孟胜——中国科学院物理研究所研究员

媒体报道一：

孟胜：一片绿叶或许就能改变未来

□潘丽

“一片绿叶所吸收的太阳能或许能解未来能源枯竭的燃眉之急？”从与中国科学院物理研究所孟胜研究员的交谈里，记者了解到了当今能源材料研究领域一个有趣的方向。

神奇的染料敏化太阳能电池

科学家们给这项有趣的研究起了个很专业的名字——染料敏化太阳能电池研究。其原理是模仿绿色植物色素对太阳光的吸收和转化，将色素涂在半导体表面，使其成为一个吸光中心，吸光后色素和半导体的界面作用迅速把光转化为电，从而实现太阳能的收集和转化目的。

其实，人类对这项研究已经有20多年历史，但能源转化效率一直停滞在10%左右。“关键就在这几年，做得好也许就铺天盖地；做不成，也许就消失了。”孟胜研究员强调。

箭在弦上，不得不发。近一年来，孟胜所带领的团队从精确的表面科学手段出发研究能源转化机理，进而应用到染料敏化太阳能电池研究上。“半导体界面光转化的效率取决于吸附在表面上的色素分子中受激电子向半导体运动的速度，运动速度快，转化也快；运动速度慢，电子就会跑掉。所以弄清楚受激发电子和空穴运动的规律十分必要。”

孟胜用形象的比喻加以解释：“比如色素分子，有些躺着、有些站着，有些单腿站立、有些三腿并行，这些分子所组成的构型，对电子运动及光能转化过程会不会造成影响？以前人们制作的器件中从不对这些分子构型和表面结构有任何控制，这是不是染料电池效率较低的原因？”通过量子力学计算和深入细致的分析，他们发现，这种影响不仅存在，而且对电子注入时间的影响达到了10倍以上！从而找出了一些影响染料太阳能电池工作效率的重要因素和可能的提高途径。

这一重要发现在染料敏化太阳能电池研究领域引起广泛关注，进一步的工作有望打破目前转化效率的瓶颈！从量子力学出发，在三维空间上实时观察受光激发的电子和原子在界面上的微观运动来揭示光电转化的微观机理和一般规律的做法在中国属首创，居世界领先地位。

生活指导科技，科技改变生活

更令人惊讶的是孟胜团队的年轻！

孟胜，1981年生，2000年中国科技大学毕业，2004年获中科院物理所、瑞典Chalmers技术大学理学博士学位。2005~2009年在哈佛大学物理系任博士后和助理研究员。2009年7月入选中科院“百人计划”，任特聘研究员。曾获中科院优秀研究生奖、哈佛大学博士后奖、世界材料研究所青年科学家奖，受邀在美国化学年会和斯坦福等多所大学演讲。

团队其他成员多为清华、复旦等高校交叉学科的优秀人才，“下一步，我们将努力吸收一些海外优秀人才加入我们的团队，非常欢迎国内外有志气、图改变的年轻人加入”。

据孟胜介绍，他们的团队虽年轻，但敢闯敢拼，除了从表面科学出发研究能源微观转化机理之外，他们还关心纳米机械学：如何构造和控制纳米小尺度上的小机械及其运动形式；发展理论方法研究激发态上原子和电子的运动规律。“但凡牵扯到表面、界面原子尺度上的动力学过程一些有价值的课题，我们都乐于去探索。”孟胜说，“因为物质是通过表面与外界起作用的。”

罗丹说：生活不缺少美，而在于缺少发现美的眼睛。在孟胜看来，生活中也不缺少科学，而在于缺少发现科学原理的眼睛。“‘见人所见，思人未思’。对我们来说，生物中的小分子像机器一样，工作能力非常强；如果我们能发现、研究它们的规律，并加以应用，将给我们未来的生活带来巨大的便利。”

正因为重视科研与生活的关系，孟胜团队的科研方向也努力朝着应用的方向行走。“将我们所研究的成果应用到实际生活中去，是我们所期望达到的目标。”

为此，他常常对自己的科研方向作偏向应用的规划：“例如，我们想把纳米材料一些比较‘硬’但好控制的东西和生物中一些比较软但有很好功能的东西结合起来，看能不能解决我们的能源问题；我们想通过设计新型纳米孔以稳定穿越的DNA分子，从而得到稳定的碱基信号来实现快速低价的DNA测序，帮助患者判断服用适合个人情况的药；我们想研究纳米分子的运动规律，从而更好地实现控制它的目的，包括控制其运动方向——或转弯，或直行等；我们还想研制出软而透明的太阳能电池，能任意地贴在玻璃、汽车、手机甚至我们的手提包上，随时随地吸收太阳能并将其转化为能源……”

谈及未来的应用方向，孟胜眼里总闪烁着光芒。

思想火花

科研之外，孟胜也常有一些特点鲜明的观点不经意间表达出来。

“我想对中国的大学生和研究生们说：做一件事情就要认真地去做，要做就争取做到最好，尤其是从事科研。要有专业精神，富于创造性，懂得与外界交流，同时还要提高自己的职业素养。”孟胜强调他的观点,对学生的教育除了灌输知识和技能之外，还要讲求对人的教育和职业教育。“这样我们才能‘优雅’地生活在中国”。

此外，孟胜还想对众多留学海外、考虑回国或刚刚回国的年轻人说，“虽然我们的科研环境目前还比不上国外，科研、生活中也尽有不合理之处，但有个信念足以支撑我不顾一切地选择回家，那就是，我们可以通过自己的努力来改变自己身边的‘微环境’，如果人人都这样，一个个微环境串联起来，我们就有能力、有可能改变未来的中国乃至整个世界”。

来源：《科学时报》2011-3-14 A7

媒体报道二：

孟胜：科海泛舟独立行走

[导读]他出生于1981年12月，与我们一样，同为“80后”中的一员。他又与我们不一样。在“80后”的集体“奔三”中，在“小荷才露尖尖角”的氛围中，他已经算是一位佼佼者，以自身言行，影响着周围的人。他出生于1981年12月，与我们一样，同为“80后”中的一员。

他又与我们不一样。在“80后”的集体“奔三”中，在“小荷才露尖尖角”的氛围中，他已经算是一位佼佼者，以自身言行，影响着周围的人。

他是孟胜，虽年轻，却已治学数年，2009年就已入选中科院“百人计划”，被中科院物理研究所聘为研究员。

选择：有“意思”才有恒心

上世纪90年代中期，中国开始进入世界Internet网络，随之出现的，是一个“知识爆炸”的信息时代。那时候，孟胜正在中国科技大学读书。

“我们上学时，前两年是不分专业的，大三才开始正式选择。”孟胜说，当时他的同学们不少都选了计算机、软件等应用性很强的专业。他没有。“我还是觉得物理比较有意思，它是基础的东西，可以对物质世界进行直接的探索。”年轻的他认为，只要基础打好了，就算后来想要从细节上转方向也很容易。只是，他没有想到，这个“简单”的基础，就像一个“黑洞”，以无穷的引力吸引着他一直走下去。

顺其自然。

这是孟胜一路行来的关键词之一。

与其他人不同，他觉得中国无论从文化还是其他方面，还有许多东西值得他去学习，不想贸然出国。不“贸然”的结果是：从中国科技大学毕业后，他来到中科院物理所读研究生，一年多以后，出于研究需要，必须出国，前往瑞典Chalmers技术大学学习。自此，开始了他半年国内、半年国外的生活。几年中，他来回奔波，几乎没有什么节假日。“虽然辛苦些，可是能够同时接触国内外的前沿研究，能够在对比中使自己成长，也是一件幸事。”

2004年，他同时拿到了中科院物理所、瑞典Chalmers技术大学理学博士学位。孟胜的研究生生涯主要围绕表面物理研究进行。“我们从微观尺度，比如说，从几个水分子的尺度去看水如何与固体表面发生作用。”通过对水与金属表面相互作用的微观图象的研究，孟胜细致分析了相互作用一般规律、水分解机制、亲疏水机理，并预言表面氢键增强和两种氢键类型，后为实验证实。两篇代表性论文已被引用200余次。孟胜介绍说，水在茶杯里，看上去各个水分子的状态都一样，而实际上，距离茶杯壁最近的那一层分子排布行为是很奇怪的。“比如有些表面放上一层水，水温到三四十度，表面还是‘冻住’的，只是这个‘冰’固体是温的。”他认为，这种奇怪的现象可以直接应用到生物蛋白质研究上，如果用这些表面和表面上的水层保护蛋白质分子结构不被破坏,就可以更方便地研究生物分子的作用原理和直接观察一些生物病变过程。他热衷于此。但2005年在哈佛大学物理系做博士后及任助理研究员期间，他的兴趣更多转向小的生物分子体系和纳米体系的相互作用上面，研究并设计利用单壁碳纳米管识别单个DNA碱基、进行超快速DNA碱基测序(基于电信号)的原理和方法。

“碳纳米管，又细又长，跟探针一样”，孟胜比划着形状，继续说，“如果能用它来快速测试DNA结构，就能够更有针对性地进行临床治疗。每个人的基因结构不同，即使是同一种病症，他们发病的原因也不尽相同，同一种药物，对这个人有效，对另个人不见得有效，如果能根据基因治疗，就能够避免这种大撒网的局面。人们希望能够用电子信号的方法来测序，电子信号跑得快，可以使一小时测出一个生物体的基因组序列成为可能。当然，这只是一个目标，10多年来，人们都在为此努力，现在也没有真正实现，还在探索。”

随着能源研究热的兴起，孟胜又发现了另一件“有意思”的事——储氢。通过研究，他认为纳米管的性质很符合固体储氢的条件，提出了利用一维TiB2纳米管储氢的新方法。

“可是，氢从哪儿来呢？”

储氢方法提出后，孟胜条件反射般地问出了这个问题。“实际上，地球上所有的能源，直接或间接都来自于太阳。”

太阳——太阳能电池——用表面物理来研究太阳能电池。

研究者的本能，令他迅速做出了一系列的联想。

研究：有“想法”才有方向

1991年以来，染料敏化太阳能电池（染色电池或Gratzel电池）获得了基础科学和工业应用领域的极大关注，被认为是21世纪可能取代化石能源的可再生、低能耗（价格）的关键能源技术之一。很大程度上，它的优越性来源于对自然界的光合系统的模拟，即把需要很大空间尺度的可见光吸收过程和要求高纯度、小尺度以降低电子散射的电子收集过程分开，达到各自的最高效率。难题则在于如何在同一系统同时实现这两种功能以及如何有效地提高它们的效率。

“太阳能电池的效率很重要，关系到它的实用性。但是十多年来，在提高效率研究上进展不大，关键就在于过程比较复杂。”根据孟胜的介绍，染色太阳能电池巧妙地利用高消光系数的染料分子吸附在氧化物纳米颗粒界面来实现高效的太阳光吸收和电子空穴的分离收集。由于纳米颗粒材料具有极大的比表面积，光吸收可比单晶表面提高1000倍以上。但是在这种纳米尺度上，分子/氧化物界面处电子空穴的分离过程和一些影响因素却不清楚。他想要做的就是从机理入手，解决这些“不清楚”，当然，这并不容易。

“表面科学，最大的特点就是精确。能够用表面科学作为工具来研究能源转化器件里的基本物理过程，或关键问题，是很有前途的。目前，在这方面世界上都开始起步做着相关研究。”对此，孟胜的想法也很多。

“实验难。因为在实验监测上，需要很好的真空、单晶环境，而我们的实际器件大多是在大气中、有水汽的地方，或者室温下、温度很高等等。存在太多条件上的限制。怎么才能把一般作用于极端条件下的精确的表面物理手段，应用到能源上，这是一个很大的问题，需要理论和实验上的双重发展。”

“那么，实验上，我们就要克服一些限制，创造一些条件。”

“可是，有时候，我们常常是看到实验的图片，却不知道其中的含义。这就必须用理论方法来帮助理解。理论解释与实验结果一致，问题自然就解决了；如果不一致，那也许是实验中有些条件没有考虑到，也许是理论上太过理想化，需要继续去努力。”

他常常说，“也许想法距离实现还有一定的距离，但只要想法有道理，我就会做下去。”事实上，他不仅自己在做，也竭力感染着周围的人。经过一番探索，孟胜研究团队与瑞士联邦理工大学Michael Graetzel教授和哈佛大学Efhimios Kaxiras教授合作，在原先揭示了花青苷自然染料在TiO2纳米线界面有快速的电子注入的基础之上，利用基于含时密度泛函电子动力学的第一性原理计算细致研究分析了影响染色太阳能电子注入效率的主要因素并总结了其中的物理规律。他们的研究揭示，分子尺寸大小、分子分解和吸附状态、表面处原子缺陷都会影响到电子空穴分离的时间尺度从而影响负电极收集激发态电子的效率。该项工作受到中科院“百人计划”、知识创新重要方向项目的支持。

早在2009年，回国之初，他就确定了研究方向，将关心能源与环境作为重中之重，70%的精力用来了解太阳能电池的原理等。“太阳是最大的能源来源，我考虑的是，如果光不变成电，也不变成氢气，而是直接变成一种新的机械能或其他形式储存起来该有多好。可以有一种材料，将光的能量储存进去，直接利用其发光发热，随时可以用，暂时不用，也不会造成浪费。”

通过研究纳米生物体系中能源生产和储存的方法，发明和创造新材料和混合材料进行高效的能源收集、转化、储存和利用。孟胜心里思考的，是这样一个极具前景的研究方向。

要研究金属纳米颗粒和氧化物半导体界面处的原子结合和电子-空穴分离过程：重点在于金属颗粒对于可见光和红外光吸收的提高，对激发态电子转移到半导体导带的加速以及伴随的原子构型变化和热振动；研究原子层次上调控该体系的可能性。

要研究有机和生物分子在表面上的吸附和能量转化过程：提出把叶绿素等色素分子或光合体系中蛋白质固定在半导体表面上以收集太阳光转化成电能或分解水制造氢气的有效方法；进一步了解生物体系光合作用中的光激发，电子传输和水分解的机制；研究黑色素的分子结构和快速转化太阳光能量的机制。

要发展理论和计算方法：对于表面、纳米、和生物体系进行大尺度，长时间的激发态动力学模拟，研究光吸收和电子激发态动力学的一般规律；建立国际知名的计算机模拟实验室和研究团队。

“我们期望通过这些研究，能更好的理解自然和人工光合作用的机制和基本规律，发展在原子层次进行操纵控制的方法，并最终设计出低价高效的新型太阳能电池或应用于能源和医药中的生物-纳米材料新器件。”“想法”很多的孟胜如此说。

做人：有个性才有发展

对于一位年方而立的研究者来说，孟胜实在是年轻，年轻到令人忍不住质疑他的成熟。他却充满了自信，凡事多加思考，一点一滴积累着“孟胜式”的经验，并不人云亦云，坚持人应该独立思考，应该有自己的主张。

还是学生时，面对出国的热潮，他就曾有过“不贸然出国”的言论。

“在美国的留学生中，获得博士学位还留在美国的比率，中国是最高的。渐渐地，就造成了一种错误的印象，甚至是信念。许多留学生家长认为，国外比国内好，孩子好不容易出去了，留在外面就是成功，回来就是失败。”

孟胜认为，这种信念未见得与事实相符，但是一旦形成，就会造成长期的不利影响，导致一个国家出现负面的品牌效应。人们会想当然地认为国内人际关系太过复杂，经费靠大人物来掌控等等，觉得即使在美国不好，也比在中国好。“中国不应该和流言联系在一起，要改变这种现状，就要提高国家的公信力。这些不是官话、套话的报道能做到的，要你亲自去体会。其实，要回来就会发现，根本没有你想象中的那些阻碍，就算没有向前的推动力，也不会拖你的后腿，年轻人完全可以自己放松地发展。相反的，美国排名30名以外的大学，不见得比得上清华、北大、中科院等国内单位的科研实力。一些学校的学生出来，其实两难，国外国内都很难有所作为，反不如留在国内。如果只是为了个人生活好些，留在美国无可厚非；但对于受到中国最好教育、花费国家最多教育资源的年轻人，这个目标也太低了，还应该考虑一下意义更深远的东西。一个有理想有闯劲儿的年轻人，都会想要美好的明天，不仅是自己的，还有周围的人，还有家庭和国家。可是，在美国，我们很难去改变周围的环境。现在，很多外国人都认为中国的机会更多，他们不理解，为何那么多有天时地利条件的中国人反而不愿和中国有什么关联。”

不去盲目相信大多数人都信奉的观念。孟胜的原则，还源于他的感性。他恋家，担心一个太平洋的距离会令自己与亲人与家乡的感情淡薄。“当然，现在通信很发达，沟通起来不成问题。但是如果长久分离，生活圈儿越来越远，有些事情不能及时沟通，甚至，就算打电话，也没有太多话要说。这是一种悲哀。我不喜欢这种感觉。”

“不喜欢”，他的理由很简单，不想把在中国20年成长起来的经历和记忆抛下，也不想放弃和祖国和家庭一起发展的未来。对于独立思考和实事求是，他看得很重。在他心里，生在中国，在中国成长工作是自然而然的。如果因为别人怎么想就跟着怎么做，是对自己的一种背叛。在感情上如此，工作中也是如此。

“能为人类更美好的明天而工作是一件幸福的事。为了这个目标，美国不是问题的唯一的答案。美国的很多危害世界的做法我们不赞同。我们要大胆借鉴人类文明史上一切积极的因素和所有有益的做法，大力发展东方思维占重大影响的新文明。”

在教育上，他坚持培养学生的创造性思维和专业素养。

在研究上，他希望做一个中国“新型”的科学家：用自己认可的方式做每一件小事，甚至是做些不为人知、不为人重的“琐事”。做一个独立的思考者，用创造性思维解决问题的研究者，一个竭力让科学和身边生活息息相关的人。

“外人看来，或许我们的工作很枯燥，但还有这么多人喜欢做，这当然不是不得已。最重要的还是有兴趣，喜欢有想象力、有创造力的事，不像看某些电视剧，看到开头，就能猜到结局，那才是无聊。”孟胜喜欢慢慢探索的感觉，大脑永远在高速运转，有很多新的未知的东西在等待，不断地“柳暗花明又一村”。他相信，无论潮流如何，先改变个人这个小环境，再慢慢感染周围，当越来越多的小环境被改善，新的天地就不再是“乌托邦”式的存在。

来源：《科学中国人》2011年21期

孟胜：一片绿叶或许就能改变未来

孟胜：科海泛舟 独立行走

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