余桂華獲哈佛大學博士學位時在校園留影
眾所周知，淡水是一種有限的自然資源，它對所有生態(tài)系統(tǒng)的生存至關重要。如今，全球超30億人受到嚴重淡水短缺的影響，隨著人口增長,淡水資源被污染和氣候變化，為人類提供充足和安全的淡水具有更大的挑戰(zhàn)性。因此，開發(fā)高效、低成本和可擴展的技術,來凈化豐富的海水和廢水顯得極其緊迫。太陽能水凈化能使用可再生能源蒸餾水，去除水中污染物，是一種很有希望緩解淡水稀缺的技術。但是，水蒸發(fā)所需要的高能量限制了自然陽光下的水純化產量，發(fā)展與設計可降低水蒸發(fā)能量需求的新材料可實現(xiàn)高效快速的太陽能水凈化，這也成為國際上許多在前沿研究的科學家日思夜想的攻克目標。
近日，國際頂尖期刊《科學進展》報道了國際知名材料學家——美國德州奧斯汀分校材料科學與工程系、機械工程系終身教授余桂華教授課題組構建的一種具有高度可水合聚合物網絡的光吸收水凝膠用于太陽能水凈化。此水凝膠由具有光熱轉換性能的聚吡咯和聚乙烯醇與殼聚糖組成的高分子網絡形成。由于水分子與高分子鏈上官能團的相互作用，水合聚合物網絡中存在三種水，分別為結合水、中間水和自由水。水凝膠中的聚合物鏈可以通過強相互作用（如氫鍵）捕獲附近的水分子，形成結合水。而遠離聚合物鏈的水分子（稱為自由水）則表現(xiàn)出與純水相同的性質。在結合水和自由水之間的中間區(qū)域，水分子與聚合物鏈和相鄰水分子呈現(xiàn)相對微弱的相互作用，稱為中間水。與純水相比，中間水可以通過更少的能量蒸發(fā)。通過調控聚合物與水的相互作用，改變了水凝膠中的水狀態(tài)以及水相變行為，降低了水蒸發(fā)的能量需求?；谶@類高度可水合聚合物的太陽光水蒸發(fā)在一個太陽光下的蒸發(fā)速率可以提高到接近3.6千克純凈水每平方米每小時，能用于去除各種可溶性離子污染物，具有防污功能和耐久性，可實現(xiàn)高效能、可擴展且經濟高效的太陽能水凈化。
余桂華，這個被譽為當代最出色的年輕科學家之一，他和他的科研團隊于2018年首次將水凝膠材料引 入太陽能水純化技術，并發(fā)現(xiàn)通過水凝膠對水的活化作用，實現(xiàn)了超高的純化效率。這個成果發(fā)表在國際最著名的自然系列雜志《自然·納米技術》上并在科技界引起極大關注。很顯然，這樣的科技突破絕對是人類的巨大福音，而這個為實現(xiàn)重大突破做出重要貢獻的年輕人為何會有如此能耐同樣讓人興趣盎然。此時此刻，我想自豪地告訴大家：這個人，乃是福建媽祖故鄉(xiāng)莆田仙游人；這個人，其實從小就是一位名副其實的學霸。當然，他更是一位平步青云、蟾宮折桂、令凡間驚嘆的科研奇才。
世界知名的材料學專家，國際公認的科技成果
盤點余桂華的學術成果，他目前已在《科學》《科學進展》《自然》《自然·納米技術》《自然·通訊》《美國科學院院刊》《化學會評論》《美國化學會志》《德國應用化學》《先進材料》《納米快報》《能源與環(huán)境科學》《今日納米》《先進能源材料》《先進功能材料》等國際著名科技刊物上發(fā)表論文150余篇；其論文被引用23000次以上，H因子~74。同時，其所發(fā)表的前沿科研工作成果曾被多個國際媒體亮點報道，其中包括國際知名的自然新聞、科學新聞、美國廣播公司新聞、?？怂剐侣?、福布斯、發(fā)現(xiàn)、國家地理、每日科學、研究與發(fā)展雜志、麻省理工科技評論、流行科學、科技藝術、化學化工新聞、化學世界、材料世界和美國材料學會會刊等。
余桂華教授現(xiàn)任《美國化學會材料快報》副主編，也兼任一系列國際著名化學和材料類科技期刊的編委，如《化學會評論》《化學》《美國化學學會核心科學》《材料化學》《科學報告》《科學中國化學》《科學中國材料》《能源與環(huán)境材料》《能源研究前沿》等刊物。他的研究成果，曾獲多項重要的國際學術獎勵，其中包括：2019年獲得國際純粹與應用化學聯(lián)合會100周年青年化學家獎；2018年獲美國化學會“杰出青年科學家”獎；2018年獲美國能源部杰出青 年獎；2018年獲美國化學會能源科技新興領袖獎；2017年當選英國皇家化學學會會士；2017年獲得美國著名CamilleDreyfusTeacher-Scholar獎；2016年斯 隆研究獎，斯隆研究獎是美國最著名的獎項之一，主要授予最具潛力的優(yōu)秀青年科學家，50多屆近千名獲獎者中有43位諾貝爾獎得主、68位美國科學獎章獲得者；2014年，余桂華榮膺美國麻省理工評選的全球35位杰出青年創(chuàng)新人物之一；2010年曾經躋身國際純 粹與應用化學聯(lián)合會頒發(fā)的五位國際青年化學家獎之一等，并先后在國際和美國多類大型學術會議及大學作過120多場邀請報告或學術講座，可謂獲獎無數(shù)。
在中國科技大學讀書時，于黃山留影
知恩報恩的學霸之路
水有源，天有涯，每個人都有自己的根。對于年 輕的余桂華來說，他不會忘記自己家在距離仙游小縣城幾十公里的山溝溝社硎鄉(xiāng)那個叫仙頭村的地方，其父余賢霖是這個小山村的驕傲。他的父親1975年3月從鐵道兵部隊退伍后，因在部隊立三等功被村里推薦上福州大學化工系，于1978年畢業(yè)，這在那個年代是很不易的。后來，余賢霖先后擔任城廂區(qū)委副書記、仙游糖廠書記和莆田市工會副主席、調研員。而余桂華出生于1981年2月，他依稀記得回老家要從仙游縣 城坐一個多小時的車，到了村部，車停在那，山道彎彎，還需步行一個小時才能到家。當然這是十幾年前的事了，如今村里已把公路修到了家門口。過去若遇到山洪暴發(fā)、道路塌方，還得繞道一兩個小時。就在筆者撰寫本文時，剛回國的余桂華還和父母等親人繞道幾十公里去山里看望他92歲的老祖母。村里人都說余桂華是個懂事的后生，每年從美國回國探親，都要想方設法回小山村去看望老祖母，以表達晚輩不忘家鄉(xiāng)故土和親人的情感，都說這個老奶奶真有福氣。
余桂華從小就顯露出很會讀書的學霸素質。小學一二年級，他在仙游糖廠紅星小學念書，那時糖廠附近叉車多，為了孩子的安全，三年級時他轉學到仙游實驗小學就讀。會讀書的孩子很討老師們喜歡，讀三年級時，班主任蔡秀蘭老師那年剛從師范畢業(yè)，事業(yè)心強的她發(fā)現(xiàn)余桂華雖然調皮，但資質聰穎，便悉心培養(yǎng)他，推薦他參加全國“祖沖之杯”競賽，余桂華奪得了金獎，這無形中培養(yǎng)了余桂華對自然科學的興趣愛好。記得當年帶隊的鄭文治老師在一幀落款為1992年7月26日這幾個獲獎學生合影的照片背后題詞：“珍惜已取得的榮譽，珍惜如詩的年華，努力奮進，前途似錦?！倍嗄旰?，當余桂華從中國科學技術大學畢業(yè)后要遠赴哈佛大學留學、回仙游老家與親人辭行時，還特地去拜訪小學時的班主任蔡秀蘭老師，以感謝當年的培育之恩。
余桂華小學考初中是以仙游縣第二名的成績考入仙游一中的。在讀初一初二時由于學習成績不錯，老師一直讓他當班長。因其父余賢霖從仙游糖廠書記調任莆田市工會任副主席，余桂華也轉學至莆田一中。莆田一中向來是不那么好進的名校。當時的校長施天水是位教化學的名師，他看了余桂華的學習成績單，爽快地說，這種成績的學生是求之不得的，余桂華于是成了莆田一中的學生。多年后余桂華與筆者談起這段經歷，他依然感恩施天水校長。剛轉學莆田一中，余桂華有過一小段適應過程的沉寂期，好在其父是位技術性干部，人也開明，任由孩子獨立自主發(fā)揮自己的興趣，唯一的要求是做事情一旦選擇了，就要努力追求最佳的結果。讀初中時余桂華在化學上顯露出超乎尋常的興趣，初三時參加全國化學競賽便斬獲全省二等獎，物理和數(shù)學也頻頻獲獎。在初中考高中會考時，余桂華取得了莆田市第二名的好成績。
老師題詞留念
在莆田一中上高中時，余桂華迸發(fā)出強烈的求知欲。班主任黃宜美老師那時剛從師范大學化學專業(yè)畢業(yè)，對學生充滿感情并悉心培養(yǎng)余桂華對化學學科的熱愛。安排他參加全國性的化學、物理和數(shù)學競賽，結果次次都獲獎，這對日后他選擇化學為自己的專業(yè)有不小的影響。其時，余桂華在這所名校的學習成績均保持在班級頭一二名、在年段名列前茅，可謂不折不扣的學霸。多年后，當年輕的余桂華在科學上嶄露頭角、事業(yè)有成后，黃宜美和班里同學回憶他的高中求學時光，都異口同聲稱贊余桂華擔任班級學習委員時認真負責、富有責任心，從高中時就對化學產生了濃厚興趣。同時，他雖然讀理科，但對歷史、政治、地理等學科也很專注，籃球、跳高、百米等成績也不賴。由于學習太拔尖，使得這些都被掩蓋了。他們還贊揚余桂華道德品質好，有次打籃球錯過自習時間，本該罰站，但他勇于承認錯誤，因態(tài)度誠懇被免于罰站……只是學霸也有遇到滑鐵盧的時候。比如，1998年余桂華參加高考時，由于飲食食材出了問題，造成其身體當天出現(xiàn)狀況，導致他最拿手的化學試卷沒有做完。好在他基礎好，當年還是以全校前二十名的成績，考入了全國科研最頂尖的重點大學之一——中國科學技術大學。
中國科學技術大學是中國科學院所屬的一所以前沿科學和高新技術為主，兼有醫(yī)學、特色管理和人文學科的綜合性全國重點大學。該校既是國家首批實施“985工程”和“211工程”的大學之一，也是唯一參與國家知識創(chuàng)新工程的大學，堪稱是一所為實現(xiàn)“創(chuàng)寰宇學府，育天下英才”的宏偉目標而努力奮斗的大學，也是一所執(zhí)著的走在奔向具有中國特色的世界一流大學而努力的路上的大學。雖然余桂華高考第一志愿填的是生物系，但他十分慶幸，后來他仍然被自己最喜歡的化學系選中了。在科技大學五年里，他每年都以化學系第一名的成績獨占鰲頭。余桂華說他在科技大學遇到一批好老師，例如化學系主任郭慶祥老師、班主任徐菱和他的愛人張祖德老師（化學系書記）都給予了極大的關愛，對其學識成長有不小的幫助。他也成為科技大學化學系里的學生會主席。大學五年，他始終沒有放棄在高中時喜歡打籃球的習慣，他深信搞科研既要讀書好還得身體好。大學期間他還深深感恩化學系錢逸泰院士給他的幫助，指導他在世界知名學術期刊發(fā)表論文，這對他以后搞科研影響極大。由于成績極為優(yōu)異，大學畢業(yè)時余桂華獲得本科生最高獎“郭沫若獎學金”的殊榮。學校以出色的校友為榮，而培養(yǎng)出余桂華的母校莆田一中校長也因此獲得中國科技大學邀請、到該校參觀的特殊禮遇。由于余桂華大學期間優(yōu)異的學習成績和表現(xiàn)，使他獲得科技大學侯建國院士（現(xiàn)為中科院副院長）、錢逸泰院士聯(lián)名推薦其到國外知名大學碩博連讀的機會。優(yōu)秀大學生尤其是具備科學研究前景的研究生歷來是各個大學競相爭奪的對象，此后，先后有美國加州理工大學、麻省理工、哈佛大學、斯坦福大學、普林斯頓大學等六所知名大學寄來的給予全額獎學金的入學通知書。在與老師商量后，余桂華最終選擇了著名的哈佛大學。
哈佛大學和斯坦福大學的留學科研之路
自古名師出高徒。余桂華的海外留學和科研之路是從2003年哈佛大學開始碩博連讀，2009年博士后研究在斯坦福大學。哈佛大學，簡稱哈佛，坐落于美國馬薩諸塞州劍橋市，是一所享譽世界的私立研究型大學，同時也是美國本土歷史最悠久的高等學府。從這里走出了8位美利堅合眾國總統(tǒng)，上百位諾貝爾獲得者，其在文學、醫(yī)學、法學、商學等多個領域擁有崇高的學術地位及廣泛的影響力，被公認為是當今世界最頂尖的高等教育機構之一。而斯坦福大學，全名小利蘭·斯坦福大學，坐落于美國康涅狄格州斯坦福市，也是一所享譽世界頂尖的私立研究型大學。該校校區(qū)位于加利福尼亞州的帕羅奧多，與舊金山相鄰，占地35平方公里，是美國面積第二大的大學，與哈佛大學并列為美國東西兩岸的學術重鎮(zhèn)。該校培養(yǎng)了眾多高科技產品的領導者及創(chuàng)業(yè)精神的人才，這其中就包括惠普、谷歌、雅虎、耐克、羅技電子、特斯拉汽車、火狐、藝電、太陽微系統(tǒng)、英偉達、思科、硅谷圖形及eBay等公司的創(chuàng)辦人，校友涵蓋30名富豪 企業(yè)家及17名太空員，亦為培養(yǎng)美國國會成員最多的院校之一；斯坦福校友創(chuàng)辦了眾多著名的公司機構，共58名諾貝爾獎得主現(xiàn)或曾于該校學習或工作。根據(jù)美國《福布斯》雜志2010年盤點的億萬富翁最多的大學，斯坦福大學名列第二，億萬富翁數(shù)量達28位，是僅次于哈佛大學、諾貝爾獎得主最多的前十所世界名校之一。
談到這段海外留學生涯，余桂華的父親余賢霖坦言，如果沒有這筆全額獎學金，雖然他是處級干部，但作為工薪階層的他其實無法承擔這筆費用。他說， 余桂華在哈佛大學時，1800元美金除繳納20%稅金外，公寓費用500美元，生活費用300到400美元，生活要求不高的他偶爾還有剩余。2009年，余桂華在美國哈佛大學獲得博士學位，他師從世界納米領域著名科學家——美國科學院、醫(yī)學院兩院院士查爾斯·李博教授。2009-2012年，余桂華在美國斯坦福大學讀博期間，師從美國工程院院士鮑哲南教授從事博士后研究員工作。2012年加入美國德克薩斯大學奧斯汀分校作為科研獨立的助理教授。作為著名的材料科學家，余桂華擁有自己的科研團隊，實現(xiàn)了科研人生之路的選擇。
2014年，余桂華由于長期致力于導電性水凝膠的研究，是將多功能水凝膠發(fā)展應用于能量儲存設備的第一人，因此在2014年8月19日，由《麻省理工學院技術評論》雜志2014年TR35全球杰出青年創(chuàng)新人物評選中，余桂華教授因其研究材料可促進能源儲存、健康監(jiān)測和環(huán)境清潔等領域的發(fā)展從500多名候選人中脫穎而出，獲此殊榮。
如今，余桂華實驗室主要致力于納米能源環(huán)境材料特別是功能化凝膠材料、二維能源材料研究。納米結構功能凝膠材料結合了傳統(tǒng)高分子和納米材料的特性，應用前景廣泛。目前他們實驗室通過化學調控的方法來實現(xiàn)高導電性能、電化學活性、環(huán)境刺激響應行為以及機械強度等多種功能在凝膠材料中的有機結合；同時利用先進表征技術和理論計算開展基礎研究，以揭示凝膠材料中的電子以及離子傳導機理等基本原理，并最終實現(xiàn)其在眾多領域應用。納米結構凝膠材料可廣泛應用于下一代能源存儲器件、綠色化工催化劑、控制環(huán)境污染以及海水淡化、便攜生物傳感器以及具有感應刺激能力和自愈能力的多功能電子器件。
余桂華全家福
余桂華的課題組正在多功能凝膠的研究上取得多 項突破性的科學進展，開發(fā)多功能凝膠的實際應用。其實驗室研究出的有機多功能凝膠可以在未來能源器件中有大的突破，同時他們的多功能凝膠可以為自愈性能源器件以及其他智能電子器件的設計和組裝提供 材料基礎和平臺。再者，他們團隊最新通過合成開發(fā)新的生物質有機物，用作設計功能性導向的活性有機分子，把“原子經濟性”的原則擴展到能源領域，開發(fā)可持續(xù)性的綠色儲能體系，希望實現(xiàn)電能在大規(guī)模及超大規(guī)模上的存儲。
科研無坦途：發(fā)現(xiàn)科研之美
然而，科研之路并非平坦路。談及他們團隊做實驗，大多忙到晚上十一二點是家常便飯。在前不久的一次回國與某大學教師座談中，余桂華說，他從中學時曾在母校莆田一中圖書館附近看到一句愛因斯坦名言：“天才就是百分之九十九的汗水加上一分靈感。”他對此感受深刻！做學生時學習刻苦如此，如今搞科研更是深有感觸。還有一句也是愛因斯坦說的：“人的一生就像騎單車，要想保持平衡，就得往前走?！?/p>
談起他做科研的動力之源時，余桂華說：羅素先生的自傳里寫過，對知識的渴求是支配其一生的三種激情之一。就我個人而言，從事科研工作的最大動力來源是對科學濃厚的興趣及對于科學問題的探索精神和熱情。對于一個科研問題，如何解決其中的科學問題，通過自身及團隊的不懈努力得到更深更好的科學理解并盡全力推廣科技應用，這是我對于科研的最大愛好。我覺得科研道路上還需要能靜下心來。
而談到他對自己科研團隊的博士研究生的要求 時，他說，我最看重的學生能力有以下幾點：創(chuàng)新精神，對科學問題的鉆研精神，對科研中遇到問題的解決能力，與同事的合作精神與科學交流能力。
談及科研之路上最大的品格時，余桂華說，首先，要有一顆平常心對待所有事情，靜下心來想事情，靜下心來處理實驗中遇到的問題，靜下心來解決問題；其次，還要對學生理解和包容。因為對學生的指導是我在科研道路上的一個重要職責，但要以理解和包容態(tài)度教育指導學生。再者，另外一個重要品格是要笑對實驗中的“失敗”數(shù)據(jù)。失敗乃成功之母， 所有的失敗就是以后成功的基礎，只有在失敗中學到解決問題的能力，才能找尋到打開成功的鑰匙！我很幸運，從博士期間就進入了世界上最頂尖的實驗室，跟著Lieber我接觸到了最前沿的科技，學會了如何在科研的道路上勇于探索、求新求實。來到UTAustin之后，我又很幸運地有機會跟世界能源領域的泰斗 Goodenough教授合作，學會了對待科研樂觀的態(tài)度，并像Goodenough所說的那樣，做科研要發(fā)現(xiàn)科研之美。
無疑，科學家的心靈是最純凈的。余桂華，從中華土地上走出來、從媽祖故鄉(xiāng)出發(fā)走向海外、走向科壇高峰，他始終不忘反哺故國，他經?；貒v學交流，從不忘家鄉(xiāng)莆田以及仙游社硎仙頭那個山道彎彎、路途要走一兩個小時的老家……我們有理由期待這位年僅38歲的年輕科學家在學術之路會走得更遠些更高些！