两位93年博导联手发Nature！其师门已出40余位青年教授王睿|薛晶晶|Nature
文|《中国科学报》记者韩扬眉李晨阳
2021年，28岁的王睿和27岁的薛晶晶学成回国，分别成为西湖大学和浙江大学当时最年轻的博导。不久前，这两位都出生于1993年的独立PI，以共同通讯作者身份，联手在《自然》杂志发表了论文。
论文截图
再细看他们的履历，会发现两个人的学术经历更多相似之处：
他们都曾就读于美国加州大学洛杉矶分校，是该校教授杨阳门下同级的博士研究生。2021年度福布斯中国30Under30榜单发布，在科学和医疗健康30人名单里，两人双双入选。此外他们还在2022年分别登上了《麻省理工科技评论》全球“35岁以下科技创新35人”和亚太区“35岁以下科技创新35人”榜单。
王睿
薛晶晶早在导师杨阳教授的实验室时，王睿和薛晶晶就已经成了很好的科研搭档，曾合作发表过两篇《科学》论文。最近上线的这篇《自然》论文，是二人合作完成的第3篇顶刊论文，也是两个人回国成为独立PI后的第一次“双剑合璧”。
就连杨阳都不禁感叹，工学领域的工作发表在《自然》《科学》这样的主刊上是非常不容易的，而这两个年轻人联起手来，却能做到“一而再，再而三”。
事实上，杨阳课题组素来以成材率高著称。目前，这个课题组已经至少培养了40余位青年教授，其中多位回国工作。
专长互补，共闯“钙钛矿”领域
王睿和薛晶晶合作发表的这3篇顶刊论文，都聚焦于钙钛矿太阳能电池领域。
2019年发表在《科学》上的那篇成名作令人印象非常深刻。他们为钙钛矿太阳能电池设计了三个相似的生物碱：咖啡因、茶碱和可可碱，用以研究其对钙钛矿表面缺陷修复的机制。
2019年两人合作发表的《科学》论文
王睿曾在接受媒体采访时回忆道：“这个主意最早开始于喝咖啡时的一个笑话。一天，当我们正在讨论钙钛矿太阳能电池时，我们就开玩笑说如果我们需要咖啡来补充能量，那么钙钛矿呢？他们需要咖啡来提高表现吗？”随后，他们就发现了咖啡因在提升钙钛矿太阳能电池中的作用。后来他们进一步合作，通过分子结构优化，发现了茶碱能够实现更加优越的电池性能。
现在回想起来，这个看似无厘头的玩笑不仅开启了一项卓有意义的研究工作，也给这对青年科学家搭档的合作之旅起了一个好头。
2021年，他们联手完成的另一项工作再次发表在《科学》上。
2021年两人合作发表的《科学》论文
这一次，他们引入有机共轭阳离子来重构能带边，设计一种含芘的有机铵，再次提高了钙钛矿电池的效率及稳定性。
最近发表在《自然》上的这项研究，则改变钙钛矿太阳能电池的“胚胎”结构——通过加入一种叫“戊脒”的添加剂，发现了新的甲脒铅碘钙钛矿取向成核方法，这可以提高整体结晶程度，提高光电效率和稳定性，且适用于所有的制备方法以及制备任何大小的钙钛矿太阳能电池。
薛晶晶对《中国科学报》说：“虽然我们在同一个课题组学习，但我和王睿的研究侧重点各不相同。我的研究方向偏重于解析机理的基础研究，而王睿更擅长制备器件，把一个想法落实为一个成品。这种研究方向上的互补，让我们在美国保持了密切的合作关系。”
更幸运的是，两人回国后分别入职西湖大学和浙江大学。两所大学都在杭州，距离也很近，这让他们的合作可以更为顺畅地继续下去。
这篇《自然》论文的第一作者石鹏举，正是王睿课题组和薛晶晶课题组联合培养的博士生。
0.18秒的“捕捉”
钙钛矿太阳能电池，是第三代太阳能电池中的一大类，因其质量轻、效率高、制备成本低等优势，成了学术界和产业界追逐的一大热点领域。其中，FAPbI3又被认为是钙钛矿材料家族的希望之一——最有可能实现高光电转换效率。
然而棘手的地方在于，FAPbI3可以分为光活性的黑相FAPbI3，以及不具备光活性的黄相等其他晶相。科学家通常认为，“黑相”意味着钙钛矿晶体结构更加完整和有序，使载流子能够顺畅流动。
然而在结晶的过程中，黑相FAPbI3并不具备热力学上的优势，因此总会产生大量其他晶相的杂质，造成材料的性能损失。
在王睿看来，尽管他们过去在钙钛矿领域开展过许多研究工作，但这些研究大多聚焦于“表面问题”，即界面研究，而很少去真正深度探索钙钛矿电池“最内部”的机理——结晶过程。
要知道，钙钛矿的结晶过程非常快，在数秒或十几秒内就能完成，而成核是结晶的第一步，相当于“胚胎阶段”。摸清成核过程的机理，对提高电池效率和稳定性有着重要意义。然而，限于研究手段的缺失，他们此前一直未能正式开展相关工作。
“我们这项工作的初衷和最大动力，就是尽最大的努力，看到在结晶最初的几秒内究竟发生了什么。”薛晶晶说。
早在2019年，王睿和薛晶晶还在美国读博士时，他们曾注意到一种叫“油铵碘”的物质，可以帮助晶体更好地生长。从分子结构看，“油铵碘”有一条“长长的尾巴”——“烷基链”。研究团队猜测，“这条尾巴”可能就是影响晶体生长的关键。
回国后，团队制备合成了三种同样带有“烷基链”的有机分子丙脒、丁脒、戊脒，分别添加到FAPbI3晶体生长过程中。结果发现，加入拥有最长“烷基链”的戊脒，室温状态下产生了“纯黑相”的FAPbI3。
这个过程是如何发生的？要解析其中机理，还需要借助一些先进的设备。
他们了解到劳伦斯伯克利实验室的CarolinSutter-Fella博士团队有两台仪器——荧光原位同步辐射和原位同步辐射的X射线衍射，这两台仪器过去常用于表征和测试高分子的结晶过程，这让王睿和薛晶晶感到非常振奋，合作一拍即合。
研究团队充分运用了X射线衍射、傅立叶变换光谱、原位光致发光测量、导电原子力显微镜等多种实验观测手段全力捕捉，以0.18秒每次的频率进行测量，这接近于人眼视觉的暂停时间。
通过原位表征，研究人员捕捉到了FAPbI3从成核的瞬间到随后晶体逐渐长大的全部信息，并认识了成核过程的原理机制。
“伯乐课题组”以成材率高著称
在王睿和薛晶晶的成才之路上，导师杨阳起到了非常关键的作用。
杨阳课题组素来以成材率高著称。目前已经至少培养了40余位青年教授，北京大学教授周欢萍、北京理工大学教授陈棋、中国科学院半导体研究所研究员游经碧、浙江大学教授杨旸、北卡罗来纳大学教堂山分校教授黄劲松、香港理工大学教授李刚、普渡大学教授窦乐添、休斯顿大学教授姚彦等，都来自这个课题组。
杨阳把自己的育人之道总结为：建立师生之间的互信；找到学生的特殊天赋；鼓励学生承担具有挑战性的项目；勾勒出他们未来的美好蓝图；释放他们的潜力。
他说：“当我们把学生当人才来栽培，激发他们内心的潜力，学生将来很有可能就是千里马；当我们把学生当劳动力来使唤，学生将来就是个劳动力。”
王睿说，杨阳老师总是把博士生当成博士后培养，把博士后当成教授培养，鼓励他们主动与合作者交流，参与全部的科研过程，从思路的产生，到投稿审稿，导师把关，学生主导。这使得他后来成为独立课题组负责人的时候，对其中的任何细节都不会陌生。
除了具体的科研工作，让王睿受益更多的是，导师对于他做人做学问上的教导，“他潜移默化地影响着我的科研品味，要做别人没有研究过的，不跟风去做研究。他告诉我们数据一定要经得起推敲，给到读者的所有东西都要坚如磐石。”在王睿看来，来到杨阳课题组，是他成长的转折点。
薛晶晶刚进组时，杨阳的一句话让她至今难忘，“youmustgoasdeepasyoucan”。薛晶晶表示，这是对于思考问题方式的训练，“面对一个问题，不是停留在表面，你要不停地去问自己为什么，直到问到你的导师回答不了，课本回答不了，你去查阅一切文献也回答不了时，这才说明你思考得足够深，而往往这个点可能就是领域内目前还没有研究清楚的。”
薛晶晶说，正是导师团队的良好氛围，促成了她与王睿的合作。“我们想研究什么，想跟谁合作等等，导师给了我们足够的自由。”
这就是“黄金搭档”联手背后的秘密。
