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走近“高被引科学家”王祥科

作者:孙帅     发布时间:2017-03-06     浏览

 

 

 近日,国际著名学术研究机构汤森路透(Thomson/(Reuters)官方网站公布了全球“2016全球高被引科学家名单”(Highly/(Cited/(Researchers/(2016)。全球有3266位科学家入选,中国有196人次科学家入选。我校环境与化学工程系主任王祥科教授第三次同时入选工程技术、环境与生态两个领域“高被引科学家”。

早在2014年,王祥科就同时入选工程技术、环境与生态两个领域全球“高被引科学家”,并受邀参加在北京举办的2002~2012年度“汤森路透中国引文桂冠奖”颁奖典礼。 那一年,中国大陆仅有13位科学家同时入选两个领域全球“高被引科学家”。2015年,王祥科再次入选工程技术、环境与生态两个领域的全球“高被引科学家”。

高被引科学家是汤森路透基于全球领先的Web/(of/(Science科研平台和InCites研究分析平台,通过对21个大学科领域前十年间被SCI收录的自然和社会科学领域论文进行分析评估,并将所属领域同一年度他引频次在前1%的论文进行排名统计得出的。十年内,只有学界高度认可你的文章、认为你的成果对于解释他们的成果有帮助进而引用你的文章,才有可能成为“高被引论文”(Highly/(Cited/(Paper)。要想成为高被引,数量是一方面,质量更为重要。

目前,王祥科有50多篇论文被评为该领域前1%的高被引论文,最近SCI检索有12篇论文被评为热点论文(Hot/(Paper)。特别值得说明一点,王祥科2014年9月1日发表在《地球和宇宙化学》上的论文 “The/(retention/(of/(uranium/(and/(europium/(onto/(sepiolite/(investigated/(by/(macroscopic,/(spectroscopic/(and/(modeling/(techniques”最近被著名的汤森路透科技信息集团旗下的 《科学观察》(Science/(Watch)评为2016年地球科学领域的 “快速突破论文”(Fast/(BreakingPPapers),并入选“最新热门文章”(Featured/(New/(Hot/(Paper),/(汤森路透的科技专家依据其独有的 《基本科学指标(Essential/(Scientific/(Indicators)》数据分析统计体系,对最近取得显著进展或具有特别影响的科研领域进行引用分析和评论,筛选出覆盖面广的22个科学领域中引用率最高的论文。《科学观察》每两个月从各个科学领域中选择一篇影响力最高的论文作为热门文章,并在其网页上对其跟踪报道。 其认定的“快速突破论文”不仅引用率高,而且在每两个月更新期间的引用增长率最高,入选论文可看作是近期科学研究中的一种重要的新趋势,是科学进步的一个重要指标。 连续三年被评为“高被引科学家”,王祥科认为自己只是放射性污染研究领域中一个比较坚定的研究人员,仅仅只是看的比别人远了一点点,做得比别人早了一点点,还有就是研究工作引起了学界的兴趣。

今天,我们走近王祥科,以期在与他的交流中,重现这位环境污染分析与治理领域的坚守者一路走来的轨迹,探寻其成为高被引科学家的原因所在。 当前,加快发展核电已成趋势。据统计,2016年1~9月,全国核电累计发电量为43732.30亿千瓦时,商运核电机组累计发电量为1526.47亿千瓦时,约占全国累计发电量的3.49%;与此同时,截至到今年3月,中国大陆运行的核电机组30台,总装机容量2831万千瓦;在建的核电机组24台,总装机容量2672万千瓦。

核电的快速发展无疑对优化我国能源结构、促进节能减排具有重要意义,但铀矿开采、核燃料冶炼、加工等环节所产生的放射性核素不可避免地会对环境和人类健康构成巨大威胁。解决放射性核素所带来的环境污染问题,是学界、业界共同关注的问题。作为这一领域科研大军中的一员,多年来,王祥科一直从事放射性污染分析与治理,在岁月中沉淀与积累,在寂寞中坚守与突破,在享受科学的奥秘与乐趣的同时,也交出了一份沉甸甸的答卷。

出生在沂蒙山区的王祥科从初中时便是位数理化达人,中考时,他是当地乡镇中学唯一一个考上高中的应届毕业生。家乡基础教育的薄弱并没有阻挡住王祥科求学的步伐,高中时期的他曾获得过奥林匹克化学竞赛奖,并于1991年考入兰州大学。至于学放射化学,像是一个注定的偶然。那一年去山东招生的陶炳海认为王祥科化学好,就势把他招在了兰大现代物理系放射化学专业,因为陶炳海是兰州大学这个专业的老师。

1995年,获得学士学位的王祥科被保送读硕士,并提前攻读原子核物理博士研究生。原子核物理和放射化学,两门学科对应地关联和交织在一起,成为核科学技术的兄弟学科。2000年博士毕业后,在法国科技部的资助下,王祥科在法国南特SUBATECH国家实验室从事研究工作。由于读博期间的优异表现,王祥科还申请到了德国洪堡基金的资助,因此在提前结束了法国的合同后,到德国卡尔思路研究中心从事重金属离子在环境中的化学行为和核废料处理的研究工作。2003年10月,作为中科院“百人计划”引进海外人才,王祥科进入中科院等离子体物理研究所工作。2014年8月,王祥科加盟华电,担任环境与化学系主任。

无论是在中科院,还是在华电,王祥科都主要从事金属离子和放射性核素的环境行为、纳米材料对金属离子的环境化学效应影响、核废料处理等方面的研究工作。环境放射性污染分析和治理研究,特别是长寿命放射性核素在环境中的化学行为研究,一直是王祥科和他的团队多年坚持的研究方向。

与重金属离子研究相比,放射性污染的分析与治理研究要困难得多。首先,放射性核素环境体系更为复杂,要获得准确的物理化学参数更加困难;其次,放射性核素的测量、放射性废物的处理,实验操作要求更高,操作更加困难,许多实验室对放射性核素要求非常严格,这都增加了放射性核素的测试和表征困难。同时,由于我国核能利用处于起步阶段,在放射性污染领域的研究基础比较薄弱,人才队伍也较为单薄。

这些,都是王祥科和他的团队不得不直面的问题。最初的研究,对于王祥科来说是漫长且艰辛的。一段时间里,团队发表论文都很困难,即使发表了,论文的影响因子也都很低。在困难面前,王祥科和他的团队淡泊名利,坚守研究方向,甘坐冷板凳,执着地开展了大量的系统研究工作。

放射性污染的治理,首先要了解放射性核素本身的特性,其次要了解放射性核素在环境中的行为,然后才能根据放射性核素的特点和环境条件,采取措施,开展治理。与重金属污染相比,放射性污染更加隐蔽、毒性更高,2011年日本福岛核电事故引发的世界性恐慌,便是一个明显的例子。由于极高的放射性与长期的危害性,对于放射性核素的研究不可能在现实环境中进行,只能通过模拟构建一个接近真实环境的实验室场景,这是当时学界普遍采用的方法。只做模拟,必然会存在误差。为了减少误差、尽可能无限地接近真实环境,王祥科和他的团队逐一罗列了所有会出现的干扰因素,找出了去除干扰的方法,用了整整五年的时间,构建了一个尽可能接近真实环境、也被学界评价为可以代表真实环境的实验场景。结果在这一场景下所产生的结论与数据,与之前实验室得出的结论有很大差别,但因为王祥科他们的结论源自尽可能接近现实的环境,更具有真实性,而被学界普遍认可和高度评价。

正是秉持着这种坚守,王祥科带领团队在放射性核素的分析与治理领域取得了众多研究成果:在固/水界面相互作用的工作中,对放射性核素和重金属离子在环境界面上的行为开展具有创新性的可逆-不可逆研究,构建了解吸动力学模型;利用先进的同步辐射研究技术,来观察放射性核素在环境中的化学形态和微观机构,首次研究并发现放射性核素在环境介质上的化学形态和结构随时间增加而更加稳定的变化关系和规律。这些研究成果,对于评价放射性核素对环境的污染和人类健康的威胁,对于如何采取有效措施予以治理,都具有重要意义。基于上述研究,王祥科团队在环境化学和放射化学主流期刊上发表了一系列具有代表性的文章,受到同行的关注,并有多篇文章跟进;同时,王祥科团队先后承担了三项有关放射性核素的国家自然科学基金,均已顺利结题;团队承担的国家杰出青年基金“环境放射化学”也正在进行中。

耐住寂寞,方得繁华。王祥科逐渐脱颖而出,各种奖项、荣誉接踵而至。2009年获得由《Science/(News》杂志和Elsevier出版集团联合举办的 “Scopus寻找未来科学之星”活动金奖;2010年获安徽省第十二届青年科技奖;2012年获安徽省第九届青年科技创新杰出奖;2012年入选科学中国人年度人物;2012年获得国家杰出青年基金;2013年获安徽省自然科学一等奖;2014、2015、2016连续三年入选“高被引科学家”;2015年入选2015年度 “长江学者奖励计划”特聘教授;2016年入选北京市百名科技领军人才。

放射性化学研究,单调、枯燥、周期很长的实验必不可少。每一项成果,王祥科和他的团队都经历了大量实验,很多成果,并不是一开始就能预测的,而是在做实验的过程中慢慢发现的。有些实验往往都是偏离预期或者是失败的,但它们是通往成功的垫脚石。王祥科认为,做研究,要勇于挑战权威,要在失败的过程中总结经验、开拓思维、锲而不舍。“很多研究,你一旦着手做了,就会发现都是失败的,并不是一开始做,就会按照你的想法做出来,一下子就做出来的研究也没啥意思。不论做什么,都要有自己的想法,不要成为只是执行别人命令的机器,要去想,去挑战,这是最主要的。”

在王祥科看来,要想不断地提升科学研究能力,就要勇于同高手过招。和高手过招是挖掘潜力、迸发能量最好的方法。在最初的阶段,你可能会是跟踪强者的追随者,但只要你勤于思考、善于发掘机遇,通过努力与创新,你就能做到与强者并行,进而超越强者,引领强者。

在碳纳米管应用于放射性污染治理、等离子体技术应用于材料的功能化修饰、制备分散均匀功能化石墨烯材料等领域,王祥科和他的团队就是从最初的跟踪、追随,逐步发展为并行,最终实现了超越与引领的。这些领域的研究,也是王祥科的文章能够被高被引的主要贡献者。

作为碳材料的典型代表,活性炭,由于其对包括放射性核素在内的污染物有着高效的去除能力,而被广泛应用于环境污染治理。在实验中,王祥科和他的团队发现与活性炭相比,碳纳米材料去除污染能力更高,稳定性更好。2005年,王祥科和他的团队在国际上首次将碳纳米管应用于放射性污染治理,收到了很好的效果。后来,碳纳米材料在国际上备受关注,美国和欧洲出台了关于纳米材料和技术应用于核废料处理的政策,王祥科团队发表的文章成为其重要的参考依据。美国几个涉及核研究的国家实验室,还先后成立了纳米材料与技术用于核废料和放射性污染应用的研究中心。

同样,在最初从事等离子体技术研究时,王祥科和他的团队是处于与国际学术前沿并行的阶段,但是当将等离子体技术应用于材料的功能化修饰以实现其独特性能时,王祥科他们就走到了前沿,起到了引领作用。

之前,等离子体技术,主要应用在机械加工、化工、冶金等领域。王祥科和他的团队在全球首次将等离子体技术应用于材料的功能化修饰,以实现材料在治理污染时的独特性能,取得了重要进展。利用低温等离子体技术,课题组对碳纳米管进行表面处理,提高了碳纳米管的亲水性和分散性。利用等离子体对碳纳米管表面进行活化处理,接枝上有机单体和天然高分子材料,课题组成功制备出了碳纳米/有机复合材料,将其用于放射性废水处理,处理后的废水达到了直接排放的标准。“在一桶含有放射性核素的废水中,放入一点碳纳米复合材料,几分钟后,放射性核素就都从溶液中转移到碳纳米复合材料上,经过分离后,废水就达到了净化的目的。”目前,碳纳米材料的制备已是低成本,且能够实现大量制备,考虑到其高效的吸附能力,碳纳米材料在未来的环境污染治理中将发挥重要作用。

上述研究,得到了包括国家自然科学基金、科技部“973”重大研究计划等在内的各项支持。王祥科和他的团队有4篇关于多壁碳纳米管及氧化多壁碳纳米管对水体中的芳香有机化合物和重金属离子在腐殖酸/富啡酸存在下的吸附行为研究的论文,分别被评为2008、2009和2011年最具影响百篇国际学术论文,并多次被美国化学会和Willy/(Material/(Views评为研究亮点。

同样的例子还体现在王祥科对石墨烯的研究利用上。

作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的新型纳米材料,自2004年被发现以来,石墨烯就被冠以“黑金”“新材料之王”的美誉,将其从石墨中分离出的两位英国物理学家也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

当大家都在将石墨烯去作光电材料、能源储存材料研究的时候,王祥科团队则成功制备分散均匀功能化石墨烯材料,并且将其应用于环保领域。王祥科回忆说:“在跟踪石墨烯这一新的科技成果时,我们发现石墨烯表面具备一些特殊的结构,可以作为一种污染物治理的材料。之后大量的试验研究表明:在石墨烯表面进行硫酸基功能化处理,不但可以提高石墨烯的分散性,而且可以提高石墨烯的吸附能力。这种当时吸附能力最高的功能化石墨烯材料,可以实现对持久性有机污染物的有效去除。”

课题组在等离子体技术制备石墨烯纳米材料研究中,利用等离子体技术可以直接在石墨烯表面剥离制备石墨烯,不需要化学药剂,简化了制备过程,而且过程也是环境友好的。相关论文在材料领域的顶级期刊 《先进材料》发表,受到学界的关注与追踪。

回首过往,王祥科说,很多研究当时只是感觉有意思,而且文献上也没有报道,就开始着手做了。如人饮水,冷暖自知。看似简单的过程往往异常艰辛,因为“要思考别人为什么做这个研究,他研究的优缺点是什么,在他的研究中,还有哪些内容可以深入展现而又没有体现的。我能不能去做这个研究,我去做的话有什么困难,如何克服?”能一眼看出别人的缺点意味着你是这个领域的行家,当你已是这个领域的行家时,你的研究也可能就是引领性的了,这是一个积累的过程。“肯定要有宽而深的知识积累,需要阅读研究大量的文献资料,尤其是国际一流期刊的高水平文章,了解当前学界最新的研究动向。想法不能是仅仅在理论上可行的空想,要能够通过实验去验证,去实现,要适应社会潮流与需求,具有可操作性。最重要的是,有了想法后,要去做,做了,才能有变化、有发展、有革新、有进步。”

从中科院到华电,无论是作研究人员还是当系主任,有一种身份王祥科始终没有改变过,那就是老师。到2015年年底,作为导师,他已经有13名博士研究生毕业,其中4人获中科院院长特别奖,3人获中科院优博论文,7人获中科院院长优秀奖。而他本人也先后四次获评中科院优秀研究生导师,三次获评中科院优秀研究生指导教师,并于2009年获中科院“朱李月华优秀研究生导师”等荣誉称号。

现今,王祥科正引领着4名博士、10名硕士研究生走在探寻知识的道路上。

如何与学生相处,如何让学生真正的成长,王祥科有一套自己的想法。王祥科认为,研究生的培养,主要应该是能力的培养,而非知识的系统掌握,知识系统要在有了能力以后再去构筑。给研究生上课时,王祥科不是照本宣科地念讲义,而是会将当前学界最新的研究成果拿到课堂上与学生一起讨论,以一种启发、引导的方式,在带领全体学生参与到学习的过程中去,做到教与学的有机结合。一次,只是4页的PPT,王祥科旁征博引,在与学生的讨论交流中,足足讲了5个小时。对学生来讲,王老师讲得知识是全新的、有用的,上课的方式是全员参与的、有吸引力的。在给研究生开设的一门专业课《英语写作》上,王祥科会结合论文写作实例,将语法、格式、标准等注意事项一一讲解透彻,这门在学生看来实用性超强的专业课,不仅吸引了本系的研究生、博士生,也吸引了其他院系的研究生,上课学生人数总是爆满。

王祥科认为,在知识面前,老师与学生是平等的。作为导师,只是给学生提供了一次掌握知识的机会,一张桌椅或者实验室的条件,大部分的创新想法需要学生自己去思考。“入学第一天,王老师就告诉我们,师生应该是相互尊重与平等的。我们有了想法,可以随时和他去探讨。在知识面前,不是谁的地位高,谁就一定是对的。”研动1519班环境工程专业的王鹏毅说。

王祥科经常邀请国内外一流学者来校开讲座,或者让学生去校外参加一些学术论坛,以便让学生进一步开阔视野,了解最新的学术动向。“王老师一直教导我们,要掌握学习的能力,夯实理论基础知识,争取站在科学研究的最前沿,开展具有特色的创新研究。王老师帮我们修改论文,一般两天之内就会非常细致地改完并反馈给我们。即使改不完,他也会告诉我们论文中存在的问题在哪,如何修改。”核能科学与工程专业博士于淑君说。在王祥科的指导下,读博第三年的于淑君已在JournalPofPMaterialPChemistryPA,PEnvironmentalPSciencePNano,PEnvironmentalPScienceP&PTechnoloyg,PJournalPofPHazardousPMaterials,PChemicalPEngineeringPJournal等期刊上发表了10多篇SCI文章。导师是学生的一面镜子,在王祥科的引导下,于淑君的人生规划也发生了变化,“来读博之前,想着毕业后找一份稳定的工作就好了,是王老师让我在开阔视野的同时转变了观念,环境污染分析与治理领域有良好的前景,有难得的机遇,更有发展的平台,我应该重新规划自己的职业生涯。”

走进王祥科的办公室时,他正在低头修改论文,这间不到30平米的房间由他和赵毅、彭林老师一起分享。三张品字状摆放的办公桌加上靠墙摆放的一排柜子和几把零散的椅子,使房间略显拥挤,远非我之前想象的大教授办公室。“把房间留给年轻人和学生了,我们三个人挤一挤。”或许看到我心中的疑虑,放下论文的王祥科在打过招呼后对我说。几步之外,赵毅在办公桌前抬头微笑表示同意。

之所以加盟华电,是因为王祥科看好了华电以能源电力行业在环境污染治理领域渴望发展的良好前景。多年来,学校在为国家能源电力行业的发展做出突出贡献的同时,日益成为能源电力领域最为重要的人才培养基地和科技成果产出基地。面对资源与环境这一世界性课题,早在1978年,学校就创建了环境学科,并与2003年成立环境科学与工程学院,多年的积累,学校环境学科在大气污染控制理论与技术、固体废弃物污染控制与资源化、清洁生产与节能技术研究等领域形成了较强优势,解决了一系列制约我国电力工业发展的环境问题。“学校与能源电力领域联系密切,‘大电力’学科体系门类齐全,在环境领域有着敏锐的洞察力和先进的办学理念。最为主要的是,学校往往可以在关键节点举全校之力发挥聚合作用干大事,这在其他涉及能源电力领域学科的高校来说是很难做到的。”王祥科说。

来到华电后,担任环境与化学工程系主任的王祥科更多地将自己当作一名服务于院系、服务于师生的工作人员。王祥科的办公室距离系里青年教师的办公室、学生的自习室,都不超过30米的距离,没事的时候,他会经常去这那里转转,看看有没有需要自己的事情。环境工程教研室、应用化学教研室、综合实验室,也都经常会看到他的身影。

作为系主任,王祥科认为环化系尽管成立不久,但与已取得了一定的成绩,这得益于学校的支持、得益于整个时代的发展、更得益于全体同仁的努力。未来,环化系的发展,要依托学校能源电力学科的特色优势,更多地与能源电力行业相结合,以此凝练方向、搭建平台、汇聚人才,进而为国家经济社会的可持续发展、为能源环境的战略需求做出更大的贡献。

“明年主楼G座盖好后,系里的硬件条件会进一步改善,所有的困难都是眼前的,都会慢慢克服的!”王祥科的语气中流露着希望、自信与坚定。

现今,我国在建的核电机组数量排名世界第一,总机组数量位居世界第三。按照中国核电中长期发展规划目标,到2020年,中国大陆运行核电装机容量将达到5800万千瓦,在建3000万千瓦左右。核电事业的快速发展,使得开展放射性污染分析与治理研究显得更为紧迫与重要。王祥科认为,作为朝阳产业,环境污染治理需要政府的扶持,需要企业、科研院所和高校的协同创新,需要一批能为高校与环保企业开展合作创造条件的中试平台,更需要整个社会的重视、支持与配合。

即便是在已有的研究领域,一项成果的出现往往会带来新的问题。无论是碳纳米管还是石墨烯,在治理污染的过程中,如果在使用时释放到环境中,其本身也可能带来新的污染问题。进一步探究它们的环境化学行为,开展其在环境中的生物毒理学和植物毒理学研究,早已是王祥科团队的研究热点或重点。

学无止境,科研,亦是如此。对于王祥科和他的团队来说,前方的路还很长,有困难与挑战,有风雨与荆棘,更有梦想与光明,祝愿他们能够走的开心,走的更远。

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