暨大首届化学博士生曾恒:这篇Nature论文来之不易!

曾在国际顶尖学术期刊《Nature》(《自然》)在线发表了暨南大学化学与材料学院陆伟刚教授和李丹教授研究团队的研究成果,暨南大学为唯一完成单位,化材院化学学科博士点首届博士研究生曾恒为论文第一作者。

《自然》论文发表截图

论文第一作者曾恒表示,能够发《Nature》是团队一起努力的结果,的确来之不易。这篇研究成果有着怎样的前期铺垫?论文的发表经历了何种曲折历程?作为暨大首届化学博士生,他为何能披荆斩棘、乘势而上?怎样的机缘,让这个团队产生了如此剧烈的“化学反应”?带着疑问我们对曾恒进行了专访,一探究竟。

首篇Angew Chem第二篇JACS 第三篇直接问鼎Nature

四年前曾恒硕士研究生毕业,有幸来到暨大化材院超分子配位化学研究所李丹教授团队工作学习,四年中,他参与超配所实验设施建设,目睹这里一切从无到有,自己也通过与团队的共同努力,在做科研助理阶段发表世界顶尖化学类研究论文《Angew Chem》(《德国应用化学》)一篇、《JACS》(《美国化学会志》)一篇,并在读博期间问鼎《Nature》(《自然》)。

“我们研制的是金属-有机框架材料,做出成果后,一方面为了简化命名和方便引用,另一方面,李丹老师和陆伟刚老师希望我们能一直做下去,把这类材料做成一个系列,于是就有了‘JNU-X’这样的命名”,曾恒说,“JNU-1”发到了《Angew Chem》,“JNU-2”发到了《JACS》,加上“JNU-3”,形成了团队的“三步走战略”,第三步本来想循序渐进,尝试去投《Nature》的大子刊,但“一不小心步子跨大了,直接跃上了《Nature》”。
在曾恒看来,第一篇研究文章的成功发表非常关键,不仅让整个团队有了信心,也为后面的成就奠定了坚实基础。“最早我们投《JACS》,编辑直接建议我们转投其它期刊,后来投《Nature Communication》依旧碰壁,好在修改后投《Angew Chem》,编辑直接送审,虽然审稿人给的意见不是特别好,但我们通过自己的努力把意见一一回复了,最终编辑很满意,还把我们的成果选为热点文章,过程很曲折。但在回答审稿人意见的同时,我们思考、学习到了很多,明确了这个领域需要注意和努力的方向。有了第一篇的经验,后来我们把‘JNU-2’投到《JACS》的时候就顺利多了,同时从审稿人意见中也获得了很多有启发价值的内容,这些都是《Nature》能够顺利发表的大前提”,曾恒说。

曾恒在实验室测试气体穿透性能 紧锣密鼓补充Nature数据 一切都靠我们自己

众所周知,《Nature》作为全世界自然科学最顶级期刊,拒稿率非常高,投稿后经过15天的漫长等待,研究团队从投稿系统得知文章得到编辑的认可,送审了!这让团队兴奋不已,大约一个月后,收到三位同行专家的审稿意见,编辑给出的整体意见是修改后重投,大家又陷入焦虑。“前两位给的评价不错,第三位应该是金属-有机框架材料在吸附分离领域的权威专家,尽管也评价我们工作有很高的创新性,但他认为我们的文章中,研究机理没有讲清楚,我们现有的实验数据加上一些理论阐释,不能够支撑文章中所提出的正交阵列动态筛分机制,在我们自己看来,他想让我们补充分子动力学模拟的数据”,曾恒说,虽然团队中有做量化的老师和博士后,但大家对分子动力学领域都不是很熟悉。

于是,大家找了几家比较大的计算公司寻求帮助,但由于专业性过强,“费了很大功夫做说明,几家公司都很难给到我们真正想要的数据”。自己搞不定,寻求外界帮助无果,团队中的每个人都开始紧张了。“我们收到审稿意见的时间是2020年9月3日,半个月、一个月、两个月过去了,11月份我们的计算还一点眉目也没有,虽然《Nature》给了修改意见后没有规定什么时候改好重投过去,但科研成果都是有时效性的,如果有一篇类似的文章在我们发表之前发表,编辑可能就会拒绝采用我们的文章”。

时间非常紧急,所以大家不约而同定了个目标,在农历牛年春节到来之前,无论如何要补充好数据发回去,“其实当时大家既失落又紧张,都憋着一股劲,既然已经过了如此不易的第一关,说明我们的文章质量还是不错的,接下来只剩下最后一关,回答好审稿人和编辑的意见,如若失败则前功尽弃,既然已经坚持了好几个月,我们都不甘放弃,只能往前冲”。紧急开会讨论之后,大家决定换一个思路解决问题。“审稿人既然提出的是用分子动力学证明柔性框架转变的过程,我们没必要把所有过程都算到,如果能算几个非常关键的过程也就可以回答这个问题,如若审稿人不满意,我们可以等下次审稿意见回来再补充(在《Nature》的审稿过程,经历一审二审三审甚至更多审,是正常现象)”。

团队分工明确,由擅长做量化的博士后谢默主攻计算,无数次讨论和修正计算方法后,2021年1月13日,团队终于拿到了三个中间状态的数据,可以将机理说清楚。“2月6日重投了回去,之后我们很忐忑的,因为编辑一开始希望我们用分子动力学解决问题,但我们是通过其他的计算方法,另辟蹊径解决的,没有直接回答审稿人提出的问题,而是用三个中间状态去回答”,第二次审稿意见回来时,编辑和审稿人接收并认可了正交阵列动态筛分机制的解释,也就没有再提出新的意见,“值得骄傲的是,这篇文章都是我们自己做的,暨南大学是唯一通讯单位,既没有找外组,也没有找其他的著名研究者挂名,一切都靠我们自己”。

李丹教授(右一)指导曾恒(右二)和研究所其他团队成员
从小想当发明家 醉心科研持之以“恒”

曾恒来自湖北天门的一个普通的农村家庭,从小的理想是做一名发明家。“我很崇拜爱迪生,印象最深的就是他经过无数次尝试,最终成功发明电灯泡,点亮千家万户”,曾恒说,小时候他喜欢动手帮家里修理电器,修过电风扇,“我还拆过电动玩具的马达,安装到我用塑料泡沫做的小船上,在水面成功行驶了几分钟,身边的小伙伴觉得很酷”。

事实证明,正是小时候做发明家的梦想,催生了曾恒喜琢磨、爱钻研的思维习惯,遇到困难时,他往往想到的不是避让和退缩,而是迎难而上,寻求解决方法。“我带的几位师弟师妹毕业的时候告诉我,他们觉得我在科研上是一个非常固执的人,我自己的评价,文章能发表,并不是因为自己有多聪明,更多的是我认定一件事情后,会想办法去努力克服一切遇到的困难,得到想要的结果,不会遇到困难就想着绕开或者放弃”,曾恒说,“我认定一个东西能成,就会用力去死磕,外人很难左右我的想法,只有自己拼尽全力去试过,发现确实不行,我才会选择放弃”。

曾恒所在的超分子配位化学研究所,在创建的初期实验仪器并不多,为了争取更多单独使用仪器的时间,他选择了并不是很多人使用的一台功能有限的国产仪器“小型气体评价装置”和气体吸附仪,并决定研究分离领域的科研问题。受仪器限制无法进一步做研究,曾恒便大胆创新,向研究所申请定制配套零件,亲自给仪器做改装,从而扩大其科研功能。“很多时候想法很好,结果拿到定制的配件,发现装不上去,不得不重新设计配件尺寸,重新改装”。终于功夫不负有心人,被曾恒改得面目全非的这台仪器起了大作用,成功运用到了气体分离领域的研究中,为首篇《Angew Chem》的接受通过有力实验证据起到关键作用,促成了“JNU-1”气体分离数据的成功采集。“值得一提的是,‘JNU-1’第一次投稿《Angew Chem》,文章中部分分离数据需要请专业公司协助,再经历《Angew Chem》重投后,我们就有了自己测试的气体分离数据了”。

曾恒在实验室测试气体吸附性能 “5+2>7” 他们聚在一起产生了“化学反应”

曾恒认为,这篇《Nature》论文得以最终发表,主要得益于5名团队成员和2位指导老师之间产生了强烈的“化学反应”。“个人觉得做化学研究,心态非常重要,在这个团队中我们都做得很开心”,“大家来自天南海北:谢默来自东北、王婷来自湖南、危荣佳是广州本地人、谢小静来自湛江、赵一芳来自山西、我来自湖北天门,恩师李丹教授和陆伟刚教授分别来自汕头和江苏”,曾恒说,“缘分让我们相聚在一起,产生了‘5+2>7’的‘化学反应’,共同的目标让大家各司其职,发挥着各自的特长,为团队贡献光和热,我们7个人缺一不可”。

李丹教授是团队的领导者,是大家的精神领袖。“他的行政事务比较多,但只要不出差或者开会,都会经常出现在研究所,包括假期和周末,这对我们的影响非常大,因为看到老师都这么拼,我们没有理由偷懒”,曾恒说,“另外一点是硬件上的支持,他从不过多询问我们要花多少钱,或者指责某个工作花了很多钱还没做出来”,“做科研不可能完全按照预先设定的思路走,一定会遇到这样那样的硬件限制,每次遇到问题我们去找李老师聊,他的态度都特别乐观,只要他觉得可行,就会鼓励我们努力尝试,为了帮我们解决问题,不惜花重金购买设备,这个对我们后期研究的开展影响很大”,“李老师是正能量特别强的一个人,他经常一两句话就能点燃我们的激情,让我们干劲十足,我很喜欢去找他聊天,哪怕不聊实验上的问题,他从教和做科研这么多年,有很丰富的经验,经常会分享自己的经历给我们听,听完后我们精神上总能被鼓舞,感到非常振奋”。

研究的每个环节怎么实施、如何发表,陆伟刚教授给了最直接的指导。“陆老师在美国学习、工作很多年,从材料的合成,到性质、到文章的写作都有丰富的经验,他一样很拼,在研究所时,周末晚上十点钟十一点钟办公室的灯都是亮的,哪怕已经做得很好了,在教学和科研方面还是非常的努力”。在《Nature》投稿的过程,虽然有段时间,陆老师因疫情影响人在美国,但这未对研究产生丝毫影响,他每周都会不定期和团队深入讨论。“陆老师手机里一定存了北京时间,他从来不考虑美国当地是几点钟,一切都按照北京时间来工作和讨论,哪怕是我们给他汇报科研工作,陆老师也会选我们这边最好的时间(上午九、十点钟),有时和他讨论问题,会经常聊到美国时间的凌晨”,“但是美国当地的白天、我们是夜里的时候,陆老师为了不打扰我们休息,从来不会主动过来找我们”,“当时补数据会经常工作到很晚,随时都需要向陆老师请教,但每次到了北京时间晚上11点钟(美国当地的白天),陆老师都会主动告诉我们说‘今天先这样,有什么问题我们明天再说,大家早点休息’,这种无形中的关怀总让我们心里暖暖的。”

曾恒说,能够得到两位恩师的教导,与如此优秀的团队一起攻坚克难、探寻未知,是莫大的荣幸。“做完‘JNU-3’,我们给自己立下了目标:把‘JNU-X’系列做成国际知名的材料,提到‘JNU-1’,‘JNU-2’,‘JNU-3’……大家都能知道是从我们这个团队出去的,做到这一点就够了”,“我们和国内顶尖科研机构还是有差距,首先仪器上差距就很大,李丹教授希望我们能继续努力,出更多成果,他会努力加强研究所条件建设,支持团队的发展”,“丙烷丙烯做完了,下一步我们打算做一些更有挑战的,目前已经和李老师陆老师商定了实施方案,如果能做成,应该会出一些不错的成果”。 

曾恒(后排左3)与超分子配位化学研究所成员在暨大万国墙 

曾在国际顶尖学术期刊《Nature》(《自然》)在线发表了暨南大学化学与材料学院陆伟刚教授和李丹教授研究团队的研究成果,暨南大学为唯一完成单位,化材院化学学科博士点首届博士研究生曾恒为论文第一作者。

本文来源:暨南大学化学与材料学院

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