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卢嘉锡院士的科研教育故事

  英国留学,初露锋芒

  卢嘉锡1915年出生于厦门市的一个塾师家庭,祖籍永定县陈东乡蕉坑村。年幼时,天资聪敏,勤奋好学。年仅13岁就以优秀成绩考入厦门大学预科,1930年升入厦门大学化学系本科,连续四年获陈嘉庚奬学金。1934年本科毕业,同时修完数学系课程,是“化学、数学双学士”。毕业后留校任化学系助教,同时兼任中学数学教师。

  1937年,卢嘉锡考取了第五届中英庚子赔款公费留学,师从伦敦大学理学院著名化学家、英国皇家学会会员萨格登教授。萨格登是热化学、磁化学和放射化学方面的著名学者。卢嘉锡选择了当时被认为是化学新领域的放射化学专业。他从文献中瞭解到,1934年发现有机卤化物经过中子照射后,可产生一定数量的放射性卤化物,并可通过适当的试剂把卤化物萃取出来,然而,对其萃取机理的探明和获取高浓缩的卤化物,未能获得满意的结果。他在有机卤化物中加入少量苯胺,再进行中子辐照,然后用稀酸萃取,成功地制备了浓缩因素非常高的放射性溴的浓缩物,并解释了这一制备方法的反应机理,研究了同位素交换反应动力学,测定出不同溶剂和不同烃基的交换反应的活化能、有效平均面积和反应速率常数。研究成果发表在国际权威的化学杂志上。他选取《放射性卤素的化学浓集法》作为博士学位论文题目,1939年获得博士学位。在人造放射性领域,他是国际上早期成功地分离出放射性高浓度浓缩物并进行定量研究的化学家。

  赴美研究,表现出色

  1939年秋,经萨格登教授推荐,卢嘉锡被美国加州理工学院接纳为客座研究员,跟随诺贝尔化学奬与和平奬获得者、在晶体结构研究中已创立了具有重要方法论意义的20世纪杰出化学家鲍林教授,从事晶体学的研究工作,是鲍林的出色学生之一。

  这一时期,卢嘉锡在掌握从事晶体结构研究的X射线衍射法和电子衍射法等手段的基础上,先后承担并出色地完成了多项研究课题。他经常以简捷明晰的思路、巧妙新颖的方法迅速完成研究任务,表现出在科研工作方面出色的才能。

  卢嘉锡首先进行的是当时一个很有意义的课题,即测定过氧化氢的分子结构。过氧化氢虽是一种简单的化合物,但由于当时难以得到过氧化氢的单晶体,无法应用X射线单晶结构分析方法测定其结构,过氧化氢分子结构的测定,就成为当时的难题之一。他和加拿大化学家盖古勒巧妙地应用尿素和过氧化氢作用,生成一种新的过氧化氢加合物,不但使过氧化氢稳定下来,而且获得了可供X射线衍射实验用的单晶体。随后他和休斯合作完成了晶体结构的测定。实验结果表明,加合物中的过氧化氢并不因为尿素分子的存在而产生构型上的太大畸变。这一实验结果证实了英国化学家彭尼和萨塞兰对过氧化氢分子构型所作的理论分析。同时,他还用X射线衍射方法测定了二联苯的晶体结构,证实了洛斯罗普根据化学反应所提出的二联苯可供X射线衍射实验用的单晶体分子构型。

  1943年,卢嘉锡和多诺休采用电子衍射法测定了硫氮、砷硫等化合物的晶体结构。他是我国从事电子衍射结构分析的第一人,解决了国际上关于硫氮类化合物结构的长期争论。当时卢嘉锡等人虽未能培养出可供X射线结构分析用的单晶体,但他们在用电子衍射法研究的基础上得出比较合理的“八元环”结构。这些硫氮非过渡元素原子簇化合物结构引起卢嘉锡的极大兴趣,和他以后对固氮酶活性中心模型的研究有密切关系。

  卢嘉锡除了在晶体结构研究工作上成果显着外,在实验方法和技术上也有建树。他提出一种新的图解法,省去了大量繁琐的计算。这一方法被称为“卢氏图表”。“卢氏图表”在计算机技术广泛应用于晶体结构分析工作之前,一直被国际上普遍应用了几十年。

  留美期间,卢嘉锡除了在结构化学研究工作中发表了不少成为结构化学的经典文献外,他还在燃烧与爆炸的研究工作中做出了出色的成绩,于1945年获得美国科学研究与发展局颁发的“科学研究与发展成就奬”。

  归国服务,培养人才

  1945年底,经历8年多欧美留学生涯的卢嘉锡,毅然辞去国外的一切聘任,舍弃优越的待遇和科研条件,满怀“科学救国”的热忱,回到当时贫穷的祖国。回国以后,他在无法开展研究工作的条件下,寄望于教育事业,以培养人才为己任。1946年初,卢嘉锡在母校厦门大学任教授兼化学系主任,曾两度应浙江大学理学院院长胡刚复教授的邀请,到该校讲授物理化学课程,受到热烈欢迎,当他授完课要回厦门大学时,该校100多名师生曾联名写下充满激情的挽留信。

  卢嘉锡授课方法独特。他不是照本宣科,而是用一张写好的卡片作为讲授提要,一张卡片提纲,就能讲授两节课。这种授课是建立在驾驭各种教材,并使其融为一体的基础上,用自己的语言加以生动的表达。他授课声音宏亮,生动风趣,由浅入深,简明扼要,富有哲理性和启发性,逻辑性强,概念讲解透彻,条理清楚,即使像难懂的热力学第二定律,也能在他的讲课中化难为易。他能化抽象为形象,化深奥为浅易,化枯燥为趣谐。板书清秀工整,使学生如沐春风,如临胜境,是美的享受。

  卢嘉锡在教学过程中十分重视培养学生的思考问题和解决问题的能力。他经常告诫学生要学会对事物进行“毛估”,思考问题时先大致估算出结果的数量级,尽量避开繁琐的计算,以便迅速地抓住问题的本质,必要时再进行仔细的计算,以提高解决问题的效率。“毛估”是卢嘉锡判断科学事实的合理性和提出科学预见初步结果的估计方法。

  创办福建物质结构研究所

  1958年,卢嘉锡奉调离开了工作13年的厦门大学,到福州参加筹建福州大学,并担任副校长。1960年代初,卢嘉锡创办了以结构化学和新技术晶体材料研究为主体的中国科学院福建物质结构研究所(下文简称“福建物质结构研究所”),从此有了一个真正能够从事系统性科学研究的基地。长期以来,他领导福建物质结构研究所,逐渐形成“五重双结合”的科研指导思想:“实验与理论相结合,以实验为主;化学与其他学科相结合,以化学为主;结构与性能相结合,以结构为主;静态与动态相结合,以静态为主;基础与应用相结合,以基础为主。”这一指导思想在推动福建物质结构研究所科技工作的发展和取得重大成果的过程中发挥了重大作用。福建物质结构研究所在建所初期,取得一些可喜的成果。

  1971年,卢嘉锡和唐敖庆、蔡启瑞向有关领导建议组织研究化学模拟生物固氮这一国外刚刚开始研究的热门课题。卢嘉锡从结构化学角度出发,提出了络合活化氮分子的必要条件,在此基础上于1973年提出了固氮酶活性中心结构模型。这一成果获1978年中国科学院科技成果一等奬和福建省科技成果一等奬。1978年夏,以卢嘉锡为团长的我国固氮代表团参加了在美国威斯康辛大学举行的第三届国际固氮学术会议。他在大会上作了《新中国固氮研究概况》的报告,得到了与会27个国家的400多位代表的热烈欢迎和好评。

  1978年,卢嘉锡出席中国化学会年会,并应邀作了《原子簇化合物的结构化学》的专题学术报告,受到了与会者的重视和好评。在其倡导下,福建物质结构研究所开始了对过渡金属簇合物结构化学的研究工作。采用卢嘉锡的新方法,研究所合成了300多种新型簇合物,从而节约了时间,避免了浪费。卢嘉锡在过渡金属簇合物的合理设计和合成方面作出了重要贡献。

  卢嘉锡领导的研究组提出“类芳香性”的概念,通过量子化学计算和进一步的实验研究,把有机化学中最重要、最基本的传统概念之一——芳香性,引伸到过渡金属原子簇化合物中来,从而可以从理性上系统地认识某些金属间原子簇合物的特殊反应性能和物理性质,有利于新型簇合物的合成进入分子设计的新阶段。

  由于在原子簇化学方面贡献突出,卢嘉锡1991年获中国科学院自然科学一等奬,1993年获国家自然科学二等奬。

  由于卢嘉锡在国际原子簇科学界享有盛誉和重要影响,1995年在卢嘉锡80华诞之际,国际学术杂志《原子簇化学》连续在1995年的第3期和第4期出专辑对卢嘉锡80寿辰庆贺。由国外杂志出专辑为中国学者祝寿是少有的,充分说明国际化学界对他在原子簇化学方面成就的肯定。

  研究新晶体,贡献突出

  1960年代以来,卢嘉锡组织领导了福建物质结构研究所新技术晶体材料的研究。他认为存在这样的可能性,即选择对部分结构特征特别敏感的某种类型宏观性能作为材料科学的研究对象,可望发展出这类性能对材料中相应部分结构所要求的“结构判据”,提出“结构敏感性能”的概念。这一思想对福建物质结构研究所确定非线性光学、激光、分光等功能晶体材料的研究方向,并研制成功几个系列的新晶体材料起着重要的指导作用。

  1970年代,卢嘉锡意识到探索新型晶体材料,不应受国外学术思想的束缚,跟着外国人后面走,要独立自主地走自己创新的道路。物质的宏观性能与其微观结构密切相关。从事化学合成的研究人员基于卢嘉锡提出的“结构敏感性能”概念,选择硼酸盐作为探索非线性光学新材料的研究对象,经多方面努力,发现并研制成功具有国际领先水平的优质紫外倍频材料新晶体,获1984年中国科学院科技进步特等奬、1991年国家发明一等奬。

  此外,福建物质结构研究所还研制成功自激活晶体硼酸钕铝、双折射晶体钒酸钇以及激光晶体掺钕的钒酸钇。这些晶体开拓了国际市场,出口创汇,具有巨大的经济效益。

  科研一生,获得殊荣

  1981年5月,卢嘉锡出任中国科学院院长,在任职的六年时间里,他认真贯彻国家关于科学技术工作的指导方针,领导中国科学院采取一系列重大改革措施,建立科研课题的同行评议制度,实行择优支持的经费管理办法,创建开放研究所和开放实验室,设立青年科学基金,加强与院外的横向联系,组织全国性联合攻关项目,稳定我国基础研究工作等。他还为加强中外科技界的友好往来与合作做了大量工作,为提高我国科技界、特别是中国科学院在国际科技界的地位做出了重要贡献。

  1988年,卢嘉锡当选为第七届全国政协副主席,1993年当选为第八届全国人大常委会副委员长,与此同时,他还连任第九、十届农工民主党中央主席。1998年当选为第九届全国政协副主席,农工民主党中央名誉主席。

  1955年,卢先生被选聘为首批中国科学院数理化学部学部委员(后改称为院士),被高等教育部聘为一级教授,他是当时我国最年轻的学部委员和一级教授之一。

  卢嘉锡是一位在国际科学界享有崇高声望的科学家。1984年被选为欧洲科学、艺术和人文科学院外域院士,1985年当选为第三世界科学院院士和该院理事会理事,1987年被选为比利时皇家科学院外籍院士,同年接受英国伦敦市立大学授予的理学名誉博士学位。1988年被任命为第三世界科学院副院长,是担任这一职务的第一位中国科学家。

  基于卢嘉锡在原子簇化学和新技术晶体研究方面的杰出贡献和重大成就,1999年他荣膺何梁何利基金科学与技术成就奬。卢嘉锡不愧为我国学术界公认的我国结构化学的开拓者和奠基人之一,我国第一代杰出的晶体学家。他还培养了一大批优秀的教育和科研人才,无愧为一代宗师。
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