邓勇辉

以“传感科学的挑战与机遇”为主题的2019年第三次启明星论坛于11月14日在复旦大学召开。本次启明星论坛无论是在星友的参与度，还是在贴合论坛希望达到的激发更多跨学科思想碰撞交流的宗旨方面，这次论坛都具有刷新的意义。在这个成功的背后离不开本次论坛的实际策划执行人——2008级星友、复旦大学化学系邓勇辉教授。也是因为这次论坛，我们相约采访邓勇辉星友，以更多地了解传感科学这一带动性极大的科技领域的进展以及邓勇辉与传感的故事。

“经历过10年双抢的孩子什么苦都能吃！”

邓勇辉出生于江西临川一个普通的农耕家庭。在邓勇辉的印象中，从小学高年级起他一到放假就会和三个哥哥帮助父母干农活，算是家里的主要劳动力，每逢暑假，更是将所有的精力都放在了“双抢”上。所谓双抢，就是要抢收早稻、抢种晚稻，而且不止要在田里种稻谷，还要到山上开荒，种大豆、花生、油菜等，每天会在太阳下劳作十几个小时，这可比读书辛苦多了。因此，现实的生存状况和父母的告诫从小就不断鞭策他们:只有读书才能改变现状。父母宁愿自己受苦受累、节衣缩食也一定要供子女们读书。在这样的生活背景和家庭环境下，邓勇辉与哥哥们读书非常用功，如今四兄弟中他和大哥都是复旦大学的教授。

就是凭着勤奋和改变命运的强烈愿望，邓勇辉考取了南昌大学化学系无机化学专业。南昌大学有考研的传统和氛围（有约2/3的学生考研），所以其实他从一进学校就已经立下了考研的目标。上大三时，大哥考上了复旦大学的研究生，这对于正在准备考研的邓勇辉来说无疑是一剂强心剂，既增加了信心也坚定了信念：一定要考上复旦大学的研究生，就算考不上明年也要继续考。既然目标定了，那就抱定宗旨向前冲吧！

2000年，邓勇辉终于获得了复旦大学高分子化学专业的录取通知书，但一进复旦他就感受到了巨大的压力：本科学的是无机化学专业，高分子专业的知识需要恶补；此外，英语口语与其他同学相比也有很大差距。邓勇辉差不多用了两年时间才慢慢弥补了与其他较优秀同学的差距。研三时，邓勇辉不仅能在组会上用英语顺利交流，还将自己的研究成果在国际著名期刊上发表，多次获得学校的奖学金。

“人家一天做3个实验，我做10个实验，不断探索，不断总结经验。”

邓勇辉在复旦大学硕博连读的导师是高分子系德高望重的府寿宽教授。府教授是一位温文儒雅、心胸开阔的学者，十分关心、体谅学生，对学生以鼓励为主、极少批评，在乳液聚合领域十分有声望。课题组主要的研究方向为乳液聚合及功能高分子微球。一开始，邓勇辉由一个高年级的师兄带着熟悉实验流程，对于自己的研究课题，邓勇辉并没有太多的想法，基本按照师兄的想法去探索，研究课题是通过界面聚合的方法，在磁性氧化铁颗粒表面生长一层功能高分子涂层，制备磁响应性高分子复合微球。可是经过近两年的探索和尝试，课题都没有取得实质性的进展，没能在氧化铁颗粒上可控地生长高分子涂层，而师兄也将毕业离开。此刻，邓勇辉意识到自己必须主动找新思路去突破实验瓶颈。

在一次课题组组会上，邓勇辉听了另一位师兄的实验进展和成果汇报后受到极大启发。这位师兄研究的是热敏性功能高分子材料，他通过无皂乳液高分子聚合在二氧化硅小球表面上生长出对温度敏感的高分子涂层（PNIPAM），形成了一种核-壳结构的复合高分子微球（直径100～500纳米），再将微球内部的二氧化硅腐蚀后就得到了空心的热敏高分子微球。邓勇辉马上联想到，自己研究的氧化铁上一直不能生长高分子涂层，能否借鉴师兄的实验方法，在氧化铁表面镀一层氧化硅进行表面修饰，然后再接着生长热敏性高分子涂层，这样也许就能得到自己想要的磁性高分子微球了！

说干就干，邓勇辉立马开始行动，重新设计实验方案。“化学有时候就是体力活，农村的孩子能吃苦，人家一天做3个实验，我可以做10个实验，不断探索，不断总结经验。”没过多久，邓勇辉就成功地制备出了同时具有磁性和热敏性的高分子微球。这样的磁性微球材料能够用于吸附分离、药物控制释放和催化等领域。例如，用磁分离技术可以轻松地将负载催化剂的磁性微球从反应液体系中分离出来，实现催化材料的循环使用。这项研究邓勇辉以第一作者发表在国际著名期刊《先进材料》（Advanced Material）上。据邓勇辉介绍，这是当时复旦大学高分子系历史上第二篇发表在该期刊上的文章。从一开始对专业知识和英语水平的不自信到在国际期刊上发表高影响因子的论文，对邓勇辉来说，这是一个巨大的跨越。

接着，邓勇辉在这项研究的基础上，在磁性和热敏性的高分子球中又加入了荧光的功能组分，得到了具有三种功能的高分子球——多重功能高分子球，这种多功能球可用于生物医学中。例如，多功能球作为药物的载体进入生物体后，荧光功能可以用于显示跟踪，了解药物的输送位置，使过程可视化；热敏性功能可以通过温度控制药物与细胞或其他组织的相互作用；磁性功能可以用于定位，将药物引导到病灶上，达到靶向治疗的作用。这项研究邓勇辉发表在了国际期刊《欧洲化学》（Chemistry-A European Journal）上。

攻读博士学位期间，围绕磁性高分子微球研究，邓勇辉以第一作者发表了5篇研究论文，同时申请了5项中国发明专利。回顾研究生阶段的工作，邓勇辉深有感触，当年的第一篇论文就是借鉴了师兄的方法才得以峰回路转，顺利完成。也因此他现在经常鼓励学生既要静下心来多看文献多总结，获取灵感，也要走出实验室多听讲座和报告，并与他人合作，取长补短。

创制出能制备孔径大于30纳米的介孔材料的表面活性剂

博士毕业后，邓勇辉曾在一家瑞士精细化工公司有过短暂的研发工作经历。外企的工作环境和待遇都特别好，但是工作内容比较程序化、行政化，与自己的研究兴趣也有些冲突，因此在转正之前邓勇辉就辞职了。他联系到复旦大学化学系大名鼎鼎的赵东元教授，希望去其课题组做博士后。

事实上，邓勇辉之前并没有与赵老师直接接触过，只是听过他的报告，知道赵老师在纳米材料研究领域十分厉害。带着对赵老师的崇敬，邓勇辉向赵老师提出了申请，并在赵老师面前演示了他的博士毕业答辩ppt，没想到赵老师当下就同意了。或许，邓勇辉的坦诚和他具备的高分子合成方面的研究背景打动了赵老师。

邓勇辉介绍，介孔材料是一类孔径在2～50纳米之间的介观材料（通常是无机材料），其在催化、分离、吸附等领域，甚至在传感、药物控释、能量存贮与转换等高新技术领域均具有广泛的应用前景。为了帮助我们理解，邓勇辉打了个比方——可以把介孔材料想象成有很多孔的蜂窝煤球，当然介孔材料的孔要小得多。

在2019年全国气湿敏学术研讨会上作大会报告

参加中组部青年拔尖人才培训

为了获得介孔材料，通常会用表面活性剂分子做模板，合成完成后再通过加热分解或者其他方法萃取出来，形成介孔材料。因此，表面活性剂分子的选择很重要。课题组制备介孔材料的大多数表面活性剂直接从试剂公司购买，但选择面窄（做出来的孔径通常小于10纳米），而定制的表面活性剂价格又十分昂贵。因此，邓勇辉希望利用自己在高分子合成方面的背景来合成研究中需要的不同的大分子嵌段共聚物作为表面活性剂分子。经过一番摸索，邓勇辉合成出了能制备超过30纳米孔径介孔材料的表面活性剂，这样的大孔径介孔材料能够负载更多尺寸的载体，也拓宽了材料的应用面。邓勇辉在这方面的研究成果不仅发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上，也为课题组其他人的研究提供了支撑，师弟师妹们在制备介孔材料时都用到了这一方法。

致力于制备的材料有更接地气的应用

2007年，邓勇辉博后出站后留校，并且直接受聘为副教授，这也是对他前期研究工作的充分肯定。工作后不久邓勇辉即得到市科委启明星人才计划的支持，研究的方向是博士后课题的延续，即围绕大孔径介孔材料的合成与制备展开。历经多年的探索研究，邓勇辉在此领域已经形成较成熟的研究体系。但是这些并没有让他有很大的成就感，因为他一直希望制备的材料能有更好的、更接地气的应用场景，希望自己的研究工作能为解决实际需求服务。2013年，一个偶然的机会，邓勇辉与上海大学的徐甲强教授在一个学术交流会上碰撞出了合作的火花。

徐教授主要从事纳米材料设计与气体传感方面的研究。邓勇辉介绍，传感器的原理是将物理、化学、生物等自然科学和机械、土木、化工等工程技术中的非电信号转变成电信号的转换器。它是感知、获取、检测与控制的窗口，更是万物互联和智能化的基础，这也是与传感有关的科学技术近年来蓬勃发展的原因。其中，气体传感是传感器技术中的一个重要分支，广泛应用于各种有毒、有害、易爆及挥发性物质的探测，以及温室效应和大气污染等的监控。

传统的气体传感器大多是用无孔材料制备，而邓勇辉意识到，自己研究的介孔材料对气体的灵敏度更高：这是因为首先介孔材料有丰富的孔结构和高比表面积，可以提供更多的活性位点，有利于敏感材料与目标气体的吸附与反应；其次，规则排列并连通的孔道可以提高目标气体在其中的扩散速率，增加检测气体与敏感材料发生反应的概率，从而能极大地提高传感器的灵敏度；第三，还可以通过调控腔壁组成进一步提高敏感材料对特定气体的选择性响应，因此在气体传感上应该有更广阔的应用。

气敏研究小组合影

邓勇辉告诉我们，金属氧化物半导体敏感材料是电阻型气体传感器的核心。然而，用传统方法制备的介孔金属氧化物半导体材料孔隙率低、骨架结晶性差，骨架主要为无定型态，在高温工作条件下多孔骨架基本不能保持，不利于气体敏感性能的提高。邓勇辉再次发挥了自己无机化学+有机高分子研究背景的优势，通过合成新型的高分子表面活性剂，同时设计、调控半导体材料的微观结构及组成，邓勇辉带领的气敏研究小组制备了一系列快速、高效、孔结构可控的高结晶度有序半导体金属氧化物材料，对硫化氢、氢气、氮氧化合物、一氧化碳等有毒、有害及易爆气体有优异的气敏感知性能（研究成果发表在《自然-材料》《美国化学会志》《应用化学》等著名刊物上）。除了有害气体的检测，介孔材料气体传感器还可用于食品安全监测，快速、选择性地检测食源性致病菌；而用于生物医学检测，则可利用呼出气体进行疾病的诊断，并可通过手机应用将信息通过网络和医院互联，有望用于智能疾病预警、远程医疗和大数据疾病数据分析。目前这方面研究已与相关医院联合开展课题攻关。

为筹建跨学科气体传感研究中心而奔走呼吁

下一步，为响应高校的“双一流建设”和上海科创中心建设的重大战略决策，邓勇辉正积极奔走，在学校各相关院系和社会各合作单位之间呼吁成立气体传感科学研究中心，将气体传感这个学科交叉融合的领域做深做实，促进更广泛的应用。而前不久，在市科委和启明星联谊会的支持下，邓勇辉全力推动召开的“传感科学的挑战与机遇”启明星论坛也是这方面的一种努力。

邓勇辉坚信，随着科技的快速进步和未来智能化的发展，传感科技必将大有可为，人类进入“人物相连”的世界不会是梦想。工作着的人是充满活力的，而如果再有明确的人生目标和实现这些目标的动力，这样的人就更值得尊敬。

梁偲、江世亮写于2020年1月28日