學(xué)鍵的官能團(tuán)化提供了指導(dǎo)作用。在C-O鍵活化的理論研究的基礎(chǔ)之上，與UCLA的Garg課題組合作通過(guò)計(jì)算成功預(yù)測(cè)了鎳催化的酯與酰胺之間的可逆轉(zhuǎn)化，這是有機(jī)化學(xué)里首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)于酰胺這一類(lèi)惰性化合物的催化轉(zhuǎn)化，填補(bǔ)了一大空白。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature等頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊，并被Angew. Chem. Int. Ed. Highlights, Nature Chemistry, C&EN News作為熱點(diǎn)報(bào)道。

四是二硫化鉬催化的二氧化碳電還原反應(yīng)中機(jī)理和活性的研究。在均相催化以外，洪鑫博士對(duì)二硫化鉬及其衍生物這類(lèi)新型材料作為二氧化碳電還原催化劑的機(jī)理和活性也做了深入研究，發(fā)現(xiàn)了二硫化鉬的二維反應(yīng)位點(diǎn)對(duì)于還原機(jī)理的重大影響，實(shí)現(xiàn)了突破傳統(tǒng)過(guò)渡金屬催化活性的可能。在機(jī)理工作的基礎(chǔ)之上，發(fā)現(xiàn)了活性位點(diǎn)上過(guò)渡金屬的摻雜對(duì)于反應(yīng)活性的重要影響，并從分子層面對(duì)這一影響做了定量的解釋?zhuān)瑸檫M(jìn)一步的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)二氧化碳還原催化劑提供了重要的幫助。

破繭成蝶，華麗蛻變

“德者，本也?！辈淘嘞壬f(shuō)：“若無(wú)德，則雖體魄智力發(fā)達(dá)，適足助其為惡?！眻A滿(mǎn)完成學(xué)業(yè)后，2016年洪鑫博士回國(guó)發(fā)展，受聘于浙江大學(xué)化學(xué)系任特聘研究員職務(wù)，開(kāi)啟了他“博觀(guān)而約取,厚積而薄發(fā)”的新征途，憑借著渾厚的專(zhuān)業(yè)背景和知識(shí)積累，洪鑫博士以一名海歸教師的國(guó)際視野、國(guó)際思維將自己在海外求學(xué)期間積累的專(zhuān)業(yè)前沿知識(shí)和“天下難事，必作于易；天下大事，必作于細(xì)”砥礪勤勉的科研作風(fēng)教授給“恰同學(xué)少年，風(fēng)華正茂”的莘莘學(xué)子們，在均相催化的選鍵活化反應(yīng)的機(jī)理及催化劑設(shè)計(jì)和異相催化的二氧化碳還原反應(yīng)的機(jī)理和新材料設(shè)計(jì)研究領(lǐng)域開(kāi)辟著新的征途和戰(zhàn)場(chǎng)，以期深入地研究一系列選鍵活化反應(yīng)中機(jī)理和活性選擇性的控制因素，促進(jìn)和開(kāi)發(fā)一系列新型選鍵活化反應(yīng)的發(fā)展；尋求催化劑化學(xué)組分對(duì)于催化效率影響的普遍規(guī)律，為進(jìn)一步的改進(jìn)和設(shè)計(jì)這一類(lèi)重要化學(xué)轉(zhuǎn)化的催化劑提供理論的幫助，將相關(guān)的化學(xué)催化過(guò)程推到新的高度。

孔子有曰：“仁者不憂(yōu)，智者不惑，勇者不懼”，年輕的化學(xué)學(xué)科帶頭人將每一次任務(wù)都視為一個(gè)新的開(kāi)始，一段新的經(jīng)歷，一扇通往成功的機(jī)會(huì)之門(mén)，在浙江大學(xué)化學(xué)系的科技殿堂上揮灑著青春的汗水與榮光。夢(mèng)在前方，路在腳下，自強(qiáng)者勝，自勝者強(qiáng)。