編者按：
科技賦能發展，創新決勝未來。創新發展已成為現代化河南建設的主旋律、最強音。今日之河南比以往任何時候都重視科技創新，比以往任何時候都渴求創新人才。
近年來，河南省高度重視科技創新和人才培養，不斷加大投入和支持力度，1月10日召開的2023年度河南省科學技術獎勵大會碩果累累，如同全省科技創新「大閱兵」。
今日起，頂端新聞推出「點亮河南科創之路」系列報道，關註河南省科學技術獎重磅獲獎計畫，為您呈現河南科技創新的澎湃動能!
頂端新聞首席記者 郭丁然 受訪者供圖
近日，河南省人民政府釋出【河南省人民政府關於2023年度河南省科學技術獎勵的決定】，鄭州大學化學學院臧雙全教授團隊主持的成果【銀硫團簇材料定向制備與功能化】榮獲河南省自然科學獎一等獎。
他們開創的全新方法，破解了銀硫團簇材料穩定性和功能欠缺的難題。為團簇材料研究開啟了一扇嶄新的大門。未來，或將在新材料、微電子、生物醫學、環境檢測、能源、農業等領域產生革命性變革。
跟隨頂端新聞記者一起走進團簇材料的世界……
團簇材料是什麽?
【銀硫團簇材料定向制備與功能化】，看到這個獎項名稱，大多數人可能會有點兒懵。
銀硫團簇是什麽?團簇材料又是什麽?
「團簇是一種介於原子、分子，大塊物質之間的物質結構新層次。金屬奈米團簇，是由幾個至數百個金屬原子組成，直徑從亞奈米級到2-3奈米不等，占據了離散原子和電漿奈米材料之間的空隙，是一種新興的原子精確奈米材料，也是連線分子科學和材料科學的橋梁。」鄭州大學化學學院晶態分子功能材料實驗室副教授王朝陽(此次河南省自然科學獎一等獎第三研發人)告訴頂端新聞記者，「銀硫團簇就屬於金屬團簇的一種。」
頂端新聞記者了解到，團簇的發現源於上個世紀70年代。當時，科學家發現了一種介於原子、分子，大塊物質之間的物質結構新層次。這一發現讓人們對物質世界的微觀構成有了全新認識，也成為了物理學和化學兩大學科的重要交匯點。
團簇其實廣泛存在於自然界中，例如煙、霾、雲霧，甚至宇宙塵埃。團簇的物理和化學性質，會隨著所含原子和分子數目的變化發生很大的變化。
因此，對於團簇的研究，可以開啟奈米材料的新世界。團簇材料的一些新特性也使它有可能顛覆新材料、微電子、生物醫學、環境檢測、能源、農業行業現狀。
用搭樂高的方法，破解團簇的穩定性和功能性
團簇是由幾個或成百上千個原子或分子透過一定的物理或化學結合力組成的相對穩定的聚集體。
但在團簇的研究過程中，科學家面臨兩大難題。首先，就是團簇合成的不確定性和不穩定性。其次，對團簇的功能開發欠缺。
歷經5年的科研探索，臧雙全教授團隊圍繞銀硫團簇，摸索出了一套方法，采用功能有機配體定點取代修飾策略，實作了從不穩定到穩定，從性質匱乏到催化和光電等功能多樣化的跨越。
(經過配體修飾的銀硫團簇)
如果把團簇比喻成一個小團，如何讓這個小團穩定?
臧雙全教授團隊探索出兩種途徑。一種就是給它加上保護殼，這個保護殼由多種或多個「配體」組成。另一種途徑就是像搭樂高一樣，用橋聯配體將一個個小團組裝一個金屬有機框架結構(MOF)。
(銀硫簇基金屬有機框架)
如何讓它具備不同的功能性質?那就給團簇戴上「耳環」「墨鏡」等不同配飾(炔基、巰基、多位點等)。
這就巧妙解決了銀硫金屬團簇的穩定性和功能性問題。
之所以探索出這樣的路徑，與臧雙全教授此前深耕的金屬有機框架(MOF)方向有關，在研發團簇時巧妙地將兩個領域結合了起來，形成了新的解決方案，這就是交叉領域研究之妙。
各種功能套用方向不斷被挖掘
團簇這種全新的材料，對我們的生活能帶來哪些改變?
頂端新聞記者看到實驗室走廊兩側展板上，幾十張展板依次排開，展示了團簇材料在不同領域的套用研究。鄭州大學化學學院晶態分子功能材料實驗室的研發團隊分為：團簇發光、團簇生物醫學、團簇催化三個研究大方向。
「以前，對於團簇材料的特性我們沒有摸透，經過不斷實驗測試，掌握了越來越多的性質。」王朝陽向頂端新聞記者介紹。
例如，團簇材料在柔性裸眼3D顯示、光子學資訊加密等領域具有廣泛套用前景。
「由於團簇材料具有優異的光學效能和手性發色團獨特的旋光性，使得團簇材料有望成為一類新型的CPL(圓偏振發光材料，一種3D顯示材料)功能材料。」鄭州大學化學學院直聘研究員李思博士介紹。
使用碳硼烷炔作為配體的銀硫團簇具備高能量、可自燃的特性，能實作毫秒級點火。可以用於火箭推進劑中的自燃材料，也可以用於芯片、武器系統、無人機等武器裝備銷毀，為中國武器裝備和國防安全提供重要保障。
另外一種銀硫團簇組裝成簇基金屬有機框架後，可以對氧氣產生優良的熒光傳感功能，其熒光響應時間達到0.3秒。未來如果套用於氧氣檢測可以極大提升氧氣傳感器靈敏度。
此外，使用團簇材料還能制作出對X射線產生熒光的閃爍體材料，未來實際套用中可以大大降低醫療醫學檢測中的X-射線放射線劑量有望生產出對人體幾乎無害的X光拍片裝置。
氨是一種非常重要的化工原料，人類工業經濟的快速發展以及糧食產量提升都有賴於人工合成氨的技術提升。例如，氮肥是世界化肥生產和使用量最大的肥料品種，我們熟悉的尿酸就是氮肥的一種。氮肥生產的主要原料就是合成氨。
「以往人工合成氨還依賴於一種高耗能的高溫高壓過程。」王朝陽介紹，我們團簇催化方向團隊發現銀硫團簇可以作為催化劑從硝酸根還原氨氣。同時，硝酸根大量存在於工業廢水中，還可以變廢為寶。
這個技術一旦研發成熟，將是世界級的重大突破，對農業、工業、軍工等領域都會產生劃時代影響。
聽了這些案例，有沒有對小小的團簇材料「肅然起敬」?其實，這還只是團簇材料套用方向的冰山一角。臧雙全教授團隊的研發成果為團簇材料科研提供了一個全新的解題思路，未來在此基礎上還會不斷有新的發現。
「早8晚10」的是工作常態，科研人要耐得住寂寞
做基礎研究是項「默默無聞」的苦差事，臧雙全教授團隊是如何多年如一日潛心搞科研的?
「基礎研究要耐得住寂寞。」王朝陽說，這是一句老生常談的話，但事實上確實是這樣。
頂端新聞記者采訪臨近結束時已是晚上六點，此時實驗室裏的小夥伴都陸續去食堂吃飯。
「他們並沒有下班，吃完飯還會回來。我們實驗室從主任到基層研究員所有人都是早8點來，晚上10點走，這是我們的常態，不是加班。」王朝陽告訴頂端新聞記者。
他表示，實驗室最早從2010年就開始做團簇的基礎研究，直到2017年左右才開始陸續產出科研成果。如今實驗室已經從當年的十幾個人擴充套件到一百多人，可謂兵強馬壯，他們的研發成果產出也進入高速增長通道。
「對於基礎研究，有不少人不理解，我們經常被朋友靈魂拷問：你做這個有什麽用?」王朝陽說，甚至去做學術報告時也會被聽眾質疑。
對於青年科研人員有怎樣的建議?王朝陽說，選定一個正確的科研方向很重要。不要跟風去找一個國外做過的課題，你再拿來做一遍在國內發個論文。要認真選擇一條「沒人走過」但有前景的研究課題，心無旁騖地堅持下去。
鄭州大學晶態分子功能材料實驗室是國內團簇研究陣營的第一梯隊選手，未來他們將繼續不斷在這個領域深耕，讓小小的團簇碰撞出一個耀眼的未來。
