85后正教授—鄧鶴翔，相信很多人并不陌生。特別是做MOFs多孔材料的同學(xué)，對(duì)鄧?yán)蠋煹难芯砍晒氡馗侨鐢?shù)家珍。然而，有誰(shuí)知道，鄧教授能取得今天的成就并非一帆風(fēng)順，期間也經(jīng)歷了不少波折。
Part 1 ?鄧教授的成長(zhǎng)經(jīng)歷
鄧鶴翔教授于1985年4月出生于湖北武漢，中學(xué)就讀于武漢49中。中學(xué)時(shí)期便嶄露頭角，成為學(xué)校的風(fēng)云人物。時(shí)至今日，在武漢49中乃至該校所在的武漢市青山區(qū)，“鄧鶴翔”都是個(gè)如雷貫耳的名字。2003年，還在念高三的他，獲得了中國(guó)高中生化學(xué)競(jìng)賽全國(guó)一等獎(jiǎng)、奧林匹克化學(xué)競(jìng)賽全國(guó)決賽二等獎(jiǎng)，順利取得了復(fù)旦大學(xué)的保送資格。
隨后，鄧鶴翔教授保送進(jìn)復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系，也成了學(xué)校理科基地班的學(xué)生。本科期間，鄧鶴翔一直拼勁十足，利用假期閱讀文獻(xiàn)、在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，不回家成了他的常態(tài)。鄧鶴翔念大一時(shí)，趙東元院士是理科基地班公共課《普通化學(xué)》的授課老師。上課時(shí)，鄧鶴翔喜歡提問(wèn)和發(fā)表自己的觀點(diǎn)，給老師留下了比較深的印象。大一學(xué)期結(jié)束前，他主動(dòng)去辦公室找了趙東元院士，表達(dá)自己希望進(jìn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)的愿望。雖然本科課業(yè)繁重，能夠去實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間有限，但鄧鶴翔卻在實(shí)驗(yàn)室花了大量時(shí)間學(xué)習(xí)。除了做實(shí)驗(yàn)，他還閱讀了很多文獻(xiàn)，常常請(qǐng)系里的教授為他推薦書目和論文。組里的同學(xué)回憶說(shuō)，當(dāng)時(shí)在每周的組會(huì)上，鄧鶴翔總是能條理清晰地表述哪些文獻(xiàn)為什么值得一讀、如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，“他還特別關(guān)注國(guó)際最前沿的科學(xué)研究情況，相關(guān)領(lǐng)域哪些人正在做什么研究、獲得了怎樣的成果”。本科畢業(yè)前，鄧鶴翔便與系里的研究生合作，發(fā)表了兩篇SCI論文，其中一篇發(fā)表在《Biomaterials》上。
博士期間三篇正刊
2007-2008年，鄧鶴翔教授本科畢業(yè)后以 “visiting student”的身份赴美國(guó)休斯頓大學(xué)化學(xué)系進(jìn)修。由于休斯頓大學(xué)化學(xué)系在國(guó)際上的排名在200位左右，算不上是一流院系。鄧鶴翔教授內(nèi)心十分不甘，于是一邊就讀，一邊請(qǐng)國(guó)內(nèi)導(dǎo)師幫忙寫推薦信，最終如愿去了加州大學(xué)洛杉磯分校Omar M. Yaghi教授組里攻讀博士學(xué)位。Yaghi教授是世界著名的化學(xué)家和材料領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，是MOFs、COFs、ZIFs等領(lǐng)域的開(kāi)拓者和奠基人。鄧鶴翔教授博士的研究課題便是MOFs。那段時(shí)間，鄧鶴翔教授成長(zhǎng)迅速，不到兩年便發(fā)了人生中的第一篇《Science》。?自此之后，鄧鶴翔教授的科研如同“開(kāi)掛”一般，成果迭出，2010-2013年期間，陸續(xù)發(fā)表了第二篇、第三篇《Science》。博士期間，三篇正刊，這樣豐碩的成果讓國(guó)內(nèi)外很多科研人員都為之瞋目結(jié)舌。
之后的經(jīng)歷，便為大家所知的那樣。鄧鶴翔教授博士畢業(yè)后回國(guó)，直接被聘為武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院教授，成為當(dāng)時(shí)最年輕的85后正教授，轟動(dòng)一時(shí)?；貒?guó)后鄧?yán)蠋熞恢备旁贛OFs領(lǐng)域。在他回國(guó)工作的這幾年里，鄧?yán)蠋熣n題組的特點(diǎn)是只重質(zhì)量，不注重產(chǎn)量。雖然初期課題組的論文不是很多，但是質(zhì)量都很高。厚積薄發(fā)，兩年后（2015年）一篇《Nature》橫空出世。
今年是鄧鶴翔教授回國(guó)工作的第七年，七年來(lái)課題組相繼在Science, Nature, Nat. Chem., Nat. Commun., JACS, Angew等國(guó)際頂級(jí)期刊發(fā)表論文四十余篇。特別是今年九月份，鄧教授課題組關(guān)于人工光合作用的最新研究成果再次榮登《Nature》，獲得國(guó)內(nèi)外同行高度關(guān)注和評(píng)價(jià)。
Part2經(jīng)典工作回顧
下面就請(qǐng)各位讀者大大，跟小編一起回顧?quán)嚱淌谀切┠暝凇禨cience》、《Nature》上發(fā)表的經(jīng)典工作。
1、2010年 Science: 多種有機(jī)配體混合，賦予單一MOF多個(gè)功能
由于MOFs中有機(jī)配體單元不會(huì)緊密堆積在晶格的其他部分，因此有可能將作為同一母體化合物衍生的多個(gè)配體與相同的端基混合，從而賦予所獲得的MOFs多個(gè)功能。鑒于此，鄧鶴翔教授等人以無(wú)規(guī)方式混合1,4-苯二甲酸及其衍生的8種配體，制成了復(fù)雜的18元鋅基MOF-5。雖然這些結(jié)構(gòu)的骨架（氧化鋅和亞苯基單元）是有序的，但官能團(tuán)的分布是無(wú)序的，從而賦予MOF-5同一相中最少包含八種不同的功能。此外，這種混合對(duì)孔隙率和吸收特性的影響是非線性的。研究發(fā)現(xiàn)，與單一配體相比，無(wú)序混合生成的MTV-MOF-5-EHI對(duì)CO中CO2的選擇性高出400％。該成果以“Multiple Functional Groups of Varying Ratios in Metal-Organic Frameworks”為題發(fā)表在《Science》上，鄧鶴翔教授為文章的第一作者。
論文連接：
https://science.sciencemag.org/content/327/5967/846
2、2012 年Science: MOFs孔徑的重大突破—-最高可達(dá)98 ?！
多孔晶體的孔徑?jīng)Q定了可能進(jìn)入孔的分子的大小，而制造孔徑大小適合于有機(jī)、無(wú)機(jī)和生物大分子的晶體一直是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。目前，已報(bào)道的MOFs最大內(nèi)部孔徑為47?。原則上，在MOF的合成中應(yīng)該使用更長(zhǎng)的配體，以便提供更大的孔。但這通常會(huì)產(chǎn)生互穿結(jié)構(gòu)，從而限制孔的大小，或者會(huì)導(dǎo)致框架很脆甚至崩塌。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，鄧鶴翔教授等人開(kāi)發(fā)了一種將有機(jī)配體與金屬原子形成二級(jí)構(gòu)建單元的策略。通過(guò)逐步增加MOF設(shè)計(jì)中使用的有機(jī)鍵中原子數(shù)，將著名的MOF結(jié)構(gòu)MOF-74的孔徑擴(kuò)大到以前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的尺寸范圍。?具體來(lái)說(shuō)，是將著名的MOF-MOF-74系統(tǒng)從其最初的一個(gè)亞苯基環(huán)（I）擴(kuò)鏈為兩個(gè)，三個(gè)，四個(gè)，五個(gè)，六個(gè)，七個(gè)，九個(gè)和十一個(gè)（II至XI）， 分別得到等孔系列的MOF-74結(jié)構(gòu)（稱為IRMOF-74-I至XI），孔徑范圍為14至98 ?。?該系列的MOFs均具有非互穿結(jié)構(gòu)，并且他們的結(jié)構(gòu)十分堅(jiān)固。?經(jīng)過(guò)低聚乙二醇官能化的IRMOF-74-VII和IRMOF-74-IX的孔孔徑足夠大大到能讓天然蛋白質(zhì)進(jìn)入孔中。該研究成果以“Large-Pore Apertures in a Series of Metal-Organic Frameworks”，為題發(fā)表在《Science》上，其中鄧鶴翔教授和美國(guó)西北大學(xué)Sergio Grunder為文章的共同第一作者。
論文鏈接：
https://science.sciencemag.org/content/336/6084/1018
3、2013 年Science: MOFs中官能團(tuán)的空間分布表征
在MOFs分子中，無(wú)機(jī)中心（金屬原子或簇）通過(guò)二齒有機(jī)基團(tuán)連接。通常，在整個(gè)結(jié)構(gòu)中會(huì)使用相同的基團(tuán)，但是最近，帶有不同官能團(tuán)的有機(jī)配體也成功用于精確有序的MOFs的合成。然而，這些官能團(tuán)的分布情況如何，一直是個(gè)未知的狀態(tài)。鑒于此，鄧鶴翔教授等人提出了一種表征方法，即使用固態(tài)核磁共振測(cè)量與分子模擬相結(jié)合的方式，以繪制這些官能團(tuán)在這些材料中的分布情況。研究表明，這些方法可以區(qū)分官能團(tuán)分配的隨機(jī)（EF），交替（EI和EHI）和各種簇（BF）形式，并成功確定了一系列多元金屬-有機(jī)框架（MTV-MOF-5）中的官能團(tuán)的空間分配情況，從而可預(yù)測(cè)晶體MTV-MOF的吸附性能。此外，該方法是在有序框架的背景下開(kāi)發(fā)的，為解決其他有序材料（包括介孔材料，功能化聚合物和結(jié)晶固體中缺陷分布）中普遍的空間混亂問(wèn)題邁出了堅(jiān)實(shí)的第一步。該成果以“Mapping of Functional Groups in Metal-Organic Frameworks”為題發(fā)表在《Science》上，加州大學(xué)Qianxue Kong, 鄧鶴翔以及Fangyong Yan為文章的共同第一作者。
論文鏈接：
https://science.sciencemag.org/content/341/6148/882
4、2015 Nature: ?金屬有機(jī)骨架中的額外吸附和吸附物超晶格形成
金屬有機(jī)骨架（MOFs）被廣泛用于涉及吸附的應(yīng)用，例如氫氣，甲烷或二氧化碳的存儲(chǔ)。吸附過(guò)程的選擇性和吸收能力由涉及被吸附物及其多孔基質(zhì)材料的相互作用決定。但是，盡管吸附劑分子與內(nèi)部MOF表面以及它們之間在單個(gè)孔中的相互作用已得到了廣泛的研究，但跨孔壁的吸附劑-吸附劑分子相互作用尚不清楚。鑒于此，武漢大學(xué)鄧鶴翔教授團(tuán)隊(duì)使用小角X射線衍射來(lái)原位跟蹤和繪制整個(gè)吸附-解吸等溫線，以觀察中孔MOF-74系列五個(gè)成員中被吸附分子的分布和順序，并首次揭示了小分子在限域空間中的有序自發(fā)聚集行為。研究發(fā)現(xiàn)，不同孔道中的分子能夠通過(guò)與具有原子厚度的MOF孔壁相互作用，與周圍孔道中的分子進(jìn)行“溝通”，從而形成跨孔道的不均勻分布，這種不均勻分布導(dǎo)致了額外氣體吸附區(qū)域的產(chǎn)生以及氣體分子的超晶格有序排列。該成果以“Extra adsorption and adsorbate superlattice formation in metal-organic frameworks”為題，發(fā)表在《Nature》上，其中韓國(guó)科技大學(xué)Hae Sung Cho和Keiichi Miyasaka以及武漢大學(xué)鄧鶴翔教授為文章的共同第一作者。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/nature15734
5、2020年 Nature: 二氧化鈦在金屬有機(jī)框架中介孔的填充及二氧化碳光還原
通過(guò)人工光合作用將二氧化碳還原成有利用價(jià)值的化學(xué)產(chǎn)品，不僅能夠?yàn)槟茉次C(jī)提供新的解決方案，而且能夠有效減少生態(tài)環(huán)境中二氧化碳的含量。然而，目前人工直接光還原二氧化碳的效率在全光譜下僅有0.5-5%，遠(yuǎn)低于植物，且往往需要犧牲劑的輔助。鑒于此，鄧鶴翔教授課題組從材料的合成角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種介觀尺度上（2-50納米），TiO2和MOF孔道界面的分子定制。此分子定制界面的構(gòu)筑類似于葉綠體中光催化基元的局域化，能夠?qū)崿F(xiàn)二氧化鈦納米顆?；瘜W(xué)環(huán)境的精準(zhǔn)定制，從而實(shí)現(xiàn)了單波長(zhǎng)光驅(qū)動(dòng)下CO2還原11.3%的表觀量子產(chǎn)率，并觀察到等當(dāng)量O2的釋放。該研究以“Filling metal–organic framework mesopores with TiO2?for?CO2?photoreduction”為題發(fā)表在《Nature》上，武漢大學(xué)江卓和徐曉暉博士為共同第一作者，武漢大學(xué)鄧鶴翔教授、Ling Zan教授和上?？萍即髮W(xué)Osamu Terasaki教授為共同通訊作者（詳細(xì)解讀：武漢大學(xué)鄧鶴翔再發(fā)《Nature》：“分子隔間”讓MOF材料對(duì)CO2光催化還原AQE躍升至11.3%）。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2738-2
除了上述關(guān)于MOF構(gòu)筑和吸附研究工作，鄧鶴翔教授課題組在MOFs用于光催化產(chǎn)氫（Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 5326-5331）、儲(chǔ)能（Adv. Energy Mater., 2019, 10, 1903186；Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 3916–3921）、激光打印金屬納米微晶芯片（J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 5481-5489）、可控藥物釋放（J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 40, 14209-14216）、快速尿檢納米試紙（Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 130, 7238-7243）、對(duì)DNA負(fù)載以及免疫細(xì)胞轉(zhuǎn)染（Nat. Commun., 2018, 9, 1293）等領(lǐng)域均有涉獵。由于篇幅所限，小編在此不一一介紹，感興趣的讀者可移步鄧教授課題組網(wǎng)頁(yè)細(xì)覽。
鄧鶴翔教授課題組網(wǎng)頁(yè)：
Part 3 ?鄧鶴翔教授簡(jiǎn)介
鄧鶴翔，男，1985年4月生，湖北武漢人，博士，現(xiàn)任武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院教授，國(guó)家青年人才計(jì)劃入選者（2012年）。2007年在復(fù)旦大學(xué)取得學(xué)士學(xué)位，早期在趙東元院士課題組從事介孔材料研究。2011年在加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）取得化學(xué)博士學(xué)位，導(dǎo)師為MOFs、COFs開(kāi)拓者Omar Yaghi教授，研究方向?yàn)榫B(tài)納米孔材料MOFs的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)與合成，同年獲得國(guó)家優(yōu)秀自費(fèi)留學(xué)生獎(jiǎng)學(xué)金。2012至2013年先后在加州大學(xué)洛杉磯分校、加州大學(xué)伯克利分校勞倫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）從事博士后研究工作。2013年初加入武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院，任青年學(xué)科帶頭人。2020年8月，入選2020年度國(guó)家杰出青年科學(xué)基金建議資助，現(xiàn)為武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院教授。
研究方向?yàn)橛袡C(jī)、無(wú)機(jī)分子的導(dǎo)向性組裝；綠色多孔材料；綠色儲(chǔ)能納米材料；以及固體納米材料在氣體儲(chǔ)存與分離、節(jié)能減排、選擇性催化等方面的應(yīng)用。目前已在孔材料的同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)孔道擴(kuò)展、孔徑及孔環(huán)境系統(tǒng)性精確調(diào)控方面取得一系列進(jìn)展，在多組分合成策略以及生物大分子負(fù)載等方面進(jìn)行了前瞻性探索。曾在Science、Nature Chemistry等著名國(guó)際期刊上發(fā)表多篇論文，研究成果被Nature Chemistry, Cundefinedamp; EN, Science Daily, Asian News International, Nanotechnology Now 等媒體報(bào)道。申請(qǐng)專利16項(xiàng)，其中已被授權(quán)9項(xiàng)。美國(guó)化學(xué)協(xié)會(huì)會(huì)員Member, American Chemical Society (ACS)，美國(guó)多功能納米構(gòu)建中心會(huì)員Member, the center on Functional Engineered Nano Architectonics (FENA)，伯克利中國(guó)能源論壇(Berkeley China Energy Forum)創(chuàng)始人之一。
