本刊记者  李玉芹

　　
　　
　　1994年11月中旬，美国召开了国际上第一次纳米材料商业性会议，纳米材料的发展和如何缩短其商业化进程成为此次会议的讨论重点；而后，德国在制定21世纪新材料的发展战略时，将气凝胶和高效纳米陶瓷作为了重大发展方向；英国、日本紧随其后，先后制定出纳米复合材料研究计划这一切似乎都在宣示着：纳米材料的研究热潮席卷而来。
　　那么，纳米材料研究究竟有着怎样一张“面孔”呢？长期从事纳米多孔吸附材料研究工作的华东理工大学副教授刘宇对记者讲了这样的一番话：“不管是纳米材料、电极材料，又或者其他，探究它们的本质其实都是为了能够开发出新型复合材料。”他表示，自然界中，纯天然形成的材料种类数以亿计，若将每一种都进行合成研究显然是不现实的。明确材料属性，从大规模中“捕捞”出小范围，这便是研究人员长期以来的使命。
　　“我们目前的工作是基于理论基础，通过筛选找出与应用效应匹配的材料，并利用实验合成确定它的有效性，从而服务于化工生产。”在刘宇的介绍中，电池材料、电极材料以及为响应国家减排号召的汽油脱硫材料都被囊括在内，从研究材料本身的属性到探究材料合成过程发生的化学变化，从反复筛选到反复试验，每一步都容不得丁点儿懈怠。
　　
时代召唤 责无旁贷
　　
　　被称为21世纪最有前途的纳米材料，兼具了辐射、吸收、杀菌、吸附等多种功能特性。行业专家预测，其势必会在医疗诊断、电子器件、涂层等诸多领域得到广泛的应用。
　　结合国内外发展现状，能源危机与环境污染日益泛滥，高效的材料开发、利用已成为世界性共识。为推动我国可持续发展战略，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》明确指出，纳米技术作为可再生能源的重点前沿技术，承担着新材料发展不可推卸的责任。其中，纳米材料的可控制备、自组装和功能化，纳米材料的结构、优异特性及其调控机制，以及纳米材料和纳米技术在多领域内的应用等，将成为未来发展中重点且长期性的研究任务。
　　立足研究领域的可视范畴，响应国家长远规划，刘宇与华东理工大学材料学院李春忠教授展开合作，将“功能纳米材料介尺度结构的形成机制与性能调控规律”作为大力推进项目。“现在来讲，我们的合作研发、项目搭建主要在各个学院之间展开，依托华东理工大学的学科优势，做一些材料结构和性能方面的研究。”
　　早在2006年，刘宇作为华东理工大学的硕博联读研究生，跟随导师胡英院士、刘洪来教授进行了分子热力学等方向的研究。在刘洪来、胡英导师带领的研究团队的探索下，在分子热力学和分子传递现象、复杂材料的微相平衡和结构演化等多方向工作展现出不俗成果。化工新材料的纳微结构和形成过程及其调控方法的建立，材料界（面）结构与应用性能关系发展，以及材料制备和应用过程中发生在纳微空间的相变、传递和反应过程等一系列突出发现，都为如今重大研究计划项目的实施奠定下深厚的基础。
　　在此次项目研究中，针对功能纳米材料制备过程中的介尺度问题，团队围绕具有三维多级结构的半导体氧化物，及其碳基复合功能纳米材料制备的多相反应过程，采用多尺度的平衡态密度泛函理论、非平衡态统计力学理论，以及量子化学计算和分子模拟结合的模拟方法，揭示其中原理，阐明发生过程中的规律，为材料的理性设计、大规模合成和制备提出新的科学依据。
　　
一笔一划是自我的书写
　　
　　如果说人生是一本自我篆刻的书，刘宇的履历显然已经足以写满厚重的几页纸了。
　　2002年高中毕业，一方面出于兴趣爱好，一方面基于良好的物理基础，刘宇选择了湘潭大学，物理学成为他日后的发展方向。但对于这个选择，他坦言，自己当时的想法并不明晰。“高中阶段，其实对于专业的了解程度很有限，考虑到物理相对比较有把握，而自己也恰好喜欢就去学了，没有想过要走多远。”而今，多年研究中，他不断地挑战自我，开拓发展。他明确地告诉记者，路确实选对了，而征程也才刚刚开始。
　　结束4年的基础铺垫学习，刘宇进入华东理工大学进行物理化学方向的硕博连读。在此期间，他凭借自身成绩的优异和态度的勤恳，被学校选派至新加坡国立大学进行为期两年的联合培养。谈及这段经历，刘宇印象很深。“国外学习最大的收获还是对于眼界的扩宽。”师承姜建文教授，他继续着吸收材料的相关研究工作。他从自身经历出发，综合对比国内外人才培养过程，直言：相比国内，国外的人才培养模式更为严苛。“人们总是认为国外的学术氛围会轻松一些，至少在我看来并不是。自由更多源于研究方向和沟通交流层面，而并非学术工作。在国外期间，我的导师除了专注学术之外，对每个学生的研究进度都盯得很紧，但同样对于学生的要求，也会给予最大的帮助。我和姜教授的接触时间很充足，每天下午的四五点钟总能在实验室看到他的身影。一旦研究过程有什么问题或者想法都能第一时间和他讨论，听取他的分析意见，这对我当时的帮助很大。”
　　在肯定海外培养经历的同时，刘宇还不忘表达对如今团队中的胡英院士和刘洪来教授的感谢和栽培。“从硕博阶段开始，两位恩师对我的影响一直是潜移默化的。”刘宇说道。无论是研究工作，还是项目推动，他表示自己都受到了恩师的不少提携。如今，已经身为副教授，投入多个项目研究之中，他也证明着自己有了独当一面的能力。
　　2015年，在环境污染和能源危机的大背景下，刘宇将废气、废水的有害物质分离，以及开发清洁高效的新能源过程中所面临的气体吸附、分离作为攻克难点，为寻找优良的吸附分离材料展开重点研究。在他获批的国家自然科学基金青年项目中，他把具备高性能吸附能力的新型材料——金属有机框架作为研究对象。着眼其材料种类繁多，构建结构复杂等问题，他遵从“先筛选后合成”的理念，以定向合成代替大规模合成，最大程度地杜绝时间、资源的浪费，并且极大地提升了新材料的开发效率。
　　除此之外，针对金属有机框架动力学性质研究明显落后于平衡性质的现状，刘宇提出运用模拟和半经验模型的方法，以及发展动态经典密度泛函理论进行非平衡态研究。他解释说，“传统意义上，金属有机框架的研究多有涉及它的平衡态。若以水为类比，平衡态相当于一杯静止的水，而非平衡态则是让水流动变化，我们当前的研究便是面向非平衡态特有的动态过程。这在国内外的研究当中尚属少数，研究所具有的挑战性也十分可观。”
　　被问及困难和压力的应对之策，刘宇如今很是看得开。“说到底，在研究过程中，你不能否认灵感这种东西很重要，有时候在实验室思考确实是想不出东西的，反倒出去散散步，换一个环境，说不定需要的东西就突然出现了。”为什么如此说呢？这恰恰是刘宇深切的经验之谈。“博士刚毕业，我到美国从事博士后研究。刚到美国，环境还不太适应，加上课题难度又大，半年时间过去工作几乎毫无起色。”即便现在想来，他对于当时一度崩溃的心情还深有感触。“那时，每天徘徊在家与实验室之间，脑袋里却理不出丝毫头绪。长时间下来，也就有了种不服输的感觉，想着一定要做出点东西。于是后来干脆离开实验室，每天到各个地方散步，边走边思考，突然有一天就豁然开朗了。”说起这话，刘宇的言语中不免还有些过往的激动。
　　
继往开来 砥砺前行
　　
　　2014年，刘宇回归祖国，任职于华东理工大学。得益于在美国与吴建中教授的交流合作，此时的他对于基础性的理论知识胸有成竹。“博士毕业时，我感觉自身的理论基础还有些不牢靠，在美国的这段时间，那种不踏实的感觉慢慢消失了。”刘宇说，吴建中教授的研究偏重于理论，这让他在理论基础的提升上分外受益，甚至于眼下所做研究工作，其基础也正是源于那段时间的积累。
　　回国之后，刘宇承担起多个地方级专项项目研究，后又以第二负责人身份参与了重大研究计划重点支持项目，同时他还主持了国家自然科学基金青年项目和面上项目。据他讲述，“反应-传递密度泛函理论的构建与应用”的面上研究是对前两者的进一步推进，“前边的项目研究均是针对非平衡态发展，但其中并不包括化学反应，而这次的研究我希望将‘三传一反’体系能够结合起来”。广泛存在于化工过程中的反应—传递耦合现象，其解释和预测是化工过程和化工装置设计中的重要课题。对此，刘宇带领团队结合反应动力学模型和经典动态密度泛函理论，构建反应-传递密度泛函理论，并旨在将其应用于实际化工过程。
　　“有关材料的理论性研究是无法看到最直接的应用效益的。”刘宇直白地告诉记者，并继续补充道，“材料理论研究是为了更加接近它的形成机理，通俗来讲就是为了了解它为什么长成现有的样子，进而通过对其机理的深入探究，为后续的应用发展给出指导性意见。”作为“先锋队”，理论性研究可谓深藏功与名。
　　科研之外，长久的深造培养经历让刘宇对于教学也有了一番自己的见解。在他看来，学习的过程需要源源不断的动力，这对于长期的研究发展是必不可少的。“身为老师，我们有责任去通过教学有意识地培养学生的主动性，在教给他们知识的同时，更应该教会他们如何去学，怎样能学好。”授之以鱼，更要授之以渔。
　　
　　
专家简介：　　
　　刘宇，华东理工大学副教授，从事纳米多孔吸附材料、电极材料的设计、化工热力学与计算机模拟、分子热力学软件开发等相关研究多年，参与国家自然科学基金委重大研究计划重点支持项目以及主持负责青年科学基金和面上等多项重点研究项目，在Journal of Physical Chemistry Letter 、Langmuir、Journal of Chemical Physics、Physical Review E等国际著名刊物，以第一作者身份发表了SCI 论文数篇。其博士论文荣获“2014年上海市优秀博士论文”，同时他还是“2014年华东理工大学青年英才计划”入选者，曾获得“2015年华东理工大学化工学院‘化工之星’”荣誉。