第十一届中美华人纳米论坛Panel Discussion总结

2016-09-26新闻资讯

第十一届中美华人纳米论坛(The 11th Sino-US Nano Forum)于6月18-20日在南京大学仙林校区举行,刚于昨日圆满结束。本次论坛分为2D材料、纳米催化、纳米生物医学及纳米能源四个主题,每个主题在主题报告完成后由本领域几位顶尖级科学家进行Panel Discussion。以下是南京大学金钟教授整理总结的Panel Discussion讨论内容,希望对未能参会的老师和同学能有所启发。


一、二维材料领导的前沿方向和重大科学问题:


主持人:刘忠范
谢毅,刘杰,段镶锋,郭万林,魏飞,张华,李丹,张锦,瞿研等
1. 如何设计能够脱颖而出的新材料?二维材料还有多少发展空间,除了减薄,有无杀手锏应用;100nm左右的完美石墨烯等二维材料有何好应用?如何拓展石墨烯的应用领域。
2. 有无可能用氧化还原石墨烯(rGO)方法大批量制备高质的石墨烯(“女汉子”石墨烯)?
3. 要“玩”性质、寻找特殊功能,面向具体应用,而非关注材料本身。
4. 不能带来新性质的纳米材料,没有重要性。
5. 类石墨烯材料的稳定性是一个重要问题。
6. 纳米材料背后隐含着时间、能量的尺度。
7. 石墨烯,物理(能带),化学(吸附),有无其它性质非石墨烯不可?是唯一一个可在非常温和条件下变得导电的表面活性剂;石墨烯还具有高比表面积,高导电性。
8. a.要把材料做到极致(要有理念);b.做新材料。
9. 二维材料,是否应该关注一下四元环等非六元环材料。
10. 二维材料制备的均一、宏量、可重复性问题。
总结:进入二维材料领域,针对材料进行有特色的研究。


二、纳米催化领域的前沿方向和重大科学问题:


主持人:包信和
杨培东,李亚栋,崔屹,Chia-Kuang(Frank)Tsung,苏党生,丁维平,谢在库,郑南峰
1. 为什么纳米催化会有很好的性能,如何衡量纳米结构和催化活性的关系?催化活性中心如何构建,催化反应中活性中心是否会有变化,是如何变化的?如何在真正的反应条件下,从原子或电子尺度来表征催化剂的性质?
2. 从传统的气固相催化、均相、多相催化到热门的电催化、生物(酶)催化,对催化剂的诸多设计,经常是从结果来解释为何该结构比较高效,这样的研究方法效率不高;
3. 如何界定纳米催化和传统催化的不同之处?从分子的吸附、活化和脱附的微观动态过程重新认识催化,研究结构、晶面、缺陷等效应,不同金属的活性中心等;研究提高光催化等新型催化的效率,可见光可被用于催化的能量比较欠缺;统一酶催化、均相催化、多相催化等的认识,如何把多种催化途径结合起来思考和研究,将会非常有趣。
4. 运用纳米科学的概念,如量子效应、电子结构和能带结构、表界面结构等,来解释催化的实质问题。
5. 材料研究的层面:a.预测-设计;b.理解材料的性质;c.控制材料的功能,这是纳米科学的强项;d. 研究要接地气,考虑实际应用,考虑长期性能。
6. 纳米催化受益于日新月异的先进制备和表征(尤其是原位表征)技术,纳米材料在传质和传热方面和传统材料不同。
7. 如何利用纳米结构的性质,来获得一些能源催化的新型途径,以超越高温、高压、电能等常规的能量输入?有没有可能把传统催化、光催化等技术,利用纳米技术结合在一起。等离子体增强效应是否可以被用来改变费米面和能级结构,增强分子的吸脱附?
8. 纳米技术有助于有针对性地获得催化剂的不同晶面等结构,提高催化剂的效率和选择性。纳米催化研究有助于对材料和反应过程的认识和控制获得循环往复的提升。
9. 催化研究要以问题为导向,针对重大科学问题寻找更好的催化剂。用纳米的概念和思维来提升实际催化剂的性能。选择重要的催化研究体系。我国的战略需求方向:如何将煤通过低能耗、低污染的途径转化为高附加值化学品。任重道远。
10. 如何把均相和异相催化有效的结合在一起?其实并不需要区分均相催化和异相催化,而是要从分子层面获得统一的理解。
11. 利用纳米催化拓宽传统催化的范围,实现以前不能达到的性能。
12. 从宏观的催化性能到微观、到单原子催化,随着尺度的变化,惰性的物质是否也会出现好的催化性能?把催化剂看成一个分子,反应物看成一个分子,研究二者的相互作用过程。不能过渡依赖原位电镜照片(单个原子活性中心的成像)来解释催化过程。粒子非常快速的动态变化过程如何更好的去表征?
13. 催化是动态的过程,不能总是按照:合成-表征-测试-解释 这一种模式来研究催化,要在实际反应条件下进行动态的研究。
14. 如何在经典配位化学的化学键形成、断裂、重组的层次上理解催化?


三、纳米生物医学领域的机遇和挑战:


主持人:聂书明
戴宏杰,江雷,彭笑刚,俞书宏,庞代文,鞠熀先,顾宁,李景虹,刘宝瑞,赵宇亮
(其中前7个问题是聂书明老师提出的)
1. Low nanoparticle delivery efficiency and poor tumor penetration.
2. Active versus passive tumor targeting, targeting tumor cells versus targeting the tumor habitat and microenvironments. Tumor heterogeneity problems.
3. Long term fate and clearance – renal clearance, GI or heptobiliary excretion.
4. Next frontier – how to translate Quantum dots to human use?
5. How to translate SERS and plasmonic nanoparticle to human use?
6. Nanomaterials and nanotechnology for in vivo cellular imaging, tracking and immunotherapy.
7. Nanotechnology for wearable devices.
8. 纳米科技研究者对生物医学到底有多深的认识?量子点用到人体内会有哪些问题?对纳米颗粒和量子点的可控制备,提高量子点的均一性很重要。如何控制纳米粒子在人体内的排出?纳米颗粒在人体内是一个动态的过程,不能局限于静态的研究。
9. 纳米生物医学有两个问题:a.化学和材料的问题;b.生物和医学的问题。不要局限于和沉迷于新材料的制备和结构调控,化学家和材料学家要和生物学家、医生密切沟通,重点关注生物和医学的重要问题和实际需求。应该对纳米生物医学做系统性的研究,从医学工程的角度出发,解决传统医学比较困难或不能解决的重大问题,改善现有的诊断和治疗技术。
10. 纳米生物医学有两个子领域,一个是纳米生物学(如生物成像),一个是纳米医学。纳米生物学是科学,纳米医学是工程。在摸索阶段,要思考为何要用纳米材料,其有何独特性?纳米技术对生物成像有较大的贡献。从量子点和纳米管等特殊功能的结构来源入手,开发新材料,有可能得到更好的性能。纳米科学的发展赶不上实际需求。
11. 目前纳米药物输运的基质,很多研究是基于纳米脂质体的,存在较大的局限,在实际使用过程中也发现一些问题,例如对杂质的控制较难。对实验动物的研究如何能真正用于人体呢?很多研究如果应用在临床上非常粗糙,例如对肿瘤的界限划分仍然模糊,目前的影像学仍不能精确指引对肿瘤的精准医疗和根治,如淋巴癌切除时需要仔细数清肿瘤的个数。
12.为何纳米医学的一些出色结果很少走向临床?医学界期待一些纳米药物的市场化,与传统“裸”药相比略有优势。一些长循环纳米粒子的效果和副作用都和常规药物不同。对临床应用的需求很急迫,实际上对药物的要求不那么苛刻,希望能更高效的推进新药的临床应用。对肿瘤的精准评估和精准治疗,例如对于某些肿瘤核酸的分离等是一个瓶颈。
13. 如何提高对肿瘤的早期评估和诊断技术?针对不同的个体进行个性化预防、检测和治疗;发展高性能的纳米材料,提高检测灵敏度和药物传输效率,用最低的毒性解决最大的问题。
14. 被动和主动靶向药物在体内的排出问题。纳米粒子和小分子药物在人体内的代谢不同,粒径是一个重要的因素。如何寻找一个平衡点,让纳米粒子既能在体内长期循环以用于治疗,又能快速无害的排出。目前还没有一个很好的蛋白和纳米材料偶联的办法。
15. 经过组装的磁性材料,可用于生物造影和血管成像等。如何将量子点和碳管之外的纳米材料进行规模化的“宏量”可控制备,实现标准化、规格化和保证稳定性、可靠性,发挥纳米材料新颖的物理化学性质所带来的优势,用于纳米生物医学。
结语:纳米照明、纳米诊断、纳米药物、纳米影像、纳米治疗、纳米手术等领域有非常好的前景,都有可能在近几年取得重大突破。


四、纳米能源材料领域的前沿方向和重大科学问题:


主持人:鲍哲楠
杨培东,刘杰,赵东元,崔屹,金松,戴黎明,陈军,黄云辉,周豪慎,乔世璋,孙守恒
(其中前5个问题是鲍哲楠老师提出的)
1. Where do you find your research inspirations? 做科研的最终目的是要服务于社会,从根本上为解决人类社会面临的最大问题和挑战——能源问题而贡献力量,例如研究人工光合作用有可能解决全球变暖问题。要在你感兴趣的领域中寻找*最大的*挑战性问题。
2. What are the key challenges? 写文章的时候要讲明本领域中的重大挑战,而你解决了哪些。举例来说,小于10 nm的颗粒失去铁磁性,不能用于信息存储,有没有方法去解决?
3. What are the unsolved problems?
4. What are the unique properties of nanomaterials that make them particularly suited for solving energy problems?
5. What are your advices for young scientists? 青年科学家要培养T字形的知识结构——既有广度又有深度,了解材料、物理和化学等,又对某一个方向非常精通。通过大量的阅读,充实自己的知识背景,寻找灵感;参加会议,多多地讨论与交流,产生新的科研想法。要跳出前人的现有框架寻找新的科研思路,勇于创新。科学家的灵感来源有两种,一种是单纯地从兴趣出发来进行发明创造,另一种是针对困难的关键科学问题进行攻坚。坚守一个领域和一个兴趣是非常重要的,围绕着核心方向去发挥优势,一步步地进行深入的研究。要站在很高的角度来理解和重新提升现有的理论,寻找纳米技术的一些共性的理念。做科学是一种责任,也要有激情。科学是没有边界的,要敢于尝试新方向。
6. 微信群里的老师提问:如何 (改革中国现有的科研体制) 让年青老师能静下心来做自己喜欢的科研?不要受潮流的影响,真正安心地静下来做学问,一定会得到好的成果。仅是发表论文是无用的,年青人应该做点实质性的、能够应用的东西。不要follow别人的研究,低水平灌水毫无作用。中国的科研条件已经不错了,希望大家能够密切合作进行研究。兴趣+坚持,一定要坚持下来,抓住机遇。知识面要越宽越好,要热爱你的专业,热爱你的工作方向,打破传统观念来做工作。“要把文章写作祖国的大地上”,面向我国的重大需求。加强团队作战,踏踏实实的解决实际问题。
7. 纳米能源有多种不同的方向,例如太阳能、化石能、生物质能等,哪一个子方向是最重要的,可以实际应用的?在基础和工程方面还有哪些问题没有得到解决?寻找能带来Breakthrough的新想法。
8. 纳米材料的特殊优越性在能源领域体现在哪里?探索反应机理、材料的形成机理等。
9. 从应用需求的末端出发,寻找能源问题这一系统工程中的关键点。从应用来寻找材料,而不是从材料出发来寻找应用。纳米不是万能的,要考虑其优点和不足,有针对的加以应用,例如:通过导电薄膜保护层对纳米硅电极进行包覆,弥补其缺点。从储能电极材料的工艺上来说,纳米材料的加工工艺较复杂和体积能量密度较低等实际问题有待解决。
10. 开发太阳能和风能等新能源,可以从根本上改变现有的能源结构。
11. 从原子、分子和界面的层次上发现新的问题,进行基础和引领方向的深入研究。
12. 从“尝试和寻找新材料”的低效研究方法,提升到“预测和设计新材料”。
13. 科学的发展是波浪是前景的,有些方向也许很多年都没有突破,但可能也会突然出现新的飞跃。