严六明 上海大学化学系研究员

 踏实科研 智慧育人

 

——记上海大学化学系研究员严六明

2015-01-13

 

“我只是一名再普通不过的教授”，上海大学化学系研究员、博士生导师严六明在接受本刊记者采访前多有犹豫，“但后来考虑到大学的正常运转，离不开我们这些普通教授，本科生、研究生平时面对的也都是这些普通教授。能够让他们了解教授们的工作、生活以及对一些重要问题的看法，或许对他们会有所帮助。”基于这样的考虑，他最终决定分享自己在学习、科研和教学方面的心得。

如果要加以总结，下面的八个字或许是对严六明工作的最佳写照：踏实科研，智慧育人。

严六明的成长之路也正是这个时代大学教授的缩影，名校毕业、国外深造，继而回国任教。1986年从北京大学化学系毕业后，他先是进入浙江农业大学做了两年助教。之后在武汉工业大学北京研究生部、中国科学院上海冶金研究所攻读硕士和博士学位，2003年去往美国南卡罗来纳大学进行博士后研究，后在美国德克萨斯A&M大学任职。

在美国工作、生活了将近4年的时间之后，严六明回国到上海大学任教。作为一名计算化学家，他目前的主要研究集中于材料设计领域，特别是用于燃料电池的质子交换膜中质子和中性小分子在电场下的迁移及其机制、质子交换膜的设计与制备等。

严六明2007年入选上海市浦江人才计划，目前已主持国家自然科学基金3项，申请发明专利9项，出版专著1部，在国内外重要刊物发表论文70余篇。其在分子模拟和研究质子交换膜等方面的工作获得国内外同行专家的好评。

“认命”搞化学

与书香门第出身的大科学家们不同，土生土长在浙江农村的严六明，初中是在自己村办小学的附属中学上的。

“上海交大有附中，上海大学有附中，我们村小学也办了附中。”说到这里，严六明自己也乐了。小学的老师到初中教他们，化学老师用的是教语文的方法：划分段落、概括大意——其实老师自己就没学过化学。

两年之后严六明升到乡初中读初三，个子小小的他坐在第一排，上第一堂化学课就被老师批评了。

“老师说，书这么干净，一看就没有好好学习。他上课讲分子式、方程式，我完全听不懂。”老师为听不懂的同学专门开了小灶，放学后留校补课。

短短两周的时间里，严六明愣是把自己两年间落下的课程补完了。

但是，乡初中的条件仍然十分有限，学校唯一的实验仪器是一根试管——还是化学老师的大学同学送给他的。

“后来那根试管不知道怎么搞坏了，后面的同学也就看不到试管了。”严六明回忆道。

在这样艰苦的学习条件下，初中毕业后，严六明仍然以优异的成绩考入县重点高中。由于，当时流传“学好数理化，走遍天下都不怕”这句口号，数理化成为他专业的不二选择——其中他最喜欢的是物理，是他高考时的第一志愿。

但命运冥冥之中跟他开了个玩笑——“但我物理考得不太好，化学考得出奇得好。”即便顺利考取北京大学化学系，严六明仍然一心想着学物　　 理。

“后来考研究生我还想学物理，但是也没考上。最后就认命了。”或许上帝跟他开了个玩笑，误打误撞之中，严六明与化学结下了不解之缘。之后一路读完硕士、博士，走上了标准的科研道路。

破除对科学的过度崇拜

在改革开放后的出国热潮中，严六明应邀前往南卡罗莱纳大学做博士后，进行分子电子学方面的研究。

“摩尔定律是由英特尔创始人之一戈登•摩尔提出来的，内容是当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。”目前，这种趋势已经持续了超过半个世纪，预计摩尔定律将持续到至少2015年或2020年。严六明解释说道：“但是，里边的电子线路越来越小，小到一定程度摩尔定律就失效了。失效了之后，微电子工业就不能继续这样蓬勃发展，会面临瓶颈。”

基于这样的理由，分子电子学应运而生。他们希望改变“自大到小”的传统制造方式，改用单个分子、超分子或分子簇代替硅基半导体晶体管等固体电子学元件组装逻辑电路，乃至组装完整的分子计算机。

“我的老板（导师）在做分子电子学方面的计算，研究电子怎么迁移到分子里面，电阻是多少等问题。因此，我到美国最初就是计算电子在分子中的迁移。”严六明总结说。

谈到在美国最大的收获，严六明说除了专业上的积累之外，最重要的是他开始破除了对于科学的过度崇拜。

“在国内大家都知道科学技术是第一生产力，宣传学习的都是科研精英。我们觉得做科研就是要做这样的尖端技术，才能为国家发展做出贡献。但是我到了美国，开始觉得科学的力量是很小的，科学不能解决所有的社会问题、甚至不能解决科学本身的问题。事实上，科学只能解决实验科学方法所能解决的问题。”

他同时也发现，自己曾经仰望的科学大家，其实就是个普通人。在南卡罗莱纳工作时，系里请了一位诺贝尔化学奖得主来做报告。

“他自己坐飞机过来，系里也没有派人去接他，自己在机场租个车就来了。没有人把他当个角色。美国的教授也都是勤勤恳恳，生活说实话很枯燥，哪有什么吃喝玩乐。每天就是写文章、写申请报告、教学生，有空的时候跟学生聊聊。他们的乐趣就是一篇文章发表、一个学生毕业了，或者申请到一个基金，可以干新的活儿了。就这么点乐趣。”

这样的文化显然与中国千百年来“读书做官”的传统不同，“以前读书人少，读书可以出人头地；现在读书人多，不可能每个人都出人头地”。

美国教会严六明最重要的事是——“我在美国工作后更踏实了，放弃了那些不切实际的追求。做科研就是每天踏踏实实、一点一滴地做呗。”

质子导电材料的设计

回国后他曾经想要继续进行分子电子学方面的相关研究，却被国内同行告知相较目前的科研水平，类似的研究过于超前。但严六明在物理和化学两方面的积累却慢慢显现了优势，理论化学也随着计算机的高速发展受到越来越多的认可。

不少人一听化学，就自动跟瓶瓶罐罐以及天天呆在实验室画上了等号。但其实用瓶瓶罐罐做实验只是研究化学的一种方法。

“谈到物理学，大家就会想到很多方程、很多数学方法，但其实物理当中也有很多实验。化学的实验多一点，理论少一点。现在化学领域出现了一种新的计算模拟的方法，通过计算机模拟分子的性质与运动、相互之间的作用，也就是计算化学。”

2013年诺贝尔化学奖的三位得主，正是因为创立了“多尺度复杂化学系统模型”而受奖。化学反应发生的速度堪比光速，刹那间电子就从一个原子跳到另一个原子。以前对化学反应的每个步骤进行追踪几乎是不可能完成的任务，但在多尺度模型的辅助下，计算机成为化学家们的“好帮手”，可以全面地揭示整个化学过程。如同诺贝尔化学奖评选委员会在声明中阐述的一般——现在对化学家来说，计算机是同试管一样重要的工具。

“以前出去说‘我做计算化学的’，大家会觉得‘哦，你就是算算而已’。现在一说，大家都觉得很了不起。”通过计算化学家的计算，可以大大缩短实验的周期，降低研发成本。

新能源汽车作为目前世界各国积极探索的领域，正在受到越来越多的重视和支持。但充电时间长、电池寿命短的问题长期困扰着电动汽车的市场推广。新能源汽车动力系统的第二种选择是燃料电池，把氢气转化为电能，实现氢能经济。

氢气燃料电池技术，由于具有污染小、能量密度和转化效率高的特点，被认为是21世纪最具前途的能源技术之一。在各种氢气燃料电池技术中，中间温度的高分子全氟磺酸质子交换膜燃料电池，在技术上最为成熟。但其价格、高温性能和水热管理目前严重影响着质子交换膜氢气燃料电池的推广使用。严六明目前正在从事的课题之一，就是如何改善燃料电池中质子交换膜的性能。

严六明解释说：“温度过高，由于水分蒸发过快而引起膜的导电性能的下降，严重影响燃料电池的性能。温度过低，由于水的电渗迁移而导致阴极上有过多的水而淹没催化剂，影响空气向催化剂的扩散，使燃料电池不能长时间持续工作。”

针对这个问题，他带领团队研究水分子在质子交换膜中的迁移机制。他们引进了一种分子动力学模拟方法，利用水分子和水合氢离子的速度分布函数研究水的电渗迁移。该方法大大降低了模拟电场的强度，使电场作用在水合氢离子上的力远低于水分子间的相互吸引力，克服了电场对模拟结果的影响。这些研究对科研人员充分认识质子交换膜中水等的迁移现象及其机理，改善质子交换膜的性能提供了理论依据。在研究不依赖于水的耐高温质子交换膜时，他们还发现酸碱复合体系的质子电导率普遍高于单组分体系，具有协同效应。利用协同效应，可以通过复合的方法设计高性能质子交换膜，大大提高研发效率。

除此之外，严六明在分子器件的理论建模和模拟领域也取得了重要成绩。在集成电路制造领域，随着微电子元件的尺寸的不断缩小，元件间的连线直径也相应地不断缩小，引起连线的寄生电阻及其电耗不断增大。目前，散热已成为制约高性能集成电路发展的一个重要因素。未来超高集成度的纳米电路，可能根本无法承受电路本身所散发的热量，因此，用电流传输信息这种模式或许将会彻底改变。

基于对生命体系中信息传输过程时化学物质之间的相互耦合和分离、分子构型的变化等事实的借鉴，严六明等提出了利用分子振动时构型的变化来传输信息的概念。他们利用计算机模拟的方法成功实现了概念的证明，并且显示，利用调制和解调技术可以将数字信号在分子上传输20nm以上。该概念及其相关的模拟结果最早发表在2005年10月份的Proceedings of IEEE的Blue Sky专辑上。美国IEEE学会的重要刊物IEEE-USA Today’s Engineering将该研究方向评选为未来科技研究的重要方向。

赤诚育人

除了科研工作之外，教书育人占据了严六明的另外大部分时间。他自己的儿子现在也是一名大学生，促使他对于当代的大学教育进行了更多的换位思考。

“刚开始教书时总根据自己上学时的体会来教学生、要求学生”。通过换位思考，严六明认识到：“现在这个时代，大学生知道的信息不比教授少，不知道的东西百度一下也就有了。”与很多人说现在的大学生基础差、不好教的观点不同，严六明认为现在的大学生知道的信息更多，知识面更广。他们的缺点是“缺乏判断和选择能力，难以在不同目标之间进行取舍，不知道知识不等于能力，更不等于智慧。”因此，严六明把教学的重点，不是放在传授知识方面，而是放在培养学生的选择判断能力、解决实际问题的能力，以及帮助学生积累智慧等方面。

在教学方法上，严六明更重视方式。“怎么教好这些孩子，最重要的是要在适当的时候，由适当的人说适当的话。你天天说他们哪里听得进去。”不管是对自己的儿子还是学生，严六明都会煞费苦心地请他们的同龄人或者年纪稍长一点的人来说一些话。“中国人老说贵人指点，其实贵人不一定是伟大的人。这些人说的话他听进去了，就都是贵人。”

越来越多的大学生意味着就业时愈发激烈的竞争，化学系的毕业生如果不走科研道路的话，许多学生用不上本专业的知识。教学生的时候，严六明希望能够培养学生独立思考、发现解决问题的能力，希望能够对化学之外的专业同样有帮助；而学生们往往希望老师简单地讲讲题目、画画重点就好了。

“我只能尽最大努力帮助他们。有的研究生说老师不教具体的知识和技能，但其实我最重视的是他能力的成长，督促他、启发他、等他，让他自己发现解决问题的方法。而不是我去教他解决问题的方法。”

为人师者的赤诚之心可见一斑。严六明或许只是当下中国普通的大学教授，但正是这些普通的科研工作者构成了我们的基础科研和教育力量。踏实科研、智慧育人，他们或许平凡，但绝不平庸。

      来源：科学中国人 2015年第1期