为更好展现人才队伍建设蓬勃面貌,激励青年学生立志学术,球赛下注官方网站开设“博雅新材”栏目,邀访近期新入职的教师畅谈学术经历与思考。
窦锦虎,2010年于青岛科技大学高分子科学与工程学院获学士学位,2016年于球赛下注官方网站化学与分子工程学院获有机化学博士学位,2016年于麻省理工学院(MIT)化学系继续博士后研究,2021年9月加入球赛下注官方网站。
Q:您的简历。
2010年于青岛科技大学高分子科学与工程学院获学士学位
2016年于球赛下注官方网站化学与分子工程学院获有机化学博士学位
2016年于麻省理工学院(MIT)化学系继续博士后研究
2021年9月加入球赛下注官方网站
Q:请简单介绍一下您的研究方向和目前的研究工作。
2015年2月在纪念全球化工巨头BASF成立150周年之际,哈佛大学著名教授George M. Whitesides在Angewandte Chemie International Edition以《Reinventing Chemistry》(《重塑化学》)为题发表评论文章。文中的核心思想之一“化学的使命必须由‘分子’拓展到‘任何与分子相关的事物’上”以及“化学,也许不再是仅以‘原子’和‘分子’为研究对象的学科,而是还能用独特的手段来操控分子与物质,并以此为基础进一步理解、操纵和调控那些(部分地)建筑于原子和分子之上的复杂系统。”我自己的理解这个“复杂系统”就是“材料”,将原子与分子水平的合成方法和分析技术引入具有复杂聚集态结构的材料化学是非常困难的。对于材料化学而言,材料的性质与其结构息息相关,微小的结构差异即会显著地影响材料的宏观物理性质。因此,如何精确控制材料的化学结构及其组装行为是获得高质量、高性能材料的关键问题。传统的分子组装以及聚集态研究大部分集中在分子层次,极大的限制了其在材料化学中的应用。
回国后我将结合过去的研究基础,围绕“多尺度精准调控的功能性配位材料”这一主题开展研究工作。这一研究方向涉及化学、材料、物理以及电子等多个学科,属于前沿交叉研究领域。具体来讲,一方面将围绕在原子、分子层次上理解分子以及离子之间的相互作用力及其竞争关系,探究内在规律;另一方面将在更大尺度上研究量子点或金属团簇与具有特定作用位点的大分子、蛋白质、酶之间组装行为。在此基础上,研究该类材料的力、光、电、磁性质及器件应用,建立起结构与性能的对应关系,并进一步指导新材料的设计,从而获得具有自主知识产权的高性能功能材料及器件。目前的研究方向包括:1.分子尺度的二维聚合物电子材料;2.超分子尺度的配位纳米晶体材料;3.超大尺度的生物信息材料。
Q:可否介绍一下您的求学经历?是由于哪些机缘促使您选择了目前的研究方向?能否分享一下您的求学之路上最难忘的记忆?
说来奇妙,我本科是学高分子材料的,大三的时候导电高分子材料先驱、2000年诺贝尔化学奖获得者白川英树(Hideki Shirakawa)教授来访,我有幸作为志愿者对接服务,近距离与大师交流接触后我便与导电高分子结缘至今。我清楚的记得我当时问了他一个问题,“导电高分子的导电机理是什么?”他回答我说他也不清楚,鼓励我可以自己找寻答案。因此,我本科毕设选题为聚噻吩的振动光谱研究,博士阶段加入了著名的有机电子学专家裴坚老师课题组从事有机半导体的研究,针对有机固体材料聚集态及能级难以精确调控、n型材料缺乏等科学问题,致力于设计合成新的有机小分子和高分子共轭骨架及侧链。通过调控分子间相互作用实现介观尺度上的精确组装,首次提出了有机合金概念,发展了独具特色的材料体系。通过博士期间的工作,我认识到有机固体是通过弱分子间相互作用力结合在一起的,体系复杂且对化学结构、加工条件十分敏感,因此我当时想找到一种能够更可控调节分子聚集态的方法。就自然而然的想到了将键能更强、且兼具方向性和饱和性的配位键引入导电材料体系时,便可以更可控的调节聚集态结构,从而获得一类新颖的电子材料导电MOF材料。我便来到了导电MOF的开创者、MIT的Mircea Dinca教授课题组从事导电MOF材料的研究。
说到最难忘的记忆,一个是2016年春天,我当时在台北故宫收到了MIT博士后的offer,一种奇妙的时空感,很难忘记。另一个是我清晰的记得在MIT求学期间恰逢伟大祖国建国70周年,我们十几个留学生一起在教室里观看了盛大的阅兵式,拉上窗帘大家高唱国歌、热泪盈眶的场景,让我不禁想起百年前的海军将领刘步蟾去英国读书时站在船头说的一段话:此去西洋,深知中国自强之计,舍此无所他求。背负国家之未来,取尽洋人之科学。赴七万里长途,别祖国父母之邦,奋然无悔!还有就是武汉疫情刚刚爆发,MIT与哈佛的同学们自发组织在一起,到处买口罩和物资往国内寄,大家团结在一起,快递公司全部免费邮寄捐助物资。
Q:对您而言,材料学科最独特的魅力是什么?
材料科学是一个研究材料的制备或加工工艺、材料的微观结构与材料宏观性能三者之间的相互关系的交叉学科,与机械结合则衍生出机械材料,与电子结合则衍生出电子材料,与土木建筑结合则衍生出结构材料,与生物学结合则衍生出生物材料等等。在未来的科技竞争中,可以说谁掌握了材料,谁就掌握了未来。
Q:您为什么选择加入球赛下注官方网站?对于日后的教学科研工作有什么期待和计划?
从家国情怀角度“世界上没有任何一所大学,像球赛下注官方网站一样,与一个国家和民族的发展命运如此紧密关联。”从个人发展角度“如果你是房间里最聪明的人,那么你走错房间了。”另外我所从事的新概念材料研究是学院未来布局的重点方向之一,所以这个选择非常自然。
教学上我想成为我博士阶段的导师裴坚老师那样的老师,他常说热爱学生是教师做好教育工作的力量源泉和精神动力,一个教师只有具备了这种道德情感,才能产生做好教育工作的强烈愿望。如今我也成为一名教师,始终不敢忘记父母的教诲,导师的期盼,社会的要求,学生的需求。科研上我期待自己能回答两个问题一是“如何利用合成化学发展新型功能材料来解决能源信息材料领域中的重大基础问题”,二是“如何精确控制材料的化学结构及其组装行为是获得高质量/高性能材料的关键问题”。
Q:您觉得“新工科”的“新”体现在哪些方面?作为成立不久的新学院,北大材料学院应该突出怎样的办学特色?
我所理解的“新工科”是顺应未来产业升级需求,针对新兴产业的专业,如人工智能、智能制造、机器人、云计算等,也包括传统工科专业的升级改造。因此,北大“十四五”规划中明确提出把全力支持新工科建设作为完善学校创新体系的重要内容,力争实现覆盖前沿学术研究、关键技术攻关、国家重大工程的新工科人才培养、学术研究、成果转化的快速发展。
我特别喜欢并认同我们材料学院首任院长张锦院士提出的“真材实料、立地顶天”这一建院理念。我们材料学院的诞生便是主动应对新一轮科技革命与产业变革的战略行动,主动布局未来战略必争领域的人才培养,因为未来的产业领袖如果只是会专业技术已经不足以应对创新经济时代的需求与挑战。
Q:您在工作之余有什么兴趣爱好?您是如何平衡工作与生活的?
我目前喜欢养花、爬山、狼人杀(对,我是高玩)、科幻小说。
这个很难平衡,回家不被家里领导骂就行,所以我工作之余还爱好做饭,出门逛街一般都去菜市场。疫情期间我在家复刻了南北中外各类美食,尤其擅长烹饪海鲜。
Q:您对目前学院在读的学生有什么学习、科研和生活方面的建议?对于有志从事学术的学生,您有什么经验分享?
相信大家和我一样,近几年明显感觉到世界各国都在加码布局能源信息材料领域,我们国家也在奋力攻坚新能源、新材料这一产业高峰,材料专业迎来了发展新动能。非常明显的风向标就是房地产和互联网的企业都来投资新能源新材料领域了,我认为对于我们专业的同学们来说是利好。前面提到,学院的学科布局和发展理念最终落子在对同学们的培养上,同学们可以趁势而上,大有作为。
对于科研经验,我也是刚开始独立工作,但我一直提醒自己要做一些简单又有趣的科研,直击领域前沿,idea直接不绕口,三句话能给别人讲明白为什么要做、做了什么、有什么意义。这是我最想和同学们分享的,与大家共勉。