文 ｜ 《中國科學報》記者 劉如楠

近日，美國密歇根大學博士后周鵬以第一作者身份，收獲了人生中的第一篇Nature論文。剛步入35歲的他，給自己送了一份新年大禮。

這距離2021年1月投稿的日子，已過去整整2年時間。這2年中，他經歷了第1輪就被拒稿，4輪修改，關鍵環節審稿人還失聯了，最終他用專業和真誠打動了審稿人和編輯。

(資料圖片僅供參考)

在論文中，周鵬他們開發了一種新型太陽光解水制氫的路徑，可將水轉化為氫氣和氧氣的效率提高到9%，是同類其他光解水制氫實驗的近10倍。同時該方法成本低廉，理論推測，制備1公斤的氫氣只需1美元。

這項成果的發表，也讓他更堅定了自己的科研方向，“太陽能制氫將是新能源研究領域的未來。期待學成歸國，繼續展開相關的研究。”周鵬說。

周鵬

師弟“點穴”，使研究柳暗花明

這天，正在密歇根大學做博士后的周鵬照例和北京大學的師弟線上討論課題。自周鵬從北大博士后出站已有半年時間，此前未完成的課題仍需師弟推進，所以他們時不時就開會討論。

討論圍繞光催化的反應系統展開。通常大家認為，光催化反應較為溫和，在室溫下即可發生，這是其最大的優勢，因此幾乎所有的光催化反應器都會設置冷卻水對反應進行降溫，但這又會增加反應器的設計難度。

“為什么非要那么復雜？太陽光中本來就包含可以制熱的紅外光，它本身就可以促進反應，不進行冷卻，就讓它們在高溫下反應不行嗎？”師弟隨口說道。

一瞬間，周鵬像被“點了穴”，他的思緒一下子飛到了目前在做的課題上，“太陽光本身就會產生熱量，合理利用這些熱量進行光熱協同催化，或許能促進反應效率？”

到密歇根大學半年來，他一直苦惱于提高反應效率的問題。在光解水制氫的問題上，所在課題組已將效率提高至3%，這是同類研究反應效率的3倍。半年來，他嘗試設計了很多種催化劑材料，希望能得到新的、更高效的催化劑。然而，這些實驗均以失敗告終。

周鵬說，“所有的實驗結果都在對我說，課題組現有的催化劑材料已經到了天花板。”他整個人也變得十分沮喪。

直到師弟看似無心的一記反問，在周鵬頭腦中恰似一記驚雷。他一直在催化劑結構上打轉轉，卻忽略了催化劑的反應環境對性能影響的問題。

“恰恰是光催化反應在室溫下發生的優勢，讓我們忽視了它在高溫下反應的效率問題。”周鵬告訴《中國科學報》。

隨后，周鵬等采取了兩種策略為光催化制氫“提質增效”。一是控溫，“早年間人們用廢報紙糊墻保暖，我們在實驗中用廢報紙糊在反應器上，使其成為一個保溫桶。”周鵬說。另一方面是增強光和熱，他們通過棱鏡裝置將太陽光增強至160倍，保證反應過程中的高光強和高熱量。

而提高光催化反應溫度的研究之所以少有人做，也和常規催化劑材料難以耐受高溫有關。周鵬所在的課題組曾于2014年開發出半導體材料氮化銦鎵（InCaN），最高能夠經受800度的高溫。這一新材料之前大多被用在LED顯示器等的研發中，而周鵬將其應用到了化學反應中，收獲了意想不到的效果。

“科研中的idea真是太重要了。當思路打開之后，我們花8個月時間就完成了實驗，如果不是疫情耽誤了一些基礎材料的購買，會做得更快。”周鵬說。

用真誠打消審稿人、仲裁人的質疑

2021年1月19日，懷著忐忑的心情，周鵬點擊了上傳按鈕，將文稿投給了Nature雜志。

經過3個月的第一輪審稿，便收到了編輯的拒稿消息。周鵬反復推敲審稿意見，發現是審稿人誤解了材料的反應類型，認為材料性能在領域內不占優勢。

周鵬不甘心，于是便寫了長長的解釋信件，并補充了一系列的數據，一一解答了審稿人的疑慮。并表達了他們對拒稿結果的異議。

就這樣，來回經過了兩輪的補充和解釋后，原本以為打消了編輯和審稿人的顧慮，但又出了意外，一下好幾個月過去了，那邊音訊全無。

“后來我們才知道，原來是編輯聯系不上其中一位審稿人了。”周鵬說，編輯只好另找了兩個人，對失聯審稿人的意見進行仲裁，并提出新的審稿意見。

周鵬剛剛放下的心，一下又懸了起來，“常規只需要一位仲裁人，這次一下子來了兩位，他們都有一票否決權。”

好在，兩位仲裁者認為，他們已經解決了目前提出的大部分問題，且此前的審稿意見并不完全適用于這項研究。同時他們也重新提出了一些問題。就這樣，又進行了一輪的修改調整，這篇論文終于得以接收。

“在整個審稿過程中，我們遵循實事求是的原則，目前沒有解決的問題、研究中有待完善的地方，如氫氧分離問題，都大大方方地承認，并闡述清楚研究的主要目的。后來想想，或許正是我們的真誠打動了仲裁人和編輯。”周鵬說。

送給自己35歲最好的禮物

進入到2023年，周鵬也跨入了35歲的門檻，這篇Nature論文成果，無疑是他送給自己35歲最好的禮物。

回想起3年前，周鵬剛從北京大學博士后出站，手握著6、7篇論文成果，也有相對不錯的學校向他拋出橄欖枝。但他思考再三，決定赴密歇根大學再做一個為期3年的博士后。

“當時做了很多利用新材料進行光催化反應的研究，但沒有一個能用于工業生產。事實上，光催化制氫從1976年發展以來，在整個領域內，也幾乎沒有研究能走到工業車間進行規模化生產。究其原因，我認為是對催化反應系統的研究不足。”周鵬對《中國科學報》說，“相對于催化反應系統來說，催化劑材料的研發周期短、論文成果更好發，相關的研究我也做了不少，算是比較熟悉這類論文的‘套路’。”

“我希望，能做點與以往不一樣的東西。當我不再需要用論文篇數來證明自己的時候，就希望專注于耗時更長、更困難的問題，即光催化反應環境和反應系統的創新。”他說。因此，即便是趕上新冠疫情、實驗斷斷續續，或者是多輪的審稿和修改，周鵬都能坦然面對。

最終，他們利用太陽能作為能量來源，完全清潔，將水轉化為氫氣和氧氣的效率達到9%，是同類光解水制氫實驗的近10倍。同時成本十分低廉，按照一些理論研究的推測，光催化全解水制備1公斤的氫氣只需1美元。

然而，這對于實際應用來說，還遠遠不夠。只有達到99.999%純度的氫氣，才能被直接應用在燃料電池上，而目前光催化全解水得到的只是氫氧混合物，純度還不夠。

“我們希望，繼續設計出新的制備方法，直接通過光催化水分解制備出高純度的氫燃料。”周鵬說，“我的理想是，像電催化、熱催化那樣，光催化制氫也能在工業車間大規模應用。”

對于有些人來說，35歲可能是職業的門檻。而對周鵬來說，35歲是他順從內心做科研的重要轉折。他的科研之路，才剛剛開始。

相關論文信息：

DOI：10.1038/s41586-022-05399-1

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