编者按:年“科学探索奖”的评选中,物理学系张远波、生命科学学院鲁伯埙、化学系刘智攀共三位复旦青年科学家,分别在数学物理学领域、生命科学领域、化学新材料领域脱颖而出,荣获嘉奖。今天,让我们走近复旦大学化学系教授刘智攀,聆听他在科研领域不懈探索的故事。
刘智攀
复旦大学化学系教授、博士生导师
主要从事理论计算方法发展及理论计算在材料、催化等领域的应用,在固液界面催化动力学、全局势能面反应搜索、人工智能催化等领域取得重要成果。
在人工智能技术渗透万物的今天,化学同计算机科学的结合何以可能?在算法的世界里,复旦大学化学系教授刘智攀正在描摹着未来化学的蓝图。
“我们的理想是,未来的化学研究不用做实验,点一点鼠标,就能告诉你实验的结果如何。”刘智攀的研究,拓展着人们对于化学的想象——年以来,刘智攀课题组在理论计算领域发展了一系列新方法,并开发了全局神经网络势函数大规模原子模拟软件lasp,结合人工智能技术解决复杂催化问题。年,刘智攀获得“科学探索奖”,意味着计算模拟在化学领域的潜能得到了学界的主流认可。
一切由兴趣指引,既深耕专业领域又兼具开阔的学科意识,刘智攀在学科交叉地带,让科研焕发出新的生命力。
出于兴趣的跨学科探索,
将他引向新兴领域
刘智攀对计算机的兴趣,在90年代初期的科技风潮中萌芽。“那时候,计算机刚出来,大街上有各种游戏机。”本科期间,虽然身在化学系,但他修读了计算机第二学位,而这一决定正是出于“好玩”。
在当时,化学、计算机学是完全不搭界的两门专业。然而,这种“自由而无用”的出于兴趣探索,恰恰决定了刘智攀后来的研究方向。英国求学期间,他见识了化学同计算机结合的可能,并决定在这一领域展开自己的科研道路。
在刘智攀的眼中,跨学科视野是科研工作的必然。“很多学科已经发展了几十年,基本的框架都已经定好了。现在为什么要跨学科呢?这里面有两个原因:其一是方法论的要求,其二是应用的要求。”刘智攀认为。
“方法论上的要求意味着你必须运用其他学科提出的新工具、新方案,应用的要求则意味着本学科的成果必须运用到其他学科领域。”刘智攀强调,当下的人才培养一定要注重培养开阔的学科意识。
由于理论计算的跨学科性,其研究难度极大,可谓化学专业中最艰深的领域之一,这对学生的素质提出了很高的要求。刘智攀的学生们,不仅要懂化学,还要懂物理、计算机。
从理论研究、实验操作到计算机编程,课题组成员们有着丰富多元的研究取向。每次课题组的组会中,各种想法激烈碰撞、相互激发,成为了一种常态。充满活力的科研氛围,开阔了大家的思维,让老师和学生都获益匪浅。
平地起高楼,
在算法的园地修筑化学大厦
“复旦的物理化学在全国是数一数二的。”博士后归国后,刘智攀选择了来到复旦。而面对着催化反应理论的研究空白,刘智攀课题组进行的工作“都是以前不会的,需要迎难而上,从无到有,从方法到应用”。
从寻找反应过渡态的算法,到势能面结构探索、催化反应设计的算法,再到最近几年人工智能的算法,都是在解决“如何极大加速化学反应理论模拟”这个核心难题。理论方法的研发周期长,从灵感乍现,到程序实现,无不是多年公式推演、算法尝试、程序优化的结果。刘智攀团队在这条道路上缓慢而稳健地推进着。
年,刘智攀团队发展了周期性固液界面溶剂化方法,解决了固液界面反应模拟的难题,预测了光电条件水裂解制氢反应机制,多项成果连续发表在《美国化学会志》(journalofamericanchemicalsociety)。
年,团队发明了随机势能面行走(ssw)方法,获得国家发明专利,开创了固固相变机理的研究,回答了诸如“如何转化石墨到金刚石”等人类历史上长期