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记一次小组报告会
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在美国师从催化大师、Journal of Molecular Catalysis A主编的时候，在他组里每 年我都做三次报告。那是表面催化组、电子显微镜和表面物理小组联合举办的联 合报告，空气非常沉闷，因为隔行如隔山，别人往往是选取自己领域的、只有自 己和自己老板才关心的某篇文章来讲，别看大家都朝屏幕上看，其实大家什么都 没有听懂。我到了他的组里以后，进行了”反其道而行之”的改革，讲的不是某一 篇文章，而是自己看的一系列文章，来体会其中的科研思想、逻辑线索。 在博士生五年级的时候讲过一个终身难忘的报告，报告的题目很狂妄： Fancy Stuff versus Solid Science: To be or Not to be ? (花骚的东西 对决 扎实的科学：我究竟该何去何从？) 其中，To be or Not to be ?是莎士比亚的一句名言，意思说面对生活中的困惑 和选择，我究竟该何去何从？反映出我作为一个高年级研究生，而在思考的一个 问题。 做报告的时候，开宗明义放了一张图：一个人被淹没在了文章堆里面。我说：最 近我读到Nature里面一篇评论，题为“发表文章的政治学”，说的是世界上有很多 文章，有的文章就喜欢搞一些花骚的东西来吸引读者，”剪裁”文章，以使文章能 被“令人尊重的杂志”接收，但是这样做却埋没了真正的扎实的科学。 我马上秀出一个有趣的纳米晶体的图，以两页快报形式发表在“令人尊敬的杂志 ”上。我说这个工作非常有趣，但是我发现两个问题： [1] Beauty is only skin-deep （是莎士比亚的一句名言，意思说外表美丽的东西 ，是肤浅的。）我说从这篇两页快报中，我们首先无法知道他们纳米晶体合成的 机理是什么！我们只知道他们；其次，没有全景：我们只知道在他们仔细选取的 条件下能“首次合成”“美丽的”纳米晶体，但是却没有告诉我们 What happens under otherwise experimental conditions. 第三，他们也没有告诉我们实验的 “陷阱“，就是试验的难点、瓶颈在哪里，这就给我一个错觉，好像你加把盐、加 把糖、加杯可乐，出了个新的纳米晶体后，你就出篇Nature；你加把盐、加把 糖、加杯可乐，你就出篇Science. [2] All's well than ends well （美国成语：结果好什么都好）。我说你打开反应 器，如果发现别人没有报道过得“美丽的”纳米晶体，人人说你好学生。而如果你 同样还是这个学生，你一样努力、一样聪明，打开反应器却发现产生了“旧晶体” ，人人说你坏学生，虽然你还是你自己，但这公平吗？ 我说，正因为这两点原因，我不喜欢fancy stuff。 而什么是 Solid Science 呢？ 我秀出1988年高滋教授等人在ZEOLITES上发表的 两张图，说左图显示了调变铁、铝、硅的成分导致了不同沸石的形成，在这个组 分范围形成了某种沸石，那个范围形成了那种沸石，而在其它范围什么沸石也没 有产生。我说右图显示了为了形成这种沸石，这个范围的产率是90-100%，而那 个范围的产率是80-90%，所以我得到了一个全景。 我说，这次报告的目的在于介绍我阅读了一系列好文章以后，得到的两点启示： [1] 扎实的科学是怎么发展的？ [2] 如何才能使一个课题能够逻辑地延伸下去？ 我马上画了流程图：基本上，一个人在做一个旧的课题，但是当他把旧课题的知 识和经验延伸到新的课题的时候，这是就有个重要的问题，那就是"pitfall"（陷阱 ），就是说遇到了科研难题，因为旧课题的知识无法移植到新的课题当中去。于 是，研究者试图解决这个实际问题，并提出“假说”。为了证明假说，他设计并实 施了“诊断试验“。当他证明了自己的假说以后，试图把这个体系的知识延伸到下 一个新的体系，但又遇到了新的问题，于是，这个循环又延伸下去，这样，源源 不断有逻辑型的系列文章就出来了。 于是，我开始了举例子，或者叫“个案研究”。 我说，层柱磷酸盐在催化中如何如何重要，但是人们研究的主要是层柱磷酸锆。 最近，吉林大学的科学家发现了新型层状磷酸铝，和小孔磷酸铝不一样，他们 是层状的，层板是带电荷的，不是中性的，因此层板之间用有机胺连接起来的。 为了做出层柱磷酸铝，第一步要把层板中原有的胺替换出来，但是当高滋教授 等人把合成层柱磷酸锆的知识（一个“旧课题”）“移植”到层柱磷酸铝体系（新的 课题、新的体系）的时候，发现旧的知识无法移植！为什么这样？因为在层柱磷 酸锆体系，有机胺替换的时候是把有机胺溶解在水里面，再来替换；但是如果 现在他们用水溶液来做试验，发现层状磷酸铝的层板都被打碎了，形成胶体， 因此失去了层状结构。那么，如何“杀掉”这个“陷阱”呢？ 我说：两步动力学（原料 --〉中间体 ---〉最终产物）具有哲学含义。我要得到 最终产物，必然要调节两步的速率：如果第一步太快，第二步太慢，我得到一大 堆中间体，却不得到最终产物；而如果第一步太慢，第二步太快，我得不到中间 产物，因此也得不到最终产物。 为什么“移植”是失败的？这是因为如果用水作溶剂，研究者得到的只是中间体， 却得不到最终产物；高等人发现，如果用纯乙醇做溶剂，磷酸铝的层板“惰性”不 变，还是它自己，这就类似第一步反应太慢，为此，研究者需要调解实验参数来 调节两步动力学的相对速率。结果是：他们使用水-乙醇混合溶剂，发现能达到目 的。 我接着说：他们文章给我的启发是一个研究者不能只是选取某个条件说他们合成 了一个晶体，却不告诉我们 What will happen under otherwise experimental conditions ? 我指出在图中，水-乙醇混合溶剂好，那只是定性现象。高等人还 研究了不同水-乙醇比对结果的影响（见本图）。 他们提出的“假说”是溶剂的电离常熟控制了结果。为了证明这个假说，他们配置 了不通电离常熟的其它混合溶剂，发现其它混合溶剂的“有效范围”和用水-乙醇 的“有效范围”吻合。 在这篇文章里面（Delamination and intercalation of layered aluminophosphate with [Al3P4O16]3- stoichiometry in water/alcohol/amine solutions ， Huang Q, Wang WH, Yue YH, Hua WM, Gao Z*，Journal of Colloid and Interface Science 257: 268-275 (2003)），高等人并没有停留在这步。他们刚才用的是 把乙胺溶解在水-乙醇里面。在这篇文章里面，他们还告诉我：如果用的 不是乙 胺，而是C4, C6, C8, C10...会怎么样！结果发现用长链胺的时候有pitfall （陷阱 ），就是产生了几个中间体（杂相）。 我说，他们并没有停留在这里，在另外一篇文章里面（Delamination and alkylamine intercalation of a layered microporous aluminophosphate [Al3P4O16][CH3(CH2)3NH3]3， Huang Q, Wang WH, Yue YH, Hua WM, Gao Z*，Microporous and Mesoporous Materials 67: 189-194 (2004)），他们 告诉我：如果用的不是这种磷酸铝，而是另外一种不同的磷酸铝，结果又是怎么 样的呢？ 我说，他们并没有停留在这里，在第三篇文章里面（Delamination and aromatic amine intercalation of layered aluminophosphate with [Al3P4O16]3- stoichiometry， Wng C, Hua WM, Yue YH*, Gao Z, Journal of Colloid and Interface Science 285: 731-736 (2005)），他们告诉我：如果用的不是直链的 脂肪胺，而是带有芳环的胺，结果是怎么样的。结果发现 benzyl amine 能进入 层板当中，而 aniline 却不行，这里体现的哲学是“pitfall"哲学。 为什么这样的呢？他们的假说是 benzyl amine 是碱性的，而 aniline 是酸性的； 如果要使胺插入磷酸铝层板之间，我们知道”强酸和强碱反应生成弱酸和弱碱”， 因此，胺必须带有一定的碱性才能插入。 他们文章的妙处在于他们设计了巧妙的”诊断试验“来测试他们的假说：他们用一 种略微碱性的胺，发现能微量插入；而用一种略微酸性的胺，发现没有插入，这 就证明了他们的假说。 我说高等人的文章使我佩服的地方还在于”一波未平，一波又起”：我们知道用 aniline 是不行的，它已经成了”死马“，但是假设我一定要它行呢？如何才能拯救 ”死马”呢？我介绍了他们发表的另一篇文章：”Controlled delamination and intercalation of layered microporous aluminophosphate by a novel two-step method， Wang C, Hua WM, Yue YH*, Gao Z*，Microporous and Mesoporous Materials 84: 297-301 (2005)”。说，实质还是在于两步动力学： 先人为加入酸，调节酸性，让它走完第一步；再人为加入碱，让它走完第二步 就行了。 我介绍了阅读高教授的四篇系列文章对我在美国科研工作的影响，强调的是这 里面展现出的“一波接一波”的研究哲学，虽然他们没有在“令人尊敬的杂志”上 发表文章，但这才是 Solid Science。我还说这是我在阅读了他们系列文章以后 自己感悟出来的，自己整理的报告，并没有看过高等人的报告薄膜。 [ Last edited by berlin on 2006-11-13 at 16:07 ] |
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