在南科大創(chuàng)園實(shí)驗(yàn)室里，一朵由化合物構(gòu)成的“梅花”悄然綻放——它并非草木，而是一個(gè)被稱為“金屬核輪烯”的分子結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)由化學(xué)系講席教授、深圳格拉布斯研究院執(zhí)行院長(zhǎng)夏海平團(tuán)隊(duì)攻克的成果，破解了困擾化學(xué)界70年的難題。

從“梅花”到“同花順”，從教科書到高考試題，憑借獨(dú)創(chuàng)的“碳龍化學(xué)”，夏海平在2025年11月當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院院士，并正以原創(chuàng)之力在世界化學(xué)史上留下中國(guó)烙印。而在這一切背后，是一位科學(xué)家數(shù)十年如一日的堅(jiān)守、一個(gè)團(tuán)隊(duì)對(duì)“難而正確之路”的信念，以及南科大這片創(chuàng)新沃土所孕育的無(wú)限可能。

“分子梅花”綻放南科大校園

夏海平院士的申報(bào)依托單位為南方科技大學(xué)，整個(gè)推薦流程均在南科大完成。其中最為關(guān)鍵的工作，是成功合成了“金屬核輪烯”的分子結(jié)構(gòu)。

“這一系列成果總稱為‘碳龍化學(xué)’，相關(guān)研究始于十幾年前我在廈門大學(xué)工作期間，來(lái)到南科大后實(shí)現(xiàn)了系列突破，并且做出了最關(guān)鍵的成果，就是‘金屬核輪烯’?！毕暮Ｆ浇榻B：“這是‘碳龍化學(xué)’的一個(gè)升級(jí)版。其最核心的分子結(jié)構(gòu)，看起來(lái)就像一朵梅花?！?/p>

“非常夢(mèng)幻！”夏海平團(tuán)隊(duì)的博士后徐賓彬回憶起她第一次用X射線單晶體衍射儀觀測(cè)到這朵“梅花”的時(shí)候，依然十分興奮。那是2023年底，為了合成這個(gè)五個(gè)五元環(huán)結(jié)構(gòu)的分子，徐賓彬已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室里嘗試了多種方法，奮戰(zhàn)了一年多，而整個(gè)團(tuán)隊(duì)為之付出的時(shí)間則更長(zhǎng)。

“之前我一直不知道到底能不能做出來(lái)，一直到它出現(xiàn)在眼前，我才發(fā)現(xiàn)這個(gè)結(jié)構(gòu)真的可以實(shí)現(xiàn)?！蹦翘鞙y(cè)完晶體已經(jīng)是晚上12點(diǎn)多了，徐賓彬卻毫無(wú)困意。第二天一大早，她就敲開(kāi)夏海平辦公室的門做了匯報(bào)。

該成果帶給徐賓彬的是震撼，而對(duì)夏海平而言，這更是對(duì)他多年來(lái)孜孜探索方向的一次確認(rèn)。在苯環(huán)發(fā)現(xiàn)200周年，也是他沿此方向攻關(guān)的第十年，“金屬核輪烯”終于清晰展現(xiàn)出其輪廓——精致、規(guī)整、優(yōu)美。

夏海平馬上組織團(tuán)隊(duì)開(kāi)會(huì)討論這個(gè)進(jìn)展，大家馬不停蹄繼續(xù)試驗(yàn)、觀測(cè)、收集數(shù)據(jù)，幾個(gè)月的奮斗后，他們終于收獲了更完美的分子結(jié)構(gòu)：它花瓣勻稱、結(jié)構(gòu)完整，環(huán)的中間有一個(gè)類似“花蕊”的金屬原子。

環(huán)加成構(gòu)筑平面金屬[15]輪烯

“梅花”綻放，“芳香”撲鼻。今年5月1日，Nature發(fā)表了這項(xiàng)成果，美國(guó)化學(xué)會(huì)發(fā)布的《化學(xué)與工程新聞》對(duì)該成果的評(píng)價(jià)是：“該成果重新定義了金屬雜芳香性，或?qū)⑤d入教科書?！?/p>

十年攀登，破解學(xué)界七十年猜想

“金屬核輪烯”為何如此受到學(xué)界重視？這要從化學(xué)史說(shuō)起。

“你知道苯分子嗎？它是一個(gè)六元環(huán)，是法拉第在1825年發(fā)現(xiàn)的，今年恰好是它被發(fā)現(xiàn)200周年?！毕暮Ｆ礁嬖V我們。苯正是第一個(gè)被認(rèn)識(shí)的“輪烯”體系。

到了1951年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了二茂鐵，它有著由輪烯分子與金屬形成的“三明治”結(jié)構(gòu)——金屬夾在兩個(gè)輪烯環(huán)中間。這類分子在催化領(lǐng)域極為重要，相關(guān)發(fā)現(xiàn)者也在1973年獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。此后，許多科學(xué)家開(kāi)始思考一個(gè)問(wèn)題：金屬能否不只是在環(huán)外“夾心”，而是直接嵌入到輪烯環(huán)的內(nèi)部？這個(gè)難題70年來(lái)一直未獲解決。

夏海平介紹，他團(tuán)隊(duì)的工作就是首次成功將金屬原子“塞進(jìn)”了輪烯環(huán)的內(nèi)部。更關(guān)鍵的是，他們發(fā)現(xiàn)這個(gè)新分子具有非常獨(dú)特的性質(zhì)。首先，它的大環(huán)芳香性比傳統(tǒng)認(rèn)為完美的苯環(huán)還要強(qiáng)。同時(shí)，由于金屬的嵌入，它周圍的五個(gè)小環(huán)也被賦予了芳香性，形成了一個(gè)結(jié)構(gòu)獨(dú)特且高度對(duì)稱（具有五重對(duì)稱性）的分子?！?/p>

“如果說(shuō)苯分子是‘大道至簡(jiǎn)’的美，像山村淳樸的少女；那么這個(gè)新分子則展現(xiàn)出一種‘巧奪天工’的精致與華麗之美，像是精心選拔出的選美佳麗，是不同維度的美。”夏海平笑道。恰好今年是苯發(fā)現(xiàn)200周年，一些國(guó)際機(jī)構(gòu)也用這一分子制作視頻來(lái)紀(jì)念這一時(shí)刻。

有意思的是，這個(gè)“分子梅花”與化學(xué)系沿用近十年的“系標(biāo)”十分相似，這個(gè)“系標(biāo)”本就是以苯分子為原型而設(shè)計(jì)的花型。夏海平說(shuō)：“許多人說(shuō)我們把化學(xué)系的‘系標(biāo)’做出來(lái)了，而且比‘系標(biāo)’的設(shè)計(jì)更精美、更嚴(yán)絲合縫?？茖W(xué)的進(jìn)展往往會(huì)突破我們的認(rèn)知，而且比我們想象的更精妙?！?/p>

科學(xué)突破如寒梅綻放，需經(jīng)歷漫長(zhǎng)凜冬般的堅(jiān)守，才得“暗香”遠(yuǎn)播。“因?yàn)檫@是一項(xiàng)‘從0到1’的工作，面臨非常多不確定性，很多學(xué)生做到后面就放棄了，選擇了其他的研究方向。但對(duì)于一個(gè)重要的科學(xué)目標(biāo)來(lái)說(shuō)，它值得我們十年如一日地堅(jiān)持?！?/p>

“堅(jiān)持難而正確的事情”是夏海平一直對(duì)團(tuán)隊(duì)的勉勵(lì)。他說(shuō)：“我相信這個(gè)分子結(jié)構(gòu)是能做出來(lái)的。而學(xué)生也相信了我。”

在南科大，夏海平申請(qǐng)到了深圳杰出人才培養(yǎng)計(jì)劃，學(xué)校、院系也給予大力支持，這為團(tuán)隊(duì)的工作提供了堅(jiān)實(shí)保障。這朵在南科大校園綻放的“梅花”，正是師生通力協(xié)作、各界精心呵護(hù)栽培而成。

一把“同花順”背后的科學(xué)堅(jiān)守

走進(jìn)夏海平的辦公室，人們往往會(huì)被他桌上的一副特殊撲克牌吸引。這不是普通的撲克牌，而是一套“碳龍化學(xué)”主題牌——每張牌背后，都凝聚著一段艱苦的科學(xué)歷程。

“我的研究方向是金屬有機(jī)化學(xué)，核心是探索碳與金屬之間的化學(xué)鍵。”夏海平說(shuō)，“我一直想探究一個(gè)根本問(wèn)題：一個(gè)金屬原子上最多能形成多少根碳—金屬鍵？極限在哪里？”

夏海平不想沿用前人方法，他選擇了一條原創(chuàng)路徑：用一條至少三爪的碳鏈去“抓住”金屬。隨著碳鏈不斷增長(zhǎng)，碳—金屬鍵的數(shù)量也不斷增加。2016年，團(tuán)隊(duì)已成功合成碳原子數(shù)從7到12的一系列化合物。

“在一次交流中，丁奎嶺院士對(duì)我說(shuō)，你這7、8、9、10、11、12的碳系列，不正像一副‘同花順’嗎？”夏海平回憶道。從此，“同花順”成了這個(gè)系列化合物的昵稱。

此后，團(tuán)隊(duì)繼續(xù)推進(jìn)，這副“同花順”越連越長(zhǎng)。其中最高階的“K”和“A”分子，是在南方科技大學(xué)完成的。尤其是“A”——梅花型的“金屬核輪烯”，是整個(gè)研究中最難攻克的堡壘。為了紀(jì)念這項(xiàng)歷時(shí)近十年的工作，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一套“碳龍化學(xué)”撲克牌。未來(lái)，這個(gè)“同花順”家族還可能進(jìn)一步擴(kuò)展，例如嵌入更多金屬或構(gòu)建更大環(huán)系。

在夏海平看來(lái)，科學(xué)本就蘊(yùn)含美學(xué)。“我們?cè)O(shè)計(jì)分子時(shí)，其實(shí)也是在構(gòu)筑美。”他展示著合成物的演變過(guò)程，“起初學(xué)生做的分子比較粗糙，我就引導(dǎo)他們不斷完善。現(xiàn)在我們合成了‘梅花’，后續(xù)或許還會(huì)看到‘蝴蝶’……這就像創(chuàng)造一系列化學(xué)藝術(shù)品?！?/p>

這一系列成果都是從“0”到“1”的工作，在方向不確定、結(jié)果未知的情況下，如何堅(jiān)定做出選擇，并帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)持續(xù)探索？

“我的心得是：第一，要找準(zhǔn)你所在領(lǐng)域的核心科學(xué)問(wèn)題；第二，要從中找出尚未解決且足夠重要的問(wèn)題。第三，也是最關(guān)鍵的一點(diǎn)，必須嘗試用前人未曾用過(guò)的方法去解決它。這也是我一直對(duì)年輕科研人員做出的建議?！?/strong>夏海平說(shuō)，認(rèn)準(zhǔn)這三點(diǎn)，堅(jiān)持做上十年，一定會(huì)有所成?！拔覀兊某晒热纭畵淇伺啤肿雍汀坊ā?，最初并沒(méi)有刻意設(shè)計(jì)，都是這樣水到渠成的?！?/p>

水到渠成之下，“碳龍化學(xué)”作為中國(guó)原創(chuàng)成果，已獲得多方認(rèn)可。夏海平將其概括為“走進(jìn)書架、登上貨架，還進(jìn)了試卷”——走進(jìn)“書架”指的是它被寫入了國(guó)際權(quán)威的有機(jī)化學(xué)教科書《March Advanced Organic Chemistry》，上“貨架”是指進(jìn)入J&K（百靈威）試劑目錄國(guó)內(nèi)外銷售。

“‘上了試卷’則更巧。我們的研究論文在今年5月1日發(fā)表。沒(méi)想到，它迅速被廣東省高考化學(xué)命題組關(guān)注并采納，進(jìn)入了同年高考的化學(xué)試題。后來(lái)我們還發(fā)現(xiàn)一些高中質(zhì)檢題也引用了這項(xiàng)研究。我想，很多考生以后會(huì)在備考時(shí)就接觸到這個(gè)來(lái)自南科大的前沿成果?！毕暮Ｆ叫Φ?。

“我們課題組不提倡‘彎道超車’，因?yàn)樗^‘彎道’，那還是在別人的賽道上。我們強(qiáng)調(diào)‘獨(dú)辟蹊徑’，自己闖出一條新路，這樣后面才會(huì)有千千萬(wàn)萬(wàn)人跟隨。”夏海平說(shuō)。

這條新路還在不斷往前延伸。他向我們展示了一張“周期表”，上面排列著理論預(yù)測(cè)的不同金屬與環(huán)系的金屬核輪烯?！巴ㄟ^(guò)計(jì)算，我們預(yù)測(cè)可以形成一個(gè)龐大體系：環(huán)碳原子數(shù)可從12擴(kuò)至17，可嵌入的金屬也覆蓋周期表中眾多元素。我們希望一步步解鎖這張‘地圖’，最終發(fā)展成龐大的分子家族，并在光電材料、能源、催化等領(lǐng)域找到應(yīng)用。”

在創(chuàng)新沃土的精彩“再創(chuàng)業(yè)”

“不走尋常路”的選擇，不僅貫穿于夏海平的科研探索，也同樣鮮明地刻寫在他的人生軌跡中。

2018年，55歲的夏海平離開(kāi)學(xué)習(xí)、工作了40年的廈門大學(xué)，全職加入南科大。

“很多人問(wèn)我原因。其實(shí)我不是被‘挖’來(lái)的，而是覺(jué)得如果55歲還不改變，可能一輩子就呆在一個(gè)單位了?！彼寡裕拔襾?lái)南科大看了看，和學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)聊了聊，就做出了決定?！边@個(gè)選擇也與他的成長(zhǎng)經(jīng)歷有關(guān)：父親是中山醫(yī)學(xué)院的醫(yī)生，他在廣州中山二路長(zhǎng)大，對(duì)廣東很熟悉；香港回歸前，他還在香港科技大學(xué)做過(guò)兩年訪問(wèn)學(xué)者?！澳峡拼蟮霓k學(xué)模式與港科大很相似，我來(lái)了之后感覺(jué)很親切?！?/p>

目前，夏海平主講兩門課：《高分子材料結(jié)構(gòu)、性能與應(yīng)用》與《化學(xué)實(shí)驗(yàn)安全與環(huán)?！?。“實(shí)驗(yàn)室安全課我已堅(jiān)持十多年?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)決定了化學(xué)系是安全高危區(qū)，實(shí)驗(yàn)室安全是重中之重。沒(méi)有安全，一切研究都失去意義?！?/strong>課堂上，他融入真實(shí)案例，反復(fù)強(qiáng)調(diào)規(guī)范操作與應(yīng)急流程，從試劑存放、儀器使用到應(yīng)急處置，都親自示范、嚴(yán)格把關(guān)?！皩?shí)驗(yàn)臺(tái)前無(wú)小事，一個(gè)細(xì)節(jié)的疏忽可能造成無(wú)法挽回的后果。”他常這樣叮囑學(xué)生。

作為深圳格拉布斯研究院執(zhí)行院長(zhǎng)，夏海平為這深圳首個(gè)“諾獎(jiǎng)實(shí)驗(yàn)室”傾注了大量心血。研究院以2005年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主羅伯特·格拉布斯命名，聚焦其核心成果“格拉布斯催化劑”，主要開(kāi)展兩大方向研究：一是有機(jī)合成催化，發(fā)展高效、綠色催化劑體系，降低醫(yī)藥、材料合成的成本與污染；二是高分子合成催化，探索新型高分子材料制備路徑，服務(wù)新能源、生物醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)需求。研究院剛與一家企業(yè)簽署協(xié)議，共建聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。此前這家企業(yè)已經(jīng)與他們連續(xù)五年開(kāi)展合作。“這說(shuō)明合作見(jiàn)效，企業(yè)獲得了收益?！毕暮Ｆ秸f(shuō)。

在夏海平的簡(jiǎn)介中，他一直把“校黨委委員”這一職務(wù)放在最前面。作為有著30余年黨齡的老黨員，他謙遜地表示：“黨員沒(méi)有特殊之處，就是以身作則、做好本職工作，不過(guò)是以身作則、恪盡職守，平日里關(guān)懷同事，且高標(biāo)準(zhǔn)地完成任務(wù)。只是在做每一件事時(shí)，我都要牢記自己是黨員?！?/p>

回望七年前加入南科大的決定，他的回答簡(jiǎn)練而篤定：“非常正確?！?/strong>

本月20日，學(xué)校就要迎來(lái)建校15年?！斑^(guò)去15年，南科大可以說(shuō)是新辦大學(xué)中發(fā)展最快的一所?！闭劶拔磥?lái)，他語(yǔ)氣里滿是期待，“我們?cè)赑I制上已經(jīng)取得了顯著成績(jī)，接下來(lái)還要進(jìn)一步探索更有組織、更有協(xié)同的科研模式?！彼Ｍ?，在廣東省與深圳市的持續(xù)有力支持下，南科大的發(fā)展動(dòng)能繼續(xù)增強(qiáng)，各項(xiàng)辦學(xué)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)步攀升?！叭绻艿玫椒€(wěn)定的支持，相信南科大能在全國(guó)乃至全球高等教育格局中，走到更前沿的位置。我對(duì)此充滿信心。”

來(lái)源：南方科技大學(xué)，原題《專訪新晉院士夏海平：在分子世界栽種“中國(guó)梅花”》