在南科大創(chuàng)園實驗室里，一朵由化合物構(gòu)成的“梅花”悄然綻放——它并非草木，而是一個被稱為“金屬核輪烯”的分子結(jié)構(gòu)。這項由化學(xué)系講席教授、深圳格拉布斯研究院執(zhí)行院長夏海平團隊攻克的成果，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，憑借獨創(chuàng)的“碳龍化學(xué)”，夏海平在2025年11月當(dāng)選為中國科學(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)十年如一日的堅守、一個團隊對“難而正確之路”的信念，以及南科大這片創(chuàng)新沃土所孕育的無限可能。

“分子梅花”綻放南科大校園

夏海平院士的申報依托單位為南方科技大學(xué)，整個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，來到南科大后實現(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’。”夏海平介紹：“這是‘碳龍化學(xué)’的一個升級版。其最核心的分子結(jié)構(gòu)，看起來就像一朵梅花?！?/p>

“非常夢幻！”夏海平團隊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到這朵“梅花”的時候，依然十分興奮。那是2023年底，為了合成這個五個五元環(huán)結(jié)構(gòu)的分子，徐賓彬已經(jīng)在實驗室里嘗試了多種方法，奮戰(zhàn)了一年多，而整個團隊為之付出的時間則更長。

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

該成果帶給徐賓彬的是震撼，而對夏海平而言，這更是對他多年來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。

夏海平馬上組織團隊開會討論這個進(jìn)展，大家馬不停蹄繼續(xù)試驗、觀測、收集數(shù)據(jù)，幾個月的奮斗后，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)表了這項成果，美國化學(xué)會發(fā)布的《化學(xué)與工程新聞》對該成果的評價是：“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)史說起。

“你知道苯分子嗎？它是一個六元環(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。苯正是第一個被認(rèn)識的“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。此后，許多科學(xué)家開始思考一個問題：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？這個難題70年來一直未獲解決。

夏海平介紹，他團隊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)這個新分子具有非常獨特的性質(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。同時，由于金屬的嵌入，它周圍的五個小環(huán)也被賦予了芳香性，形成了一個結(jié)構(gòu)獨特且高度對稱（具有五重對稱性）的分子?！?/p>

“如果說苯分子是‘大道至簡’的美，像山村淳樸的少女；那么這個新分子則展現(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，一些國際機構(gòu)也用這一分子制作視頻來紀(jì)念這一時刻。

有意思的是，這個“分子梅花”與化學(xué)系沿用近十年的“系標(biāo)”十分相似，這個“系標(biāo)”本就是以苯分子為原型而設(shè)計的花型。夏海平說：“許多人說我們把化學(xué)系的‘系標(biāo)’做出來了，而且比‘系標(biāo)’的設(shè)計更精美、更嚴(yán)絲合縫?？茖W(xué)的進(jìn)展往往會突破我們的認(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)歷漫長凜冬般的堅守，才得“暗香”遠(yuǎn)播?！耙驗檫@是一項‘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。但對于一個重要的科學(xué)目標(biāo)來說，它值得我們十年如一日地堅持?！?/p>

“堅持難而正確的事情”是夏海平一直對團隊的勉勵。他說：“我相信這個分子結(jié)構(gòu)是能做出來的。而學(xué)生也相信了我?！?/p>

在南科大，夏海平申請到了深圳杰出人才培養(yǎng)計劃，學(xué)校、院系也給予大力支持，這為團隊的工作提供了堅實保障。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)堅守

走進(jìn)夏海平的辦公室，人們往往會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化學(xué)，核心是探索碳與金屬之間的化學(xué)鍵?！毕暮Ｆ秸f，“我一直想探究一個根本問題：一個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，碳—金屬鍵的數(shù)量也不斷增加。2016年，團隊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，丁奎嶺院士對我說，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”成了這個系列化合物的昵稱。

此后，團隊繼續(xù)推進(jìn)，這副“同花順”越連越長。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”，是整個研究中最難攻克的堡壘。為了紀(jì)念這項歷時近十年的工作，團隊設(shè)計了一套“碳龍化學(xué)”撲克牌。未來，這個“同花順”家族還可能進(jìn)一步擴展，例如嵌入更多金屬或構(gòu)建更大環(huán)系。

在夏海平看來，科學(xué)本就蘊含美學(xué)。“我們設(shè)計分子時，其實也是在構(gòu)筑美?！彼故局铣晌锏难葑冞^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，如何堅定做出選擇，并帶領(lǐng)團隊持續(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)問題；第二，要從中找出尚未解決且足夠重要的問題。第三，也是最關(guān)鍵的一點，必須嘗試用前人未曾用過的方法去解決它。這也是我一直對年輕科研人員做出的建議?！?/strong>夏海平說，認(rèn)準(zhǔn)這三點，堅持做上十年，一定會有所成?！拔覀兊某晒?，比如‘撲克牌’分子和‘梅花’，最初并沒有刻意設(shè)計，都是這樣水到渠成的。”

水到渠成之下，“碳龍化學(xué)”作為中國原創(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際權(quán)威的有機化學(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。后來我們還發(fā)現(xiàn)一些高中質(zhì)檢題也引用了這項研究。我想，很多考生以后會在備考時就接觸到這個來自南科大的前沿成果。”夏海平笑道。

“我們課題組不提倡‘彎道超車’，因為所謂‘彎道’，那還是在別人的賽道上。我們強調(diào)‘獨辟蹊徑’，自己闖出一條新路，這樣后面才會有千千萬萬人跟隨?！毕暮Ｆ秸f。

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)測的不同金屬與環(huán)系的金屬核輪烯?！巴ㄟ^計算，我們預(yù)測可以形成一個龐大體系：環(huán)碳原子數(shù)可從12擴至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?！?/p>

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。

“很多人問我原因。其實我不是被‘挖’來的，而是覺得如果55歲還不改變，可能一輩子就呆在一個單位了?！彼寡裕拔襾砟峡拼罂戳丝?，和學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)聊了聊，就做出了決定?！边@個選擇也與他的成長經(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大，對廣東很熟悉；香港回歸前，他還在香港科技大學(xué)做過兩年訪問學(xué)者?！澳峡拼蟮霓k學(xué)模式與港科大很相似，我來了之后感覺很親切?！?/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)實驗安全與環(huán)?！?。“實驗室安全課我已堅持十多年?；瘜W(xué)實驗性質(zhì)決定了化學(xué)系是安全高危區(qū)，實驗室安全是重中之重。沒有安全，一切研究都失去意義。”課堂上，他融入真實案例，反復(fù)強調(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)?！皩嶒炁_前無小事，一個細(xì)節(jié)的疏忽可能造成無法挽回的后果?！彼＿@樣叮囑學(xué)生。

作為深圳格拉布斯研究院執(zhí)行院長，夏海平為這深圳首個“諾獎實驗室”傾注了大量心血。研究院以2005年諾貝爾化學(xué)獎得主羅伯特·格拉布斯命名，聚焦其核心成果“格拉布斯催化劑”，主要開展兩大方向研究：一是有機合成催化，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)合實驗室。此前這家企業(yè)已經(jīng)與他們連續(xù)五年開展合作?！斑@說明合作見效，企業(yè)獲得了收益?！毕暮Ｆ秸f。

在夏海平的簡介中，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：“黨員沒有特殊之處，就是以身作則、做好本職工作，不過是以身作則、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，我都要牢記自己是黨員?！?/p>

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

本月20日，學(xué)校就要迎來建校15年。“過去15年，南科大可以說是新辦大學(xué)中發(fā)展最快的一所?！闭劶拔磥恚Z氣里滿是期待，“我們在PI制上已經(jīng)取得了顯著成績，接下來還要進(jìn)一步探索更有組織、更有協(xié)同的科研模式?！彼Ｍ趶V東省與深圳市的持續(xù)有力支持下，南科大的發(fā)展動能繼續(xù)增強，各項辦學(xué)指標(biāo)實現(xiàn)穩(wěn)步攀升。“如果能得到穩(wěn)定的支持，相信南科大能在全國乃至全球高等教育格局中，走到更前沿的位置。我對此充滿信心?！?/p>

來源：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“中國梅花”》