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唐有祺:化学世界的百年求索者

来源:光明日报 时间:2020-07-27

  唐有祺,1920年7月生,上海市南汇县人,中国科学院院士,化学家,教育家,北京大学化学与分子工程学院教授。历任国家教委科技委主任,全国政协常委,国务院学位委员会委员,国务院学科评议组成员,九三学社中央委员。

  他是我国晶体化学的奠基人,倡导了化学生物学在中国的发展,又融会贯通晶体化学与功能材料研究,在国际上开拓了分子工程学。他以期颐之身,见证了中国从积贫积弱走向繁荣昌盛的百年进程——在美求学一切顺利时,他放弃大好前程,毅然回到百废待兴的祖国;在遭逢政治风雨时,他处变不惊,以非凡的定力潜心著书,抓住一切机会为国家建设服务;在“化学消亡论”甚嚣尘上之际,他超越自我,为全中国的化学人仗义执言;在高校科技工作受到市场经济冲击时,他奔走疾呼,为建设稳定的科技队伍布局谋篇。

  他宛如一面坚实的盾牌,护佑着中国化学和中国科学安然度过风风雨雨;他宛如一座巍峨的高山,在国际晶体学界,为中国竖起伟岸的丰碑;他宛如一片肥沃的土地,滋养了一代代科学儿女。

  他就是中国科学院院士、化学家、教育家、《物理化学学报》创刊主编、北京大学物理化学研究所创所所长、北京分子动态与稳态结构国家重点实验室首任主任、北京大学化学与分子工程学院教授唐有祺先生。

  乱世求学

  1920年7月11日,唐有祺出生于上海市南汇县新场镇的一户小康人家,5岁时进入新场小学接受正规教育,1931年到南汇县读初中,1934年以优异成绩考入当时办学理念非常先进的上海中学。

  1937年,唐有祺高中毕业,考入同济大学。时逢抗日战争全面爆发,同济大学不得已五易校址,辗转9省市。颠沛流离的大学生活,饱受战乱的故土山河,在青年唐有祺心中涂下了最暗的底色,使得后来的他无论遭逢多大变故,内心从来都有希望的光明耀亮。

  1942年,唐有祺大学毕业,此时的中华大地满目疮痍。唐有祺一心希望利用自己的知识、理论和技能,开发中国特色资源来服务国家。他先后到昆明的兵工厂、重庆渝鑫钢铁厂工作。后来,又专门从事做电机和变压器的矽钢替代品——电解铁片研究。

  为此,唐有祺放弃了已经考上的中央大学研究生学业。几个月后,赴美选拔考试传来好消息,唐有祺获得化工专业的唯一一个留学名额,但他又搁置了这个绝佳的进修机会。但大学毕业后从事实业工作的经历让唐有祺意识到,只有提高学识才能在技术方面作出突破。因此,抗日战争胜利后,他决定赴美留学。

  1946年8月,唐有祺抵达美国。凭着自己对物理和化学的浓厚兴趣及在这两方面的扎实基础,他被国际著名晶体化学家、加州理工学院诺贝尔化学奖获得者鲍林教授收入门下,攻读博士学位。

  在鲍林门下,唐有祺不但掌握了此前从未接触过的仪器设计及搭建技能,还利用高超的数学技巧,在自己搭建的仪器上顺利解决了导师交给他的两个具有挑战性的前沿问题。

  1950年7月,唐有祺博士毕业。因对唐有祺能力的期许,鲍林把国际上刚刚兴起的用X射线解析蛋白质结构的重任交给了他,让他以博士后的身份继续从事研究工作。自此,唐有祺成为国际上首批接触蛋白质晶体学及分子生物学的少数学者之一,为他后来在中国倡导化学生物学奠定了坚实的基础。

  云天燕归

  正当唐有祺的蛋白质晶体研究进展日益顺利,有望获得重大成果之时,国际形势发生重大变化。1949年10月1日,新中国成立,百废待兴的中华大地急需各行各业人才。1951年春,唐有祺毅然决定,中断研究,设法回国。

  尽管爱才心切的鲍林万般不舍,但热爱和平的导师还是利用1951年7月国际晶体学会在瑞典斯德哥尔摩召开第二届大会之机,帮助唐有祺获得了离开美国赴瑞典的签证。

  1951年5月,唐有祺拿着这张离开美国的门票登上了横渡大西洋的客轮。此后,历时3个月,他陆续突破英、法的签证封锁,于在1951年8月回到阔别5年的祖国。

  1951年9月,唐有祺开始执教清华大学化学系,开设“分子结构和化学键本质”这门中国从未有过的新课,将结构化学与化学键方面的最新理论和方法介绍到国内。这是唐有祺对晶体化学、结构化学在中国启蒙的第一步。

  1952年,全国范围内院系调整,唐有祺跟随黄子卿先生迁入北京大学化学系。此后的半个多世纪,唐有祺的生活和命运与北京大学紧密相连。

  为尽快建立起中国晶体化学的研究体系,唐有祺不仅在北京大学开课,系统培养学生,还在全国范围内开设师资培训班,推动晶体化学在全国综合大学的普及。他在“结晶化学”课堂上使用的讲义,经几次试用后,受教育部委托,于1957年11月正式在高等教育出版社出版。《结晶化学》成为我国学者自己编写的第一批高等学校教材。

  1958年,唐有祺又在北京大学化学系开设“物质结构”一课,主要讲授分子结构和化学键本质,以及量子力学基础和研究分子结构的方法和原理,依然是自己编写讲义。

  此时的中国,结构化学人才奇缺。1955年,受X射线晶体学研究前辈陆学善先生的邀请,唐有祺到当时的中国科学院应用物理所(现物理研究所)兼职,筹组单晶结构分析工作。1956年,中国科学院化学研究所成立。唐有祺又应邀筹组化学所的结构化学研究工作。

  唐有祺一心想建立中国自己的结构化学研究体系,他利用在三家单位兼职的有利条件,和陆学善先生等一道将北京大学、中国科学院物理所、中国科学院化学所的人力和物力结合在一起,建成了新中国首个X射线结构测定实验室。

  凭借师从鲍林期间打下的扎实基础,唐有祺带领研究人员,硬是在严峻的条件下开启了中国的结构化学研究,为新中国培养出一批结构化学人才,更为我国后续解决猪胰岛素晶体结构奠定了基础。

  初心不改

  正当唐有祺倾尽满腔热情大力推动中国结构化学教育与研究之际,漫长的政治运动剥夺了他从事研究的权利,但他始终初心不改,寻找一切时机从事科学研究工作。

  1965年,历经六年零九个月的协作研究,我国科学家在世界上首次人工合成了结晶胰岛素。

  1966年4月,国家科委主持召开人工合成胰岛素研究成果鉴定会。参加会议的唐有祺敏锐地提议,接下来应该刻不容缓地用X射线衍射的方法测定胰岛素的空间结构,为研究蛋白质结构与功能的关系打开一个缺口。

  唐有祺有理有据的建议被会议采纳,他也因此被推举为胰岛素晶体结构测定的学术带头人。然而,在后来的政治运动中,唐有祺被排除在研究队伍之外。但因包括唐有祺培养的学生在内的一大批北京大学教师仍然在研究队伍中,心系胰岛素结构解析的他仍得以在幕后指挥大方向。

  1971年“七一”前夕,猪胰岛素的晶体结构测定全面完成,消息一出,震惊世界。这为唐有祺在改革开放后推动中国顺利加入国际晶体学会起到了巨大的推动作用。

  在无法做研究的日子里,唐有祺便以非凡的毅力整理自己上课用的讲义,撰写著作。1963年10月,他完成书稿《统计力学及其在物理化学中的应用》,并于1964年由科学出版社出版。这部学术著作首次将统计力学介绍到中国化学界,为中国化学的纵深发展起到了奠基作用。1988年,《统计力学及其在物理化学中的应用》获全国高校优秀教材奖。

  1968年冬,唐有祺专心整理《对称性原理》讲义,形成《对称性原理》上、下两部书稿,由科学出版社分别在1977年、1979年以一、二分册的形式出版。这本书被日本高分子学界推荐为重要化学参考书。

  2012年,《统计力学及其在物理化学中的应用》《对称性原理》双双入选《北京大学百年化学经典》,并再版发行。

  除了这些与专业相关的学术著作,唐有祺还把“文革”期间给工农兵学员讲课用的讲义进行了修订,1973年9月形成《化学动力学和反应器原理》一书,1974年11月由科学出版社出版,1979年12月第二次印刷。

  《化学动力学和反应器原理》首次深入浅出地将宏观动力学与反应器原理的精髓介绍给国内化学工作者,对后来我国研制高效聚乙烯、氧氯化和环氧乙烷催化剂等起到了重要的指导作用。

  在著书立说的同时,唐有祺也一直密切关注国家科技的发展。1974年,石化部决定研制环氧乙烷银催化剂,与进口的环氧乙烷设备配套使用。这在“文革”的背景下是极难得的科研机会。唐有祺和他的学生林炳雄一起,经过多番努力,终于争取到与引进装置相配套的“环氧乙烷银催化剂”的部分研制任务。

  在从事引进装置配套催化剂研究时,唐有祺通过计算推断,若TiCl3在载体表面分布成单分子层,暴露在表面的活性组分就会增高三个数量级,催化效率提升1000倍。后来,他和谢有畅及其他同事利用X射线衍射法证实,研磨后的氧化物和盐类可以在远低于熔点的情况下,在载体表面自发单层分散。

  鉴于自发单层分散原理的重大科学贡献及其巨大的应用价值,1987年,国家教委为唐有祺的科研团队授予科技进步一等奖。在此基础上,谢有畅的课题组得到了对CO有极高吸附容量和选择性的高效吸附剂,解决了低成本从半水煤气等原料中分离高纯CO的难题,为中国煤化工的发展提供了重要的技术基础。目前基于自发单层分散发展而来的一氧化碳变压吸附分离装置已经实现投产,年均产值数亿元。

  科学拓荒

  1978年,中华大地迎来了科学的春天,以唐有祺为负责人的北京大学物质结构研究室得以重整旗鼓。唐有祺开创性地提出蛋白质结构与功能设计这一新的研究方向。如今,这一方向已经成为蛋白质结构研究以及新药设计的前沿领域。

  对生物学体悟颇深的唐有祺意识到,进入分子水平的化学将在生物学的发展中发挥巨大作用。因此,他高瞻远瞩地在中国倡导化学生物学,积极组织“生命过程中的重要的化学问题研究”攀登项目,并出任首席科学家。中国科学院有机化学研究所、感光化学研究所、细胞所、复旦大学遗传所、吉林大学、北京医科大学药学院(现北京大学药学院)等单位都加入到该项目中。

  在唐有祺的倡导下,化学生物学从化学方面为中国生命科学的研究和发展开创了新局面,同时也为化学的推陈出新提供了动力。

  “文革”期间面向不同学生群体讲课的经历及单层分散理论的发现,让唐有祺深深体会到,物质的结构与性能之间有着重要的联系,这让他对传统化学从大量分子中筛选出功能分子的做法进行了反思。

  1978年,在全国科学大会召开前夕,唐有祺在《现代科学技术简述》中将长久以来的思考首次以“分子工程学”的形式见诸文字。为推进分子工程学研究,他先后完成《分子工程学刍议》和《国家“八五”基础研究重大项目建议书》,确立了建设分子工程学学科的目标和做法。

  在唐有祺的设计下,1992年,北京大学作为主持单位,联合吉林大学、南京大学、复旦大学、山东大学、中国科学院化学研究所等,在“功能体系的分子工程学研究”攀登项目牵引下,于全国范围内分片建设分子工程学,一大批科研人才得以成长起来。

  如今,这门唐有祺在古稀之年倡导的学科,正成为世界化学、材料、生物等学科共同的前沿。

  心怀大爱

  唐有祺的心中始终有一幅宏大的科学图景,那就是中华民族的伟大复兴。因此,在关键时刻,他永远超越自我,勇于担当。

  “文革”结束后,被禁锢太久的科学界活跃起来。1977年,我国社会仍存在这样一种误解,认为从现代科学技术体系的观点来讲,基础学科只有物理和数学,化学应该隶属于物理学。化学界人士深刻意识到这一论调对于我国化学学科、化学工业的危害,但大家都不敢在公开场合正式发表意见。直至在中国化学会举办的论文报告会上,唐有祺首次直面这一言论,做了振聋发聩的发言,在社会上产生了强烈反响,才确保了化学学科的独立性。

  1997年,科技界再度流行起“化学消亡论”,当时草拟的《国家重点基础研究发展纲要》中,准备把化学从大学科中撤销,作为物理学科的从属。

  紧急关头,唐有祺联合曾与他同船赴美的唐敖庆,给中央有关领导同志写信,力陈化学学科在我国国民经济发展和人民生活中不可取代的意义和作用。在两人的联手倡导下,化学界同人齐心协力,终于在科技部正式实施的《国家重点基础研究发展规划》中,恢复了化学作为基础学科的独立地位。化学学科的生命再次得以保全。

  新中国成立后,由于多种原因,中国科学的国际交流一度急剧缩减乃至中断。唐有祺深知,中国科学只有充分利用国内外优质资源,才能提高自身的学术起点,形成具有国际竞争能力的科研队伍。因此,“文革”刚一结束,他就开始积极推动中国科学的国际交流。

  唐有祺积极率团出访,为教师、学生争取到许多赴外交流学习的机会。其中,具有划时代意义的是在1978年,他推动中国加入国际晶体学会,以及在1987年—1990年间展现出卓越的外交智慧,战胜超级大国的三次挑战,首次为中国争取到1993年国际晶体学联合会大会的举办权,开创了中国举办大规模国际会议的先河。

  高瞻远瞩

  在推动中国科学走向世界的同时,唐有祺意识到,必须将现有研究力量整合起来,才有可能加快前进的步伐。为此,他先后向国家提议,整合北京大学物理化学专业的相关学科,成立北京大学物理化学研究所,以及整合北京大学与中国科学院化学研究所的结构化学研究力量,成立北京分子动态和稳态结构化学国家重点实验室。

  1984年,北京大学物理化学研究所正式成立,唐有祺担任所长。这是中国高校第一个专门的物理化学研究机构。此后短短几年间,研究所取得了一系列重要研究成果,获得国家教委科学技术一等奖4项,二等奖2项;获国家自然科学二等奖2项,3等奖1项;获国家技术发明二等奖1项。

  而北京分子动态和稳态结构化学国家重点实验室则通过设立开放基金,为全国化学人搭建研究平台。30多年来,重点实验室培养出的科研人才已遍布全国各地,有力地推动了中国科学的健康发展。

  1990年至1997年,唐有祺连续担任国家教委科技委主任一职。然而这一时期,我国大批科研人才流向国外或高薪部门,刚刚复苏的中国科学还没有偿尽人才断层的历史旧债,又遭逢新的危机。

  为此,唐有祺组织科技委专家讨论如何尽快培养和造就年轻学科带头人与骨干的问题。1993年2月、4月和10月,他分别致信中央领导同志,反映科技委专家们提出的在国家层面设立“跨世纪人才工程”的建议及方案。

  在唐有祺锲而不舍的推动下,1993年10月,国家教委正式发布《跨世纪优秀人才计划》。这项创新之举开创了中国科学在培养高层次学科带头人和骨干力量的先河。之后,国家和有关部门又陆续实施《国家杰出青年科学基金》等人才培养计划,大大推动了中国科学带头人与骨干人才的培养工作。

  北京大学前校长林建华教授说:“很少有人能像唐有祺先生那样,为一个国家的众多学术领域留下如此深刻的印迹。为中国晶体学和结构化学奠定基础,开拓分子工程学,推动化学生物学。他的远见与睿智,给人以平和,给人以力量。”

  今年恰逢唐先生百岁寿辰,我们谨以此文梳理先生的科学人生,致敬先生为中国化学和中国科学事业作出的杰出贡献,并衷心祝愿先生身体健康,松鹤长春!(作者:来鲁华,北京大学化学与分子工程学院教授,物理化学研究所所长,教育部长江学者特聘教授;刘忠范,北京大学化学与分子工程学院教授,北京石墨烯研究院院长,中国科学院院士,九三学社北京市主委,九三学社中央副主席。)

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