首次使用电子作为催化剂！中科院外籍院士，为新材料创制奠下基础

>焦阳的朋友在研究小组中的推测，在水分子鉴别这一步，如果运应用于金属锌作为转换转成剂，就能轻松意味着。而一旦将锌换转成铅，虽然也能转换转成导致阴离子，但完全不时会发生鉴别。大家并不认为，这很确实是个羧酸流程。不过，有人真的表面有都有的效应，自带羧酸属性；有人真的金属锌的转换转成性愈来愈强，将阴离子“过度转换转成”，从而意味着了某种羧酸。

过渡期二：悉心澄清。

焦阳对这个貌似的现像不感兴趣，决定仔细探寻。一系列的控制研究小组做到慢慢地，他推测“过度转换转成”论点很确实是对的，但相距完全断言这一费马要还远远过分。为尽快得到可信无误，他所设计了如下对比研究小组：制备两份探头，一份被“转换转成得恰到好处”，另一份则在此基础性上，明显地过度转换转成，通过相对这两份探头中的水分子鉴别的速率，就可以断定“过度转换转成”究竟决定性状况。

至此，难题转换成为：如何制备一份“转换转成得恰到好处”的探头？为此他尝试过多种方法有，之后推测只有在精确的兼职电场下顺利完成电解才能恰到好处地转换转成，得到所需探头。

筹备 3 个月末后，再度拉开序幕了一次关键性研究小组。在新制备的探头中的，当两种阴离子混搭自此，10 个小时以内依然从未发生鉴别；然而，如果向探头中的加入 4% 的微量转换转成剂，超过“过度转换转成”的敏感度，水分子鉴别就时会迅速触发，并在 70 分钟以内超过平衡态，速率减慢了 640 倍。而多加一点（8%）转换转成剂，水分子鉴别顺利完成得愈来愈快，大概 10 分钟就能顺利完成时，速率减慢了 3200 倍。

左图 | 筹备了 3 个月末的关键研究小组，让焦阳推定了神奇的羧酸现像（来源不明：Nature）

推定了羧酸现像自此，他很快归来阐释羧酸成因的征程。为了表征羧酸中的数间体，焦阳将原本则会顺利完成的羧酸流程报废转成多个两步，并借助于类星体仪手段转成功观察到羧酸中的数间体的呈现出新及其先前转换成。

仅有类星体证据还过分，羧酸制度化亚种繁多、彼此数间牵连，想要尽办法将中的数间体分离出新来，获取愈来愈详细的结构上信息，极为困难。为解决该难题，他所设计并合转成了一种与中的数间体核心单元完全相同的模型水分子，该水分子是机器互锁结构上，能将复杂的；也水分子制度化简化转成结构上明确的单水分子制度化。

意欲，他测得了模型水分子的类星体信号、自由电子顺磁共振信号以及单晶结构上。这些数据资料充分说明了羧酸中的数间体的结构上特征，为羧酸成因提供了关键性证据。成因研究课题的另一项关键手段是量子出新力学算出，为此焦阳和国际广为人知算出数据资料分析生物学家、加州理工学院涂层与工艺模拟中的心的亨利·戈达德（William A. Goddard）研究员合作，历时一年，从学说各个方面推定了羧酸流程中的活化能的显着降较低，并探究了两条共存的羧酸正向，从而为成因的准确性再继续加一层保险。

左图 | 历时一年的研究小组和学说研究课题，确保了成因的准确性（来源不明：Nature）

过渡期三：副产品冷凝。

对于任意一个羧酸流程，首要的难题是：羧酸剂是什么？这让焦阳隐喻要到 2014 年 Nature Chemistry 上的一篇综述文章，标题为《自由电子是一个羧酸剂》（The electron is a catalyst）。没错，真正的羧酸剂不是某种特定的水分子，而是自由电子。事实上，“自由电子羧酸”的理想要主义在合转成数据资料分析化学中的业已被持续转变，但从未有人设想要过自由电子也可作为水分子鉴别和自报废流程的羧酸剂。基于此，研究课题转成果的宗旨和短文再一确定：自由电子羧酸的水分子鉴别。

不过，物理界常时会有这样的音调：“没人做到过的事情，并不意味着关键。”于是焦阳进一步严刑自己，自由电子羧酸有什么独特的压倒性吗？他的总结是：应用程序越最简单，具体来说越辽阔。

一种羧酸模式想要尽办法取得广泛的运应用于，其大体上概念一定要足够简约，原理也要清晰明确。自由电子羧酸恰恰是这样一种最简单、通用的方法有。尽管本文中的只显现出了一个例证，但运应用于完全相同原理可以很更容易所设计出新愈来愈多的“自由电子羧酸自报废”制度化。

此外，自由电子是无处不在的，向制度化中的引入自由电子的操作，不仅必需数据资料分析化学阴离子来顺利完成时，还可借助于南京政府、光能或施加机器出新力等多种完全相同渠道来意味着。这些与所致刺激的社交潜能，都是筑成智能新涂层的契机。

左图 | 从自由电子羧酸的数据资料分析反应物会到自由电子羧酸的水分子鉴别（来源不明：Nature）

根据整体制度化的特色，焦阳在研究课题转成果中的重点项目展示出新了两项自由电子羧酸的压倒性：其一，只要转换转成电位适合，学说上任何数据资料分析化学转换转成剂都能承担自由电子羧酸的导致任务。他检验了 10 种阴离子，其中的最主要爽朗金属、金属配合物、有机小水分子等，推测它们都能触发水分子鉴别，而且加快敏感度近乎相同。以往的羧酸报废手段，极为缺少羧酸剂的具体结构上，而自由电子羧酸一定某种程度上减轻了这种“结构上缺少”，从而进一步提高了方法有的实用性和一致性。

其二，如果自由电子是羧酸剂，则不必须任何数据资料分析化学阴离子，南京政府也可促进水分子鉴别。研究小组结果拥护了焦阳的假定，他将电极插入制备好的探头中的，然后进一步提高电场，只必须 10 秒钟，汇入 0.1 塔城的自由电子，瞬数间就能顺利完成时水分子鉴别。如果将电数据资料分析化学池大修一下，还能在阴阳两极同时汇入和清空也就是说的自由电子，利用制度化中的流过的电场，同样能超过羧酸敏感度。愈来愈关键的是，这种所设计能帮助基因表达水分子鉴别的进程。让水分子鉴别可以“走走停停”，精确控制速率和转换成率。这在以往的；也水分子制度化中的不太确实意味着，也是研究课题转成果的点睛之笔。

另据悉，在应用从现状上，该转成果有望应用于筑成“自我锻炼”的人工肌肉，智能用药缓释该系统、；也水分子电池等等。

“理想要主义的研究小组”和“理想要主义的结晶”

回顾研究课题个人经历，焦阳透过了两桩往事。一则关于科研初衷，一则关于学术精神。

2020 年初，新冠流感时值，焦阳所在的美国霍普金斯大学原计划关闭为学校和研究小组室。当时，全组朋友都在加班加点做到研究小组，希望在关闭从前收集到整套数据资料，以便隔离期数间有研究课题转成果可写到。焦阳最初也是这么想要的，所以紧接著加了几天代课，把能想要到的研究小组全部做到完。

然而，隔离期数间，当他开始重新整理数据资料写到研究课题转成果时，推测仍有很多难题从未讨论吻合，必须进一步做到研究小组。最初他有点沮丧，哭泣朋友们源源不断地产出新研究课题转成果，就让很着急，但仍然困守母亲的，只能多做到一些“理想要主义的研究小组”。

就在这段时期，他有了难得的闲暇，可以深度探究自由电子羧酸的某种某种程度和压倒性。几个月末后，研究小组室重新开放，这些“理想要主义的结晶”都从未被不合理，也引导他去做到愈来愈多关键的研究小组，再继续度造就一篇完美研究课题转成果。

随即回想要，如果从未这些波折，该研究课题很确实达大概今天的高度。科研本就是一个实践与探究螺旋社交的流程，平日从前处在快节奏兼职中的，每天被大量研究小组原计划催促，不太确实有常为去集中探究最基础性的物理难题。

从这个紧接著性来看，流感固然带来了很多困扰，但客观上也为他提供了“慢慢来”的机时会。

在焦阳的原计划中的，他曾尝试利用光数据资料分析化学手段引入自由电子，以超过羧酸和控制水分子鉴别的目地。研究小组时也确实观察到：光能的敏感度和南京政府极为完全相同，都能引起某个特征释放出峰顶的进一步提高。

于是，在研究课题转成果的第一稿中的，他把光数据资料分析化学研究小组的结果和详细成因左图都写到了进去。为了拥护成因中的的断言，焦阳劝一位类星体仪领域专家帮忙测定中的数间态的寿命和反应会途径。然而，对方经过仔细研究小组和数据资料分析后，推测提出异议新的成因是不确实的，要想要到所谓其他确实性。

于是，焦阳做到了一些对照研究小组，这才推测该制度化在光能下是不安定的，时会发生分解、并导致类星体表征中的的假象。失望之余，他愈来愈感到就让，要不是来自合作者的“台风”，自己很确实把错误的研究小组结果呈现给审稿人甚至全世界性的读者。

之后，他删掉整个光数据资料分析化学部分的结果与讨论，同时黑下决心，未来一定要找寻光安定制度化去意味着未竟的从前提。

随后，他将那位类星体仪领域专家列入研究课题转成果的都由作者，有一天领域专家发邮件问焦阳，自己的贡献不大，究竟放在致谢中的愈来愈合适？于是，焦阳将这个故事讲给对方，并问到：“相比于推测真理，要求谬误同等关键，甚至愈来愈加关键。”对方发出焦阳的回信后起先。

同时，他也注意到：第一，永远不要忽略对照研究小组的关键性；第二，要珍惜并合理分配研究课题转成果的署名。

作为一种全新的羧酸方法有，自由电子羧酸的水分子鉴别解决方案还必须集中理解和该全面性持续转变。因此，该的团队接慢慢地的主要从前提最主要：

1、进一步提高羧酸效率，将自由电子的用量降较低到千分之一以下；

2、持续转变基因表达手段，将自由电子羧酸与电数据资料分析化学、光数据资料分析化学、出新力数据资料分析化学等诸多行业联结起来，赋予报废体愈来愈丰富的实用性；

3、将自由电子羧酸的初衷用到完全相同的报废制度化，在水分子、纳米、全局等多个紧接著性上发挥作用。

曾被肄业清华，已出新版 11 篇一作研究课题转成果

据介绍，焦阳来自齐齐哈尔市四平市。于 2009 年肄业至清华数据资料分析化学工程系高水分子涂层与工程专业学习，2013 年取得清华优良本科本科毕业生（从前 15%）。翌年，肄业至该校数据资料分析化学系研读教授学位，讨教为中的科院院士张希研究员。

教授期数间在讨教的指导下，他提出异议新并转变了“；也水分子阴离子”的概念，运应用于动态的非共价相互作用安定或活化有机阴离子亚种，意味着了红外线光热转换、高效羧酸等多种功能。基于上述研究课题转成果，先后取得研究课题生国家奖学金、中的国胶体与界面数据资料分析化学三等奖、清华优秀教授学位研究课题转成果、优秀教授本科毕业生（从前 5%）等桂冠。

2018 年教授本科毕业后，他前往美国霍普金斯大学从事教授后研究课题，主要研究课题方向最主要自报废的羧酸与基因表达，功能型水分子机器的筑成。博后期数间，他创设了“自由电子羧酸的水分子鉴别”新解决方案，为羧酸报废提供了简约、高效、可持续转变的方法有。

当今世界，焦阳以第一作者名义出新版研究课题转成果共计 11 篇。目从前，仍在霍普金斯大学做到教授后。同时，他原计划 2022 年或 2023 年赴美兼职，当下正在建立联系国内高校申劝教职。此外，另一位研究课题转成果都由一作邱允俨教授将于 2022 年夏入职匹兹堡大学数据资料分析化学系 [4]。

-End-

参考资料：

1、Jiao, Y., Qiu, Y., Zhang, L. et al. Electron-catalysed molecular recognition. Nature 603, 265–270 (2022).

2、Wang, Y., Lin, H.-X., Chen, L. et al. What molecular assembly can learn from catalytic chemistry. Chemical Society Review 43, 399–411 (2014).

3、Studer, A., Curran, D. P. The electron is a catalyst. Nature Chemistry 6, 765–773 (2014).

4、yunyanqiu.com

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