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【“大学堂”讲学计划】诺贝尔化学奖获得者罗伯特·科尔来校讲学
日期: 2017-09-13  信息来源: 国际合作部

应北京大学“大学堂”讲学计划的邀请,世界著名化学家、C60发现者、1996年诺贝尔化学奖获得者罗伯特·科尔(Robert Curl)于2017年9月6日-7日访问北京大学,并发表演讲。北京大学化学与分子工程学院、北京大学国际合作部共同主办了此次活动,光华教育基金会提供资助。

罗伯特·科尔教授是美国国家科学院院士、欧洲科学与人文学院院士,并获得过诺贝尔化学奖、Alexander Von Humboldt高级科学家奖、APS国际新材料奖、美国碳学会碳研究奖等诸多荣誉。科尔教授一生致力于碳纳米材料及波谱方面的研究,发表过大量有重要影响的论文。

9月6日和7日下午,为了让师生更加了解基础科学研究的历程,以及富勒烯发现背后的故事,罗伯特·科尔教授在化学与分子工程学院A区204报告厅为百余名师生分别作演讲。两场演讲分别由化学与分子工程学院党委书记马玉国教授、院长高毅勤教授主持,主题分别为“基础研究与科学突破”(Some Thoughts on How to Pursue Scientific Research),以及“富勒烯的发现之路”(The Discovery of the Fullerenes)。演讲开始前,主持人向现场师生介绍了罗伯特·科尔教授的学术成就和研究经历。1954年,罗伯特·科尔在美国莱斯大学获得学士学位,1957年在加利福尼亚大学伯克利分校获得博士学位,后任职于美国莱斯大学,于1996年获得诺贝尔奖。

演讲中,罗伯特·科尔教授阐述了理论研究与实践应用之间的关系,随后指出“科学即好奇心加想象力(Science is all about curiosity combined with imagination)”。科尔教授还向现场师生提出了几点关于科学发现的建议,首先应当从大的方面、站在更高的角度选择和思考问题,即使是常规问题;其次应当敢于探索未知领域,并且不断深入研究;此外,疯狂的理论往往不止疯狂还至关重要;最后,辛勤努力地工作同样重要。科尔教授同样指出科学技术的重要性,很大程度上,科学技术的发展推动着基础科学的研究,这也是C60发现的基础。

 
罗伯特·科尔教授演讲

在随后的演讲中,科尔教授介绍了由他同事斯莫利教授(Smalley)所发明的一套激光-超音速团簇束仪器,可以将物质蒸发为原子气体,进而形成数十个原子聚合在一起的团簇,正是这套设备奠定了富勒烯发现的基础,可见测试仪器的改进往往也带来了科学发现的变革。接下来,科尔教授以另一位诺奖得主英国萨赛克斯大学的克罗托(Kroto)为例,克罗托主要研究微波频谱学,用以分析宇宙中星球大气层及星际云的成分。当时他对碳含量高的巨星深感兴趣,在分析其大气谱线时,他发现可将其归因于氰基多炔烃,这是一种由碳和氮组成的长链分子,同样的分子也出现于星际气云中。克罗托认为这些碳化合物源自星球大气,而非星际气云,所以希望对这类长链分子的形成机制做进一步的研究。而早在1977年英格兰的一次会议上,克罗托教授就认识了科尔教授,因而,科尔建议克罗托去参观斯莫利组,并利用他的仪器模拟星球大气环境,以提供长链碳化合物会在星球大气高温区域形成的证据,因而他们三人开始了合作研究。

富勒烯研究者合影(左起:欧布莱恩、斯莫利、科尔、克罗托与希斯)

然后,科尔教授便展开了他们一起合作的经历。克罗托于1985年9月1日抵达休斯顿,立即与科尔、斯莫利,以及学生希斯、欧布莱恩、刘元等人全力投入实验工作。实验过程中,他们之间各自发挥所长,密切配合,利用斯莫利的仪器,使石墨中的碳原子汽化,用氦气流冷却形成固体,果然可以产生各种偶数碳原子合成的分子。意外的收获是,由60个原子组成的C60最多。

那么,C60分子是什么结构呢?克罗托联想到加拿大蒙特利尔万国博览会的美国馆,那是利用正五边形和正六边形拼接成的近似于球面的一部分的建筑,它是由美国建筑学家巴克明斯特·富勒(Buckminster Fuller)设计的。克罗托认为,C60分子结构可能具有与拱形圆顶类似的球形结构,这样才能与C60的稳定性质吻合起来。克罗托、斯莫利和科尔用硬纸板剪成许多五边形和六边形,最终用12个五边形、20个六边形组成了一个中空的32面体,共有60个顶角,碳原子位于顶角上。

 
加拿大蒙特利尔万国博览会的美国馆

由于富勒的启发他们三人推测出了C60的球形结构,因此1985年他们发表文章时,特意给C60取名为Buckmin-sterfullerene,即巴克明斯特富勒烯,简称Fullerene即富勒烯,或用富勒的名字称为Buckyball即巴基球。

最后,科尔教授以2015年发表在Nature杂志上的富勒烯最新进展——发现了弥漫星际带中两个吸收峰来源于C60+作为结尾,并指出,理论正是在不断的发展中完善的,勉励大家不断努力,促进科学发展。演讲结束后,聆听报告的师生围绕报告提出的科学问题以及实验的科学研究方法论等方面的问题与科尔教授面对面进行了广泛而深入的讨论。科尔教授深厚的学术功底、渊博的知识、坚持不懈的研究精神和他在科学研究态度和方法上的严谨使在场师生深受启发,最后演讲在热烈的掌声中圆满结束。(文/彭浩鹏 彭洁)

专题链接: “大学堂”顶尖学者讲学计划

编辑:江南


   
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