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是否匹配?早嘗試早思考

2015-05-30 10:48:04李露
大學(xué)生 2015年11期
關(guān)鍵詞:烯烴事物催化劑

李露(加州理工學(xué)院)

在加州理工學(xué)院,我認(rèn)識(shí)了化學(xué)系教授Robert Grubbs,他與Yves Chauvin、Richard Schrock因?qū)τ袡C(jī)化學(xué)中的貢獻(xiàn)一起被授予2005年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

他為人親切、隨和,教書育人也孜孜不倦,在學(xué)生中有很高的口碑。我將要工作的公司的一位上司,得知我有采訪諾獎(jiǎng)得主以此啟迪、激勵(lì)后輩的想法時(shí),推薦我采訪他的這位諾獎(jiǎng)朋友。

2015年4月27日下午,窗外陽(yáng)光燦爛,我和Grubbs教授坐在他辦公室里的沙發(fā)上,開始了對(duì)話。

李露:Grubbs 教授,下午好。觀看了諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)上關(guān)于您的視頻,得知您生長(zhǎng)在十分尊重教育的環(huán)境里。在您成長(zhǎng)學(xué)習(xí)的過程中,有很多人深深地影響了您。您提到的中學(xué)老師Baumgardner女士似乎開啟了您探索科學(xué)的大門。請(qǐng)講講關(guān)于她的故事以及您的童年。

Grubbs 教授:我出生在一個(gè)只有25000人的小鎮(zhèn)上。我的外祖父是農(nóng)民,而我的母親是家中唯一上了大學(xué)的孩子。她念大學(xué)還是因?yàn)樗纳眢w不好,不能干農(nóng)活,所以外祖父母送她進(jìn)了大學(xué)。我的外祖母是第一個(gè)啟蒙我知識(shí)和教育的人。雖然她是農(nóng)民的妻子,但她非常熱愛學(xué)習(xí)并尊重教育,喜歡文字和詩(shī)歌,還常常給孩子讀故事。直到去世,每天她都會(huì)學(xué)習(xí)一個(gè)單詞,并了解如何使用。這就是我童年。

之后,我遇到了Baumgardner老師。那時(shí)我十三四歲,念初中,搬家到帕杜卡(Paducah),這座城市有一個(gè)很大的鈾精制系統(tǒng),很多鈾精制領(lǐng)域的科學(xué)家都在那里工作,Baumgardner老師就是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)人員。當(dāng)鈾精制工作告一段落,Baumgardner老師便投入更多的精力用于教課。她受過很好的教育,上課時(shí)常給我們展示可能有錯(cuò)的內(nèi)容,要求我們思考,找出錯(cuò)誤,并在下一節(jié)課上告訴她哪里錯(cuò)了,該如何糾正,然后一起討論、辯論。這樣的教育方式對(duì)我來說是全新的。

李露:似乎是她設(shè)陷阱,鍛煉你們發(fā)現(xiàn)問題、獨(dú)立思考的能力。

Grubbs 教授:對(duì)。之后我考入佛羅里達(dá)大學(xué),學(xué)農(nóng)業(yè)化學(xué),這很自然,因?yàn)槲液芏嗉胰硕际寝r(nóng)民。幸運(yùn)的是,我被告知農(nóng)業(yè)化學(xué)并不是最基礎(chǔ)、最嚴(yán)格的化學(xué)專業(yè),我覺得應(yīng)該參加其他更基礎(chǔ)且嚴(yán)格的化學(xué)專業(yè)項(xiàng)目。在一個(gè)暑假,我參加了這樣的項(xiàng)目,在一個(gè)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室工作。當(dāng)時(shí),一起上課的一個(gè)同學(xué)在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室工作,我便常去他的實(shí)驗(yàn)室。就在那時(shí),我發(fā)現(xiàn)自己喜歡有機(jī)化學(xué),就轉(zhuǎn)了專業(yè)。其實(shí),我的成績(jī)不是特別好,升入研究生院對(duì)我來說有點(diǎn)困難。有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的教授鼓勵(lì)我嘗試外校的研究生院,并幫助我進(jìn)入哥倫比亞大學(xué)深造,我再一次從一個(gè)小城鎮(zhèn)搬到了大都市曼哈頓。

李露:在哥倫比亞大學(xué)念書是什么樣的體驗(yàn)?

Grubbs 教授:去哥倫比亞大學(xué)讓我十分興奮,我見到了許多新事物,認(rèn)識(shí)了一個(gè)強(qiáng)大的化學(xué)學(xué)院,結(jié)交了許多出色的同行。我發(fā)現(xiàn)自己有很多同行都沒有的研究?jī)?yōu)勢(shì)——擅長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)。這就是我的學(xué)習(xí)生涯?;厥淄拢乙灿X得非常奇妙,從農(nóng)業(yè)化學(xué)轉(zhuǎn)到有機(jī)化學(xué)似乎是機(jī)緣巧合。

李露:您之后的研究方向主要是金屬有機(jī)化學(xué),會(huì)不會(huì)是當(dāng)時(shí)的有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域相對(duì)成熟,而金屬有機(jī)化學(xué)是一個(gè)新領(lǐng)域?

Grubbs 教授:是的。我曾在物理有機(jī)化學(xué)方面打下了扎實(shí)的基礎(chǔ),它是有機(jī)化學(xué)的一個(gè)重要部分。有機(jī)化學(xué)研究有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)與性能,它之所以吸引人是因?yàn)橹灰鲈S多相對(duì)容易的實(shí)驗(yàn),便能知道發(fā)生在分子級(jí)別的化學(xué)反應(yīng),并不需要建造大型的機(jī)器,不需要做大量的推導(dǎo)計(jì)算。但是,已經(jīng)有很多聰明的科學(xué)家在探索有機(jī)化學(xué)。而金屬有機(jī)化學(xué)比較新,我可以把所擁有的技能、掌握的基礎(chǔ)都運(yùn)用其中,探索一系列全新的事物。

后來,我研究烯烴復(fù)分解反應(yīng),這是我研究過程中的另一個(gè)幸運(yùn)的轉(zhuǎn)折。在斯坦福大學(xué)進(jìn)站博士后,我第一次接觸到烯烴復(fù)分解反應(yīng),它偏工業(yè)偏應(yīng)用。我的教授從工業(yè)界回來與我們討論這個(gè)反應(yīng)時(shí),我們幾乎對(duì)其一無所知。當(dāng)時(shí)我作為一名研究化學(xué)反應(yīng)機(jī)理化學(xué)家,對(duì)此產(chǎn)生了極大的興趣。它本不應(yīng)該發(fā)生卻為什么就發(fā)生了?如何發(fā)生?這是烯烴復(fù)分解反應(yīng)作用機(jī)理方面的問題。一旦了解了它的發(fā)生機(jī)制和條件,我們就開始為這個(gè)反應(yīng)設(shè)計(jì)催化劑了。

李露:之所以很多科學(xué)家投身烯烴復(fù)分解反應(yīng),是因?yàn)樗诠I(yè)領(lǐng)域可謂一種明星化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生的副產(chǎn)品和廢料很少,也十分高效?

Grubbs 教授:現(xiàn)在,它的確是高效的綠色反應(yīng),但在當(dāng)時(shí)并不是。那時(shí),它只是分子級(jí)別上十分簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng),不能制造新奇產(chǎn)物。大部分的催化劑,僅適用于碳?xì)浠衔?,其他的反?yīng)物往往會(huì)使催化劑失效。從某種程度上講,老催化劑向新催化劑邁進(jìn)的一項(xiàng)重要特征,是我們能加入含有其他官能團(tuán)(決定有機(jī)化合物的化學(xué)性質(zhì)的原子和原子團(tuán))的反應(yīng)物。因此,從理解烯烴反應(yīng)機(jī)制開始,我們進(jìn)一步開發(fā)在碳碳雙鍵以及其他官能團(tuán)上反應(yīng)的催化劑。

傳統(tǒng)的化學(xué)催化劑多為多相催化器(催化劑和反應(yīng)物屬于不同物相,催化反應(yīng)在其相界面上進(jìn)行),這樣的催化劑通常是固體狀態(tài),放在反應(yīng)物(液體或氣體)上加熱后進(jìn)行操作,產(chǎn)生催化效果。沒人知道催化劑反應(yīng)時(shí)具體的結(jié)構(gòu)。后來,人們從不同的化學(xué)物質(zhì)中提取樣本作為催化劑嘗試,雖然有的奏效,不過還是不知道催化過程中到底發(fā)生了什么。我們一開始研究鈦,但效果不好。Schrock(2005年與Grubbs分享諾貝爾獎(jiǎng)的化學(xué)家)嘗試鎢和鉬,我的研究小組從1985年研究釕。釕能在有水的情況下工作,1992年我們第一次制造了較為完善的釕催化劑。我們對(duì)烯烴復(fù)分解反應(yīng)及其催化劑的研究,為有機(jī)化學(xué)家和其他分支的化學(xué)家開辟了一個(gè)新領(lǐng)域,提供了新工具,這才是我被授予諾貝爾獎(jiǎng)的意義所在,而不是因?yàn)榫唧w某個(gè)催化劑的制造。

李露:1998年,您與他人一起成立了Materia化學(xué)公司,專門提供這種烯烴復(fù)分解反應(yīng)的催化劑?

Grubbs 教授:對(duì)。1995年,該類催化劑的研究已有很大的進(jìn)展,在1990年代末我們確保造出了效果良好的釕催化劑。Materia位于Pasadena,有150名工作人員。

當(dāng)時(shí),幾乎所有的化工公司都有研發(fā)部門,可以把論文上的化學(xué)理論應(yīng)用到實(shí)際。Materia也有研發(fā)部門,把我的實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新重新整合,找到市場(chǎng)里的應(yīng)用,并開發(fā)化學(xué)產(chǎn)品。把尚處在研究中的新科學(xué)商業(yè)化極其困難,新事物出現(xiàn)時(shí)一定會(huì)取代現(xiàn)存的舊事物,但人們對(duì)舊事物已經(jīng)習(xí)慣或產(chǎn)生了依賴。想讓新產(chǎn)品代替舊產(chǎn)品,那么新事物必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于舊事物。

Materia同樣需要擔(dān)心市場(chǎng)因素。沒成立Materia之前,我們也開發(fā)化學(xué)產(chǎn)品。那時(shí),外面的公司會(huì)感興趣,但它們并不是好的合作者,比如取得短期的成功賺了錢后就不再管產(chǎn)品了,不再設(shè)想未來的發(fā)展。這樣的事一次又一次發(fā)生,我們非常沮喪,因此決定成立自己的化學(xué)公司。

李露:Materia肯定為有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域的公司或科研人員帶來了許多便利。

Grubbs 教授:對(duì)。Materia不僅為我的研究組也為其他許多研究組提供催化劑。我們希望利用這個(gè)催化劑發(fā)現(xiàn)更多有意義的化學(xué)反應(yīng),比如史密斯教授有個(gè)好想法,我們給他一點(diǎn)這樣的催化劑,也許他就能嘗試并驗(yàn)證他的想法,在商業(yè)上可行的話,他就會(huì)開發(fā)出很好的化學(xué)產(chǎn)品。

李露:我們聊了許多您從事的具體化學(xué)研究,我也想了解您做研究的方法。您曾提到,有許多方式能區(qū)分出真正聰明的學(xué)生,其中重要的是真正聰明的學(xué)生會(huì)花更多的時(shí)間思考,而不是不斷地做事。

Grubbs 教授:對(duì)。其意義在于:需要對(duì)所做的事有足夠的激情與熱愛,并獨(dú)立地去思考它,完成它。在這種情況下,很可能在洗澡或在街上散步時(shí)就解決了困擾的問題。許多清晨當(dāng)我醒來時(shí),我就解決了一個(gè)問題。(笑)有時(shí)做講座,一些人問了我沒思考過的問題,這就是一個(gè)信號(hào):我對(duì)未知的思考還不夠。

李露:這種思維意味著不但需要發(fā)現(xiàn)新東西,而且還得思考。但許多人往往有想法,卻不能付諸實(shí)踐。

Grubbs 教授:嗯,那樣的話可以進(jìn)入一個(gè)領(lǐng)域,看看自己是否可以發(fā)現(xiàn)問題并有能力解決問題。我比較喜歡Caltech(加州理工學(xué)院)研究生和博士后有解決問題的能力,在這方面我不需要擔(dān)心。只要足夠感興趣,就會(huì)發(fā)現(xiàn)自己其實(shí)知道該做什么。否則,應(yīng)該去做其他的事。除了思考,我們還需實(shí)踐。作為學(xué)生,需要投入很多動(dòng)手或?qū)嵺`的精力,之后,應(yīng)該有更多的讀寫和更深入的思考。

我的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Ρ容^強(qiáng)。不同的人有不同的擅長(zhǎng),我的父親是機(jī)械師,我是在修理或建造東西的環(huán)境下長(zhǎng)大的。我會(huì)和父親一起做修理機(jī)器的活兒,也會(huì)幫叔叔造房子。想造東西,就要以作用機(jī)理的視角去看待事物之間的關(guān)系,應(yīng)該這樣來思考。

李露:孩童時(shí)代造房子,作為科學(xué)家時(shí)造分子,這種看事物機(jī)械關(guān)系的技巧起著很重要的作用?

Grubbs 教授:對(duì),都是建造。記得很小時(shí)我非常瘦,母親給我硬幣買糖,我不會(huì)買糖而是買釘子。回家后我就用買來的釘子造東西。這是我小時(shí)候的趣事。

李露:對(duì)于學(xué)生,您提過盡量不要給他們過多的引導(dǎo),要培養(yǎng)他們獨(dú)立從事科學(xué)研究的能力。

Grubbs 教授:對(duì)。我提供科研環(huán)境以及他們?cè)敢庾龅难芯款I(lǐng)域。我有自己的想法,但也想知道他們的想法。事實(shí)上,他們?cè)诟髯缘念I(lǐng)域做得非常好。就像有機(jī)化學(xué)的一項(xiàng)好處——與其他化學(xué)分支相比,有機(jī)化學(xué)讓人更容易地嘗試想法。有學(xué)生甚至想到瘋狂的想法,我也不知道它是否奏效。我就告訴學(xué)生:試試吧。前提是他們不要傷害到自己!實(shí)驗(yàn)時(shí),如果他們發(fā)現(xiàn)反應(yīng)沒朝著想要的方向進(jìn)行,那完全沒問題。

科研過程中,有許多東西可以被稱為“成果”。一種成果,是學(xué)生和導(dǎo)師一起得到的結(jié)果,發(fā)表的論文,拿到的獎(jiǎng)項(xiàng)等。但我覺得最大的成果應(yīng)該是學(xué)生本身,或?qū)W生在導(dǎo)師這里所獲得的能力。當(dāng)他們離開進(jìn)入新環(huán)境,我不可能跑過去告訴他們?cè)撟鍪裁?,怎么做,他們必須自己探索。我相信?dāng)我的學(xué)生離開時(shí),經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練,已具備了獨(dú)立探索的能力。

李露:這是寶貴的訓(xùn)練,您也會(huì)涉及他們的科研吧?

Grubbs 教授:是。我會(huì)跟進(jìn)他們的結(jié)果,也喜歡參與他們的研究。我會(huì)時(shí)常提出建議,指出方向,提供環(huán)境并做出評(píng)論。我希望他們走在正確的科研道路上,讓他們把事情做完,發(fā)表論文。當(dāng)然,也確保他們不會(huì)因?yàn)榛瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)傷害自己(笑)。通過很多途徑都能達(dá)到終點(diǎn),但我覺得他們不一定要走在看起來最高效、最快的那一個(gè)途徑上。當(dāng)自由大膽探索時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)新東西或大路之外的小徑,小徑也許會(huì)帶來意想不到的驚喜。

當(dāng)他們離開時(shí),我常常說不要再做與我這里一樣的研究,因?yàn)樗麄冇型耆煌奶旆只蚣寄埽约喊l(fā)現(xiàn)最適合的領(lǐng)域。就像招學(xué)生,我會(huì)找適合我的體系的學(xué)生。如果學(xué)生每天都需要被逼,被命令,那不要在我的實(shí)驗(yàn)室里工作。有的人需要壓力和緊張感才能激勵(lì)自己、完成任務(wù),但我更喜歡自我激勵(lì),對(duì)所做事情極感興趣,并有很強(qiáng)沖動(dòng)把它做完的學(xué)生。有些學(xué)生讓我印象深刻,他們或?qū)嶒?yàn)?zāi)芰?qiáng),或思維能力強(qiáng),或兩者皆備。他們還有正確的做事態(tài)度。

這真的是呆在Caltech的一項(xiàng)好處。我的同事,Dervan教授偶爾也說:我們有著世界上最棒的工作!記得回家鄉(xiāng)參加高中五十周年同學(xué)聚會(huì)時(shí),很多人驚訝我還沒退休。我告訴他們:我要先工作!

李露:對(duì)想從事科學(xué)研究的大學(xué)生,請(qǐng)?zhí)峁┮恍┙ㄗh。

Grubbs 教授:學(xué)生要盡可能早地嘗試科研,看看自己是否感興趣,是否擅長(zhǎng),是否有匹配的技能。

有些學(xué)生非常聰明,周圍的人會(huì)說應(yīng)該當(dāng)科學(xué)家。但是,當(dāng)他們念研讀博時(shí)才發(fā)現(xiàn)“噢,我其實(shí)真的不想做這些!”Caltech有給本科生的暑期科研項(xiàng)目,我感覺他們中有些人有很好的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),且對(duì)感興趣的領(lǐng)域有了解,很可能他們選對(duì)了方向;但他們?nèi)绻l(fā)現(xiàn)更適合的方向,且走另一條不同的道路,那完全沒問題。

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