單分子技術仍處于原理提出和實驗驗證階段

“單分子技術目前仍處于概念、原理的提出和實驗驗證階段，離實際應用還有一段很長的路要走。”中國科學院院士楊金龍在接受《中國電子報》專訪時向記者表示。作為來自微觀世界的新概念，單分子科學探索的是分子世界的奧秘。

注重原始創新待成果上“書架”

原子和分子是如此之小，用肉眼和普通的顯微鏡看不見，人也摸不到。但是，原子和分子的科學構成了整個自然科學的基礎。幾個世紀以來，人類不斷探索自然界的奧秘，在科學史上奠定了一座座豐碑。然而，科學的發展是沒有窮盡的，時至今日，有關原子、分子科學與技術方面的研究仍處于科學前沿，不斷涌現出意義深遠的新思想、新成就。

注重原始創新，讓成果上“書架”，是眾多科學家的使命。在單分子科學領域，楊金龍帶領的理論團隊與實驗團隊緊密合作，系統研究了單分子的磁學和電學特性，目前取得了一系列科學成果。

在接受《中國電子報》記者采訪時，楊金龍向記者詳細介紹了當前的研究進展。楊金龍表示，第一是利用單分子選鍵化學實現了單分子磁性自旋態控制。這一成果意義重大，為設計和制備單分子自旋電子器件提供了一種嶄新的重要方法。

第二是利用單分子手術實現了雙功能的單分子器件，將單分子手術和操縱技術提高到單分子內多功能集成的嶄新高度。

第三是實現了單分子水平氫鍵動力學表征，這一成果為理解、進而控制和利用氫鍵奠定了深厚基礎。

隨著后摩爾時代的到來，半導體技術正在快速發展并發生變革。單分子科學技術是否有望在電子芯片中得到應用？對此，楊金龍向《中國電子報》記者表示，現階段，單分子技術仍處于概念、原理的提出和實驗驗證階段，離實際應用還有一段很長的路要走。現階段，實驗面臨的技術難點包括單分子器件長期穩定性問題、單分子與電極界面結構可控性差、多數器件要求低溫和真空操作、器件性能重復性較差、器件可擴展性差，以及與當前CMOS技術兼容性問題。理論面臨的問題包括理論方法的精度、速度、適用體系大小難以滿足日益增長的實驗需求，理論模型過于理想，目前研究多局限在單一尺度模擬等。

“在未來幾年內，單分子科學發展的主要方向將聚焦在攻克以上實驗和理論技術難點。解決了以上問題后，單分子技術將迎來在電子芯片中的應用新篇章。”楊金龍說。

利用科學解決難題讓成果上“貨架”

從國家和社會發展來講，基礎研究是創新的源泉。在取得一定研究成果后，用自己發展的方法來解決國民經濟相關技術難題，同樣意義重大。在楊金龍看來，除了要讓成果上“書架”，還要把成果用起來，用基礎科學解決與國民經濟相關的技術難題，讓成果上“貨架”。

氫燃料電池被認為是助力實現“碳達峰、碳中和”目標的一大關鍵角色，與新能源汽車等國民經濟領域高度相關。零排放、零污染的氫燃料電池汽車，也代表著未來新能源汽車發展的重要方向。然而，當前氫燃料電池所使用的氫氣，通常含有0.5%~2%的一氧化碳。作為氫燃料電池汽車的“心臟”，燃料電池鉑電極容易被一氧化碳雜質氣體“毒害”，導致電池性能下降和壽命縮短，嚴重阻礙氫燃料電池汽車的推廣。可喜的是，楊金龍帶領團隊取得了研究成果。楊金龍表示，通過研發出的高效催化劑，可以有選擇性地高效去除氫燃料中的微量一氧化碳，為氫燃料電池在頻繁冷啟動和連續運行期間提供全時保護。

氫燃料電池技術的發展讓新能源汽車界看到了新的希望，但現在，新能源汽車電池的主流是以鋰電池為主體，包括磷酸電鋰電池和鎳鈷錳的三元鋰電池。在不遠的將來，氫燃料電池是否有望成為新能源汽車應用的主流電池？

談及氫燃料電池在新能源汽車中的應用前景，楊金龍對《中國電子報》記者表示，氫燃料電池具有清潔、零排放等優勢，不受季節和行駛里程的限制，不會產生電池回收過程中的環境難題，但當前仍面臨幾大應用難點。楊金龍指出，氫燃料電池面臨的主要難題是電堆的壽命、成本以及氫的儲存和運輸等。“隨著技術的發展和上述問題的逐一解決，上述優勢也必將促使氫燃料電池成為新能源汽車應用的一種主流電池，在長途運輸的汽車中起主導作用。”楊金龍對記者說。

加強基礎研究促進成果轉化

科技創新，就像撬動地球的杠桿，總能創造令人意想不到的奇跡。如果想持續書寫一個個奇跡，就需要繼續加強基礎研究，為科技創新注入源源不斷的新動能。

楊金龍向《中國電子報》記者分享了一些關于如何加強基礎研究的觀點。“基礎研究的開展，主要是激發研究者的好奇心。”楊金龍表示，現在許多基礎研究的領域的突破，都離不開研究技術手段的突破。比如，在單分子科學領域，在實驗上需要大力發展更多高精尖且適用不同應用環境的光、電、磁學單分子分辨和表征技術，發展高效可控的單分子器件制備和優化方法等；在理論上需要進行低標度計算方法、量化高性能并行計算軟件開發，以及發展高精度計算算法，以實現對單分子體系進行更快、更大、更準的理論模擬與設計，為指導和推動相關實驗研究提供理論思路和路線。

在氫燃料電池領域，楊金龍帶領的團隊在基礎研究成果轉化方面尚處于起步階段，目前主要在解決催化劑制備設備的規模化問題。事實上，基礎研究到成果轉化應用之間往往存在“死亡谷”，讓很多研究成果難以產生應有的效益。在科研成果向市場化產品轉化的過程中，應該如何跨越這道“死亡谷”？針對這個問題，楊金龍也給出了自己的觀點與建議。

楊金龍向《中國電子報》記者表示，基礎研究成果到產業化的過程是一個復雜的、多變的過程。不同成果的轉化有不同的路徑，科研、企業、金融、政府等人員都應參與其中。“這個過程中的一般原則是，讓專業的人士做專業的事。”楊金龍說。

責任編輯：Rex_08