“單分子技術目前仍處于概念、原理的提出和實驗驗證階段，離實際應用還有一段很長的路要走。”中國科學院院士楊金龍在接受《中國電子報》專訪時向記者表示。作為來自微觀世界的新概念，單分子科學探索的是分子世界的奧秘。

注重原始創(chuàng)新，待成果上“書架”

原子和分子是如此之小，用肉眼和普通的顯微鏡看不見，人也摸不到。但是，原子和分子的科學構成了整個自然科學的基礎。幾個世紀以來，人類不斷探索自然界的奧秘，在科學史上奠定了一座座豐碑。然而，科學的發(fā)展是沒有窮盡的，時至今日，有關原子、分子科學與技術方面的研究仍處于科學前沿，不斷涌現(xiàn)出意義深遠的新思想、新成就。

注重原始創(chuàng)新，讓成果上“書架”，是眾多科學家的使命。在單分子科學領域，楊金龍帶領的理論團隊與實驗團隊緊密合作，系統(tǒng)研究了單分子的磁學和電學特性，目前取得了一系列科學成果。

在接受《中國電子報》記者采訪時，楊金龍向記者詳細介紹了當前的研究進展。楊金龍表示，第一是利用單分子選鍵化學實現(xiàn)了單分子磁性自旋態(tài)控制。這一成果意義重大，為設計和制備單分子自旋電子器件提供了一種嶄新的重要方法。

第二是利用單分子手術實現(xiàn)了雙功能的單分子器件，將單分子手術和操縱技術提高到單分子內多功能集成的嶄新高度。

第三是實現(xiàn)了單分子水平氫鍵動力學表征，這一成果為理解、進而控制和利用氫鍵奠定了深厚基礎。

隨著后摩爾時代的到來，半導體技術正在快速發(fā)展并發(fā)生變革。單分子科學技術是否有望在電子芯片中得到應用？對此，楊金龍向《中國電子報》記者表示，現(xiàn)階段，單分子技術仍處于概念、原理的提出和實驗驗證階段，離實際應用還有一段很長的路要走?，F(xiàn)階段，實驗面臨的技術難點包括單分子器件長期穩(wěn)定性問題、單分子與電極界面結構可控性差、多數(shù)器件要求低溫和真空操作、器件性能重復性較差、器件可擴展性差，以及與當前CMOS技術兼容性問題。理論面臨的問題包括理論方法的精度、速度、適用體系大小難以滿足日益增長的實驗需求、理論模型過于理想、目前研究多局限在單一尺度模擬等。

“在未來幾年內，單分子科學發(fā)展的主要方向將聚焦在攻克以上實驗和理論技術難點。解決了以上問題后，單分子技術將迎來在電子芯片中的應用新篇章。”楊金龍說。

利用科學解決難題，讓成果上“貨架”

從國家和社會發(fā)展來講，基礎研究是創(chuàng)新的源泉。在取得一定研究成果后，用自己發(fā)展的方法來解決國民經(jīng)濟相關技術難題，同樣意義重大。在楊金龍看來，除了要讓成果上“書架”，還要把成果用起來，用基礎科學解決與國民經(jīng)濟相關的技術難題，讓成果上“貨架”。

氫燃料電池被認為是助力實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標的一大關鍵角色，與新能源汽車等國民經(jīng)濟領域高度相關。零排放、零污染的氫燃料電池汽車，也代表著未來新能源汽車發(fā)展的重要方向。然而，當前氫燃料電池所使用的氫氣，通常含有0.5%至2%的一氧化碳。作為氫燃料電池汽車的“心臟”，燃料電池鉑電極容易被一氧化碳雜質氣體“毒害”，導致電池性能下降和壽命縮短，嚴重阻礙氫燃料電池汽車的推廣?？上驳氖?，楊金龍帶領團隊取得了研究成果。楊金龍表示，通過研發(fā)出的高效催化劑，可以有選擇性地高效去除氫燃料中的微量一氧化碳，為氫燃料電池在頻繁冷啟動和連續(xù)運行期間提供全時保護。

氫燃料電池技術的發(fā)展讓新能源汽車界看到了新的希望，但現(xiàn)在，新能源汽車電池的主流是以鋰電池為主體，包括磷酸電鋰電池和鎳鈷錳的三元鋰電池。在不遠的將來，氫燃料電池是否有望成為新能源汽車應用的主流電池？

談及氫燃料電池在新能源汽車中的應用前景，楊金龍對《中國電子報》記者表示，氫燃料電池具有清潔、零排放等優(yōu)勢，不受季節(jié)和行駛里程的限制，不會產(chǎn)生電池回收過程中的環(huán)境難題，但當前仍面臨幾大應用難點。楊金龍指出，氫燃料電池面臨的主要難題是電堆的壽命、成本以及氫的儲存和運輸?shù)取?ldquo;隨著技術的發(fā)展和上述問題的逐一解決，上述優(yōu)勢也必將促使氫燃料電池成為新能源汽車應用的一種主流電池，在長途運輸?shù)钠囍衅鹬鲗ё饔谩?rdquo;楊金龍對記者說。

加強基礎研究，促進成果轉化

科技創(chuàng)新，就像撬動地球的杠桿，總能創(chuàng)造令人意想不到的奇跡。如果想持續(xù)書寫一個個奇跡，就需要繼續(xù)加強基礎研究，為科技創(chuàng)新注入源源不斷的新動能。

楊金龍向《中國電子報》記者分享了一些關于如何加強基礎研究的觀點。“基礎研究的開展，主要是激發(fā)研究者的好奇心。”楊金龍表示，現(xiàn)在許多基礎研究的領域的突破，都離不開研究技術手段的突破。比如，在單分子科學領域，在實驗上需要大力發(fā)展更多高精尖且適用不同應用環(huán)境的光、電、磁學單分子分辨和表征技術，發(fā)展高效可控的單分子器件制備和優(yōu)化方法等；在理論上需要進行低標度計算方法發(fā)展、量化高性能并行計算軟件開發(fā)，以及高精度計算算法發(fā)展，以實現(xiàn)對單分子體系更快、更大、更準地進行理論模擬與設計，為指導和推動相關實驗研究提供了理論思路和路線。

在氫燃料電池領域，楊金龍帶領的團隊在基礎研究成果轉化方面尚處于起步階段，目前主要在解決催化劑制備設備的規(guī)模化問題。事實上，基礎研究到成果轉化應用之間往往存在“死亡谷”，讓很多研究成果難以產(chǎn)生應有的效益。在科研成果向市場化產(chǎn)品轉化的過程中，應該如何跨越這道“死亡谷”？針對這個問題，楊金龍也給出了自己的觀點與建議。

楊金龍向《中國電子報》記者表示，基礎研究成果到產(chǎn)業(yè)化的過程是一個復雜的、多變的過程。不同成果的轉化有不同的路徑，科研、企業(yè)、金融、政府等人員參與其中。“這個過程中的一般原則是，讓專業(yè)的人士做專業(yè)的事。”楊金龍說。

作者丨張依依

編輯丨連曉東

美編丨馬利亞