致力“用化学解决双碳问题”,奥马尔・亚基再发Science

世界顶尖科学说 2024-04-29 17:54:53

石器时代、青铜时代、铁器时代、硅基时代,人类在不同的历史阶段总是通过材料来推动文明的进步。

——2018年沃尔夫化学奖得主、加州大学伯克利分校化学讲席教授、卡夫利能源纳米科学研究所联合主任奥马尔・亚基 (Omar YAGHI),于第六届世界顶尖科学家论坛

奥马尔・亚基教授参加第六届顶科论坛 图 | WLA上海中心

2018年美国加利福尼亚州的野火烧毁了430万公顷森林,奥马尔・亚基教授对此深感痛心,他的家距离此地不远,“那曾经是全世界最美的地方之一”。

1900年以来随着消防技术进步,世界各地野火的强度降低了。然而近年来野火重新频发,显示出大自然逐渐迫近的警告。奥马尔・亚基教授在第六届顶科论坛期间呼吁全球各国“以登月的雄心”应对气候挑战,他同时表示自己一直致力于“用化学解决二氧化碳的问题”并信心十足。

2024年3月21日,奥马尔・亚基教授在 Science 发表论文 The propensity for covalent organic frameworks to template polymer entanglement,公布了他最新的研究成果。

论文链接:DOI: 10.1126/science.adf2573

奥马尔・亚基教授最新研究成果发表于Science 图 | Science官网

COF纳米晶体具有作为经典纳米粒子填料的潜力。奥马尔・亚基教授及其团队开展的研究,调查了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)-COF和聚酰亚胺(PI)-COF复合物,发现分子编织(MW)纳米晶体掺杂到PMMA中可以显著提高其玻璃化转变温度。掺杂的复合物也表现出了优良的宏观力学性能,包括强度、延展性、韧性和损伤容忍度的提高。

奥马尔・亚基教授的研究结果表明,编织COF纳米晶体可以与聚合物相互作用,生成机械增强的复合材料。根据COF主链和聚合物基质的机械和化学相似性,相互作用可能仅限于界面或导致聚合物股线穿过编织框架的孔。光谱研究证实了PI-MW复合材料中聚合物-COF 连接形成的证据,而PMMA-MW中的相互作用可能仅限于界面缠结。与其他 MOF 和 COF 相比,编织主链与聚合物基体表现出优异的相容性,从而实现出色的填料分布和良好的机械性能。

奥马尔・亚基教授开创了金属有机框架材料(MOFs)和共价有机框架材料(COFs)研究领域。在这些领域内开展的研究为能源和环境领域的重大挑战提供了解决方案,并在清洁能源储存、二氧化碳捕捉、沙漠汲水等方面初显成效。

此次发表于 Science 的论文相关的共价有机框架研究,未来可能广泛应用在气体的储存、纯化、催化、分析测试等领域。由于其网络中不再含有金属和配位键,共价有机框架有望实现更低的密度和更好的化学稳定性。这使得它成为一种颇具发展前景的新材料。

奥马尔・亚基教授在第六届顶科论坛期间与两获诺奖的卡尔・巴里・夏普利斯教授交流 图 | WLA上海中心

2023年11月,奥马尔・亚基教授亲赴上海出席第六届顶科论坛,期间参与了多场论坛活动。

在世界顶尖科学家碳大会“科学引领零碳变革——科学促进碳中和”主旨论坛中,如本文开头所示,他介绍了自己的科研活动并表达了解决双碳问题的信心。

在世界顶尖科学家智能科学大会“科学引领科研范式变革 ——AI for Science 打造科研第五范式”专题论坛中,他分享了自己使用ChatGPT等人工智能工具提升科研效率的心得:“若没有ChatGPT,完成手头的研究可能要多花十年”。即便拥有那么多聪明的学生,今天的化学家们“依然像伽利略时代一样”在原始的实验室里忙活而未能跟进现代社会人工智能的发展,这一切必须得到改进。

在世界顶尖科学家前沿讲堂“合成与催化前沿(一)”专场,奥马尔・亚基教授还带来了一场题为 Reticular chemistry for harvesting water from air 的学术演讲。当他登台时,台下观众包括2022&2001年诺贝尔化学奖得主卡尔・巴里・夏普利斯教授、2016年麦克阿瑟天才奖得主余金权教授和2019年沃尔夫化学奖得主斯蒂芬・布赫瓦尔德等顶尖科学家。

奥马尔・亚基教授演讲时的顶科听众 图 | WLA上海中心

奥马尔・亚基教授的人生充满了励志色彩。

他出生在一个约旦难民家庭,10岁那年无意中打开了一本“满是各种各样图形结构”的书,很久之后他才意识到它们是分子结构图。被激发的化学兴趣改变了他的人生。15岁时在几乎完全不懂英语的情况下他抵达美国,从社区学校开始了学习生涯。一步步攀登至今,奥马尔・亚基教授已经跻身全世界最顶尖的化学家之列。

自2006年以来,奥马尔・亚基教授就一直是诺贝尔化学奖的热门人选。也许在不久的将来,我们将会看到他摘下那枚金灿灿的奖章。

编 辑 | 秣 马

责 编 | 小 文

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