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)，對鄧?yán)蠋煹难芯砍晒氡馗侨鐢?shù)家珍。然而，有誰知道，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)時期便嶄露頭角，成為學(xué)校的風(fēng)云人物。時至今日，在武漢49中乃至該校所在的武漢市青山區(qū)，“鄧鶴翔”都是個如雷貫耳的名字。2003年，還在念高三的他，獲得了中國高中生化學(xué)競賽全國一等獎、奧林匹克化學(xué)競賽全國決賽二等獎，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，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，鄧鶴翔喜歡提問和發(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)室的時間有限，但鄧鶴翔卻在實(shí)驗(yàn)室花了大量時間學(xué)習(xí)。除了做實(shí)驗(yàn)，他還閱讀了很多文獻(xiàn)，常常請系里的教授為他推薦書目和論文。組里的同學(xué)回憶說，當(dāng)時在每周的組會上，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，一邊請國內(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)域的開拓者和奠基人。鄧鶴翔教授博士的研究課題便是MOFs。那段時間，鄧鶴翔教授成長迅速，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，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)時最年輕的85后正教授，轟動一時?；貒筻?yán)蠋熞恢备旁贛OFs領(lǐng)域。在他回國工作的這幾年里，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工作的第七年，七年來課題組相繼在Science, Nature, Nat. Chem., Nat. Commun., JACS, Angew等國際頂級期刊發(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》，獲得國內(nèi)外同行高度關(guān)注和評價(jià)。
Part2經(jīng)典工作回顧
下面就請各位讀者大大，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多個功能
由于MOFs中有機(jī)配體單元不會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配體與相同的端基混合，從而賦予所獲得的MOFs多個功能。鑒于此，鄧鶴翔教授等人以無規(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，無序混合生成的MTV-MOF-5-EHI對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)該使用更長的配體，以便提供更大的孔。但這通常會產(chǎn)生互穿結(jié)構(gòu)，從而限制孔的大小，或者會導(dǎo)致框架很脆甚至崩塌。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，鄧鶴翔教授等人開發(fā)了一種將有機(jī)配體與金屬原子形成二級構(gòu)建單元的策略。通過逐步增加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)大到以前無法實(shí)現(xiàn)的尺寸范圍。?具體來說，是將著名的MOF-MOF-74系統(tǒng)從其最初的一個亞苯基環(huán)（I）擴(kuò)鏈為兩個，三個，四個，五個，六個，七個，九個和十一個（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，無機(jī)中心（金屬原子或簇）通過二齒有機(jī)基團(tuán)連接。通常，在整個結(jié)構(gòu)中會使用相同的基團(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。吸附過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射線衍射來原位跟蹤和繪制整個吸附-解吸等溫線，以觀察中孔MOF-74系列五個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)二氧化鈦納米顆粒化學(xué)環(huán)境的精準(zhǔn)定制，從而實(shí)現(xiàn)了單波長光驅(qū)動下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教授和上海科技大學(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)頁細(xì)覽。
鄧鶴翔教授課題組網(wǎng)頁：
Part 3 ?鄧鶴翔教授簡介
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，同年獲得國家優(yōu)秀自費(fèi)留學(xué)生獎學(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)、無機(jī)分子的導(dǎo)向性組裝；綠色多孔材料；綠色儲能納米材料；以及固體納米材料在氣體儲存與分離、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。申請專利16項(xiàng)，其中已被授權(quán)9項(xiàng)。美國化學(xué)協(xié)會會員Member, American Chemical Society (ACS)，美國多功能納米構(gòu)建中心會員Member, the center on Functional Engineered Nano Architectonics (FENA)，伯克利中國能源論壇(Berkeley China Energy Forum)創(chuàng)始人之一。
