杨培东:纳米微世界的“巨人”

作者: 黄冰滢

1971年8月杨培东出生于中国江苏省苏州市吴县蠡口乡。是国际顶尖的纳米材料学家,美国科学院院士,美国加州大学伯克利分校化学教授。

杨培东说,科学是从零到一百的探索。于是他选择了纳米研究的空白领域——半导体纳米导线,从零做起。他的论文平均被引用次数在全球材料科学家中名列前茅,是当之无愧的纳米微世界的“巨人”。近年来他利用半导体纳米导线设计出了人工光合作用系统,在全球引起了巨大反响。

勤奋坚持做学问

中学时杨培东的文理科都十分优秀,获得的各类竞赛荣誉更是数不胜数。“主要是对学习有兴趣,勤奋刻苦,再加上好的学习方法。”杨培东的姐姐杨静漪曾这样解释弟弟学习好的原因。杨培东的高中同学也认为,杨培东能成功的因素首先是勤奋,第二才是天分。

高中时期,每天宿舍熄灯后,杨培东都要打着手电背《古诗一日一首》,从未偷懒。虽然学习很好,杨培东在体育方面却不大擅长。当时达不到国家体育锻炼标准就没法上大学,而杨培东的引体向上总是完不成。为了达标,杨培东主动找老师学习技巧,经过一个学期的努力,他终于达标了。

即使是现在,杨培东工作也十分勤勉,常常工作到凌晨。正是这近乎疯狂的勤奋,让他收获了成功。

创新突破勤研究

1993年,杨培东赴哈佛大学求学。读研期间,老师和同学都在研究碳纳米管和C60(一种由60个碳原子构成的分子,形似足球,又名足球烯)。但杨培东认为做研究就要做原创性的、别人没有做过的研究。他独辟蹊径,选择和导师研究一个无人涉猎的领域——半导体纳米导线。第二年,杨培东和导师就开辟了半导体纳米导线的新天地,并且为科学界确定了半导体纳米导线这个概念。

在美国,杨培东在纳米导线方面的开创性研究,取得了令世界瞩目的成就,使一系列高技术设备显示出了广泛的应用前景,包括微型发光二极管、激光器,晶体管、太阳能板等广泛领域。

由于在纳米领域的卓越贡献,2012年4月18日,杨培东当选美国人文与科学院院士,获得了美国科学及工程界的最高荣誉,并在2015年获得了美国麦克阿瑟基金会天才奖。

人工光合出成果

1999年,28岁的杨培东成为了加州大学伯克利分校助理教授,开始了新的研究工作。大约在20世纪60年代就有人开始研究人工光合作用,但最多的是“水分解”。杨培东团队向美国能源部提出了生物催化剂的概念时,曾被当成了玩笑。杨培东并不气馁,发表论文验证了这个概念的可能性,引起了科学界的轰动。

杨培东带领的团队尝试把半导体纳米导线的阵列引入人工光合作用领域当中,创建了一套由纳米线和细菌组成的独特系统。这套系统的运作和植物的光合作用有点相似,利用光能将水和二氧化碳转化为甲烷和氧气。

这样一来,消耗空气中本来就有的二氧化碳,使得二氧化碳浓度不断升高造成温室效应的问题得到了解决。且甲烷可用作燃料,而地球的石油、天然气存储量有限,这无疑给能源开发指明了一条新道路。同时美国宇航局也与杨培东开展了合作,因为火星上有二氧化碳、水,利用这一技术为火星定居的设想提供了可能。可谓一举三得。

目前杨培东已经将能量转化效率提升到了10%,并且预测在理论上未来可达20%,高于自然界植物的转化率。

(插画绘制/蔡成恩)