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博士论文的回忆（新）
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博士论文的回忆（新） zhenmafudan （一） 初入研究生院 2001年秋天，我满怀着对未来的憧憬，飘洋过海来到美国加州大学河边分校攻读化学博士。导师是世界著名的表面化学和催化大师Francisco Zaera，到目前一共发表了220篇高质量的文章。记得第一天下午我们乘学生会的车子到了Riverside，一下车顿时感到非常炎热。第一顿饭是在一个叫做“小美”的中国餐馆吃的。在美国吃饭很少有汤的，那些美国人都把可乐当汤喝，我也喝了可乐，结果回到旅馆拉了好几天肚子。街道上的环境是清洁而美好的，一切都是那么新鲜。晚上漫步在校园，看到自动浇水机在给植物浇水，空气中有新鲜泥土的味道。我顿时感到这就是向往的研究生院生活。过了几天去Zaera实验室，看到里面有好几台超真空仪器，感到这里的科研内容和国内的科研内容好遥远，仿佛是两个不同的世界。 第一年上课，不用做实验。上课有上课的烦恼，因为我在国内已经读过硕士了，我的想法是最好快点投入科研，登山何必扛着船呢。但是在那样的情况下，学过的课程又得重新学习一遍。重新学一遍倒也算了，但是学的都是没用的东西，比如量子力学、统计热力学等，到现在我什么都忘记了，五年也没用到。第一年我就进实验室了，但是所谓的进实验室，指的是找个位子坐下，而不是指做实验。那时的组里人丁兴旺，大多是博士后，只有两个博士生。他（导师）招了博士生进来就心定了，也不指导什么的，比较冷淡。前面两个学期和他几乎没有什么交流，只是在选课的时候和他探讨。 第一次在他面前发挥出自己的水平是在他教的化学动力学课上。期末考试的形式是做口头报考，从文献中自己找篇动力学文章来介绍，接受提问，并写书面报告讨论这篇文章为什么好，如果我是作者，下一步怎么做。一开始我挑选了一篇西北大学固体超强酸烷烃异构化动力学的经典好文章，但是他说希望我不要找几年前的文章，要找最近两三年的文章。于是我翻阅了无数杂志，发现在Journal of Physical Chemistry B (http://pubs3.acs.org/acs/journal ... =10.1021/jp002644z)上有篇文章“Structure-Dependent Kinetics for Synthesis and Decomposition of Formate Species over Cu(111) and Cu(110) Model Catalysts”正是配合教材学习的完美文章。在口头考核的时候我作报告作得好，对答如流。我的书面报告更是反映出自己的实力，使他给了我全班唯一一个A。他后来对我说要我相信自己的能力，他从我的这次报告中能够看到我的能力。 （二）科研的起步（第1-2篇文章的故事） 时间过得飞快。在那样的环境里，很容易使人“沦陷”到一种“无科研、只有学习、上课”的状态中去。因为上课、听报告、做助教、上英语口语课把时间分割地支离破碎。你在图书馆温习功课，回到家烧菜做饭睡觉，一会儿这个节（鬼节），一会儿那个节（感恩节、圣诞节），时间就这样一天天地过去了。这种感觉只会使人“沉沦”，不会使人振奋。如果加上老板不指导你，实验室没有人手帮手陪着你做实验，如果自己不努力，科研很快就会颓废。我的第一年时光就这样过去了。我又有什么办法呢？ 科研的正式起步在2002年的夏天，那时候我横下一条心每天坚持做实验，设计好了实验以后，就按照计划去做，并在途中不断修正计划。我自己制定了一张表，要做什么试验。做了以后就在表上注明几月几日做了，数据的标号是从几几几到几几几，接下去还要做什么试验才能完成一篇文章。在做实验过程中为了抢时间我甚至日夜颠倒，以实验为基准安排自己的睡觉：试验做完以后睡觉，睡觉醒了以后马上又到实验室做实验。 到了2002年12月的一天晚上我在家里收email，发现老板给我写了信，说他正在投一篇Langmuir，叫我看一下。我打开附件的时候心里想“会不会有我的名字呀”？结果发现文章里面我一个数据也没有的，我确是第二作者。当时我什么心情？觉得很复杂。“喜悦”的是终于出文章了；但“痛苦”的是因为我其实不要名字的，我只是重复了第一作者的部分数据，使老板确信第一作者的数据是对的，所以才投稿了。可以看出老板想栽培我，但是我又知道老板又不是给人随便挂名的人，我们组里就是两个人做同样课题，写文章都是不挂名的，所以我的心情复杂。 2002年我做了几个月试验，写成文章后老板修改了无数篇，一直到2003年3月才投出去，投给Journal of Catalysis, 结果审稿两个月，小修发表。这篇文章讲的是不同气体对手性促进剂在白金表面吸附的影响。发现氮气、氧气等气体对手性促进剂在白金表面吸附是“惰性”的；氢气促进了手性促进剂在白金表面吸附；而一氧化碳阻碍了手性促进剂在白金表面吸附；氢气和氧气，在手性促进剂存在的前提下，可以移走吸附的一氧化碳；但是如果一氧化碳是被氧气移走的，这件事情并不能引发手性促进剂的后续吸附；而如果一氧化碳是被氢气移走的，这件事情能够引发手性促进剂的后续吸附。文章找到了我们的数据和催化文献中数据的关联。这篇发表的时候为13页，发表后三年被引用近30次。看到这篇文章，心里很甜，因为只有自己通过努力得到的东西，才最喜欢。 （三）艰难地“爬行”（第3-4篇文章的故事） 别以为在国外出文章很容易的。毕业的时候五年能出版三五篇“自己的”文章（有别于老板出点子、老板出物理模型、老板写文章却把学生列为第一作者）已经算很不错的了。由于科研条件的限制（很多时候，就是一个学生一台破仪器，其它科研手段都是没有的）和那种研究生培养机制的束缚（就是缺乏把学生培养成为学术大师的志向、信心和行动，把学生当作免费教书助教机器来使，让学生在业余时间才有空干免费科研的活），我感到走路非常艰难。 从2002年10月开始，我开始研究了不同有机溶剂对于手性促进剂在白金表面脱附的影响。发现这里面有很大的影响。我写了篇文章说准备投Journal of Colloid and Interface Science，但被Zaera的精神和标准打动，决心先不能这样急躁地收手，应该做继续研究，应该研究为什么影响是这么大，是什么物理参数影响了手性促进剂在白金表面脱附。初步结果发现手性促进剂在不同溶剂中的溶解度是完全不同的。有个初步发现很容易，但是要使科研完整，花的时间就是几百倍的时间了。于是，2003年的大部分时间我都在搞这个研究。当时，当助教和准备博士生资格口试无谓地花去了我无数时间，严重影响了科研，使我无法开展那种一做就是一天的实验。于是我就灵活机动地设计了“测溶解度试验”，这种试验只要花小块时间做，每天都有几个数据，这样日积月累就把这件事情做完了。这篇文章于2004年才投出去，几乎不用修改就被Journal of Physical Chemistry B接收了。 2003年上半年，他还说他要写会议论文，叫我提供数据，并建议怎么写。我提供了部分数据，建议了怎么写以后，他写了会议论文，把我列为第一作者，2004年发表在Journal of Molecular Catalysis A: Chemical上，虽然我心里认为第二作者（别人）本来可以成为第一作者，我的贡献是微不足道的。这篇文章两年被引用20多次。 （四）幸福日子的开始（第5-6篇文章的故事） 由于他不大指导科研，我就 do whatever I want to do！ 2003年四、五、六月，为了弥补前段时间准备口试而耽误科研的损失，我设计了“不同有机溶剂在白金表面分解”的实验，发现有的溶剂很容易分解为吸附一氧化碳，而有的溶剂很难。为什么呢？做了实验后才归纳出这和有机物的分子结构有关。如果一个分子有C=O双键，那么就容易分解为吸附态的一氧化碳；而如果一个分子有C-O单键，则很难；如果一个分子的C=O双键旁边连接的是氢基或氢氧基，则分解容易；而如果连接的是体积巨大的有机基团，则不容易。没有作试验之前，我是不知道这个规律的，只有做了这些试验，才知道这些规律。把文章整理后，经过半年修改才于2004年2月投出去，发表在Catalysis Letters，发表时8页。我很高兴，因为这是我自己要做的实验，而不是他逼着我做的实验。 2003年暑假，他又叫我写综述，说Encyclopedia of Inorganic Chemistry主编邀请他写篇综述，关于“金属的多相催化”。我想有文章写了，当然很高兴。于是我停止了做实验，徜徉在文献的海洋里，花了一个多月写了这篇发表时17页的综述。他和我讨论过几次，感到有点收获。比如一开始我有一张表，罗列了不同催化杂志的名称，什么时候创办的。我还把最近三年发表在催化杂志上的文章一篇一篇地看，统计得出大约25%的文章是和金属催化有关的，然后把这些百分比显示在一张“饼图”当中。他对这两张表嗤之以鼻，说纳税人出钱给你做科研，关心的是你的科研能给他们带来什么生活上的好处，是变成了他们衣服的一部分，还是成为他们汽车尾气装置的一部分，你说有什么杂志，别人才不关心呢。写到“金属催化剂在生产化学品的应用”部分的时候我又有一张表，归纳了邓景发、李和兴等人使用的非晶态催化剂的名称、适用的加氢反应、以及具体的转化率、选择性。老板说你应该主要介绍工业上已经广泛使用的成熟的反应，而不是你在报告里面听到什么、你凑巧知道某人的工作，你就花大笔墨去写。于是我把这些东西全部删除了。最后，综述被他修改了六七遍后投稿马上接收，于2005年末才发表。 写完综述以后，我又开始做实验。我设计了“不同溶剂对一氧化碳氧化反应影响”的实验，发现存在巨大溶剂效应，马上整理文章。但是他压着不发。这件事情有待到后文叙述。我还作了其它试验。 （五）继续奋斗（第7-8篇文章的故事） 后来，到了2004年年初，他又叫我写综述了，这次是为一本教科书写“多相催化剂的表征”一章。我参阅了大量文献，花了两个多月，没有作任何实验，写出了这篇综述。他和我反复改了六七遍。最后于2006年初发表了，长37页。 写完了综述，觉得要出点科研成果了。以前在做Catalysis Letters文章的时候，研究了一系列有机物在白金表面的分解，发现有的能分解为吸附态一氧化碳，有的不能。但是做这些结论的假设前提是：吸附态一氧化碳的红外峰和有机物自己的峰不能重叠，否则你就不知道什么是什么了。这种假设前提在大多数情况下是成立的，但在有的情况下值得怀疑，所以是否有吸附态的一氧化碳在这些条件下值得怀疑。以往我用水溶剂去冲洗来作为“诊断试验”，但是发现对于低含量的一氧化碳，效果并不好。在一个偶然的机会里我发现不同溶剂对一氧化碳氧化反应有很大影响，在水/白金界面，一氧化碳很容易被氧化，而在四氯化碳/白金界面，一氧化碳很难被氧化；因此我就用四氯化碳去冲洗作为诊断试验，研究了丙酮酸酯系列化合物在白金表面的分解。这些结果整理在2005年年初整理成一篇文章，但是老板对此没有兴趣。后来，我决定把“溶剂对于一氧化碳氧化的影响”和“丙酮酸酯系列化合物在白金表面的分解”两篇文章合在一起写，写成一篇文章“把在一氧化碳氧化中存在的溶剂效应作为一种新颖的诊断工具来确认液-固结面的低覆盖度的一氧化碳”。写出后他把我的文章束之高阁无数个月，不能认识文章的意义。他给我提了一些意见，说摘要不能吸引人；说图上很多小标题千篇一律，无法使读者一看到图就知道我的图在说什么事情。于是，我不但修改了小标题，还在图上标注了虚线和箭头，以说明试验的次序。后来，他并没有改文章，我在经过他的同意以后以独立作者的名义投给Journal of Colloid and Interface Science，于2006年接收发表，距离该篇文章第一个实验的完成已经有三年多了。这篇文章能够显示我的真实水平，发表时为12页，有人读了以后说写得如行云流水，笔法老练。 （六）Surface Science Reports（第9篇文章的故事） 历时7个月，不做任何实验，利用化学系整体搬家实验室瘫痪的时间，开展“耕种”运动，写出了篇引用文章1286篇，发表时53页的综述，发表在引用因子21.35的重量级杂志上。详情已经发表于http://zhenmafudan.yculblog.com/post.780650.html，不作赘述。 （七）其它无数试验 还作了无数其他试验，前前后后大约“浪费”了一年多，不是证明老板的点子行不通，就是被老板把数据压住说要把我的数据和别人的数据合并起来才能发表。于是，还写了三篇文章，被老板压着，发不发都不知道，也无所谓了。 （八）博士论文的结构 我也不知道我到底是算好学生还是坏学生。我“好”在能够独立提出自己的实验点子，独立完成科研项目，发表文章9篇；但是我“坏”在没有按照老板的思路去做，因为我知道一点按照那种思路去做，一定什么东西也出不了，陷入“陷阱”中去。只要我认为是老板的愚蠢的点子，我不作，他叫别人去做，别人做了三年什么也没有作出来，可见我是有先见之明的。 我的博士论文也不是文章数的机械叠加，也是有结构的。博士论文的标题是：“和催化有关的液-固界面：原位探测和相关的溶液化学”。 引言：催化如何如何重要（我的无机化学百科全书综述）；传统催化剂表征存在什么缺点（我的Surface and Nanomolecular Catalysis教科书综述）；现代表面化学存在什么缺点（我的Surface Science Reports综述），因此，本博士论文要研究的是什么什么。 实验部分：（我第二作者的Langmuir文章） 试验结果第一“兵团”（三篇文章）：研究了气体对手性促进剂在白金表面吸附的影响，发现…, 特别是发现了一氧化碳“杀掉了” 手性促进剂在白金表面的吸附（我的Journal of Catalysis文章）；既然一氧化碳是“杀手”，我研究了在液相催化中吸附态一氧化碳是怎么产生的，我研究了很多有机溶剂和有机反应物在白金表面的分解，发现有的能产生吸附态一氧化碳，有的不能（我的Catalysis Letters文章）；既然一氧化碳是“杀手”，我想怎么把它“杀掉”，于是我就研究了一氧化碳在不同溶剂中的氧化 ，发现有巨大溶剂效应。但是我并没有就此打住：我就利用这种溶剂效应设计了诊断试验来确认由丙酮酸酯分解产生的低覆盖度一氧化碳（我的Journal of Colloid and Interface Science文章）。 试验结果第二“兵团”（三篇文章）：研究了溶剂对手性促进剂在白金表面脱附的影响，发现有的溶剂能使其脱附，有的不能（我的Journal of Molecular Catalysis A : Chemical文章）；为什么这样？发现手性促进剂在不同溶剂中溶解度完全不同？为什么不同？发现溶解度和溶剂的电离常数（极性）有关。通过这个，和文献的催化结果关联（我的Journal of Physical Chemistry B文章）。最后，又进一步作了深度工作，“准备”和别人的结果一起集合发表（另外一篇文章）。 试验结果第二“兵团”（两篇文章）：做了实验，整理出相关的两篇文章，在老板手上还没有发表，故不作介绍。 由此可见，看似孤立的9篇文章能够形成几条逻辑线索，形成几个“兵团”呢，绝对不是东打一枪、西放一炮，也不是简单重复劳动，而是有机的整体。 （九）学到什么东西？ 在Zaera这里的日子，早就结束了。有没有得到点什么东西？要说遗憾，那就是仪器破旧，并没有学到很多仪器方面的东西。要说收获，不但发表了9篇文章，还端正了思想，学会怎样做科研，学到不少文献中的知识，在科研写作方面、做报告方面的能力都有很大提高。这些提高体现在我最后的两篇文章中去：一篇是53页的Surface Science Reports综述，一篇是我自己一个人名字的Journal of Colloid and Interface Science科研论文。 [1] In Situ Characterization of Adsorbates in Solid-Liquid Interfaces by Reflection-Absorption Infrared Spectroscopy J. Kubota, Z. Ma, F. Zaera*, Langmuir 19 (2003) 3371-3376. 引用24次 [2] The Influence of Dissolved Gases on the Adsorption of Cinchonidine from Solution onto Pt Surfaces: an In Situ Infrared Study Z. Ma, J. Kubota, F. Zaera*, Journal of Catalysis 219 (2003) 404-416. 引用30次 [3] In Situ Characterization of the Adsorption of Cinchona Chiral Modifiers on Platinum Surfaces Z. Ma, I. Lee, J. Kubota, F. Zaera*, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 216 (2004) 199-207. 引用24次 [4] In Situ Reflection-Absorption Infrared Spectroscopy at the Solid-Liquid Interface: Decomposition of Organic Molecules on Polycrystalline Platinum Substrates Z. Ma, F. Zaera*, Catalysis Letters 96 (2004) 5-12. 引用3次 [5] Role of the Solvent in the Adsorption-Desorption Equilibrium of Cinchona Alkaloids between Solution and a Platinum Surface: Correlations among Solvent Polarity, Cinchona Solubility, and Catalytic Performance Z. Ma, F. Zaera*, Journal of Physical Chemistry B 109 (2005) 406-414. 引用13次 [6] Heterogeneous Catalysis by Metals (Book Chapter) Z. Ma, F. Zaera*, in: Encyclopedia of Inorganic Chemistry (Second Edition), R.B. King (ed.), John Wiley & Sons, Chichester (2005) 1768-1784. 引用3次 [7] Characterization of Heterogeneous Catalysts (Book Chapter) Z. Ma, F. Zaera*, in: Surface and Nanomolecular Catalysis, R.M. Richards (ed.), Taylor and Francis (CRC Press), Boca Raton (2006) 1-37. 引用2次 [8] Organic Chemistry on Solid Surfaces (Review) Z. Ma, F. Zaera*, Surface Scence Reports 61 (2006) 229-281. 引用3次 ScienceDirect TOP25 Hottest Articles in Surface Science Reports http://dx.doi.org/10.1016/j.surfrep.2006.03.001 [9] Solvent Effect on CO Oxidation as a Novel Diagnosing Tool to Pin Down Low-Coverage CO at the Liquid-Solid Interface: an In Situ Infrared Study Z. Ma*, Journal of Colloid and Interface Science 304 (2006) 419-430. ScienceDirect TOP25 Hottest Articles in Journal of Colloid and Interface Science http://dx.doi.org/10.1016/j.jcis.2006.09.005 [10] Competitive Chemisorption between Pairs of Cinchona Alkaloids and Related Compounds from Solution onto Platinum Surfaces Z. Ma, F. Zaera*, Journal of the American Chemical Society 128 (2006) 16414-16415. [ Last edited by daiqiguang on 2007-5-13 at 16:42 ] |
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