2023年《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”中国区发布将来到上海。本次论坛我们聚焦「Infinitas 未来无限」，我们将搭建一个展现“青年人”智慧与潜力的舞台，聚集全球创新人才和资源，让更多人见证他们不懈的探索和追求，让一点火苗点燃他们无穷的创造力。让上海与我们共同见证这片广阔无垠的舞台上，追梦者们绽放出耀眼的光芒。

以下是在2024中国科技青年论坛圆桌对话精彩瞬间，由云现场整理。

戴庆：各位嘉宾好，我是戴庆，来自上海交通大学材料学院。

林翰：各位嘉宾同仁好，我是林翰，来自中国科学院上海硅酸盐研究所。

龚鸣：大家好，我是来自复旦大学的龚鸣。

戴庆：今天我们的圆桌主题是“材能无限”，本身就给大家提供了无限的遐想。材料作为底层的又非常前沿核心的领域，实际上提供了很多根技术，这个领域也包罗万象，今天我想先请两位嘉宾介绍一下自己的研究领域和成果。

林翰：各位嘉宾好，我是林翰，主要在中国科学院上海硅酸盐所国家重点实验室的技术前沿部从事活性纳米生物结构和颗粒的一些生物学效应研究，主要是通过活性纳米结构来驱动病灶疾病原位的催化化学反应，这么一个纳米催化相关的肿瘤治疗研究领域，在这方面开展工作。谢谢！

龚鸣：我也非常简要的介绍一下我们的工作，特别感谢戴院长的介绍。我们主要是做能源相关的一些电催化研究，我们课题组的研究主要分两大块，第一大块主要是围绕氢能，现在氢能被大家认为是未来的能源形式之一，我们主要是围绕电解水制氢，看看是不是能以更便宜的价格获取我们的绿氢，可再生能源获得氢气，我们主要是围绕这块在做一些产学研方面的研究。另外一块我们叫绿电化工，传统化工来说，我们都是大型的化工厂、大型反应器，我们是不是能够通过一些电化学的手段有些替代，或者有些产业的升级，是不是能够给它的节能降耗提供一些可能性。我们围绕化工的一些特殊反应，看看是不是电化学能够做一些尝试，能够实现一些新的突破。

戴庆：谢谢两位老师的介绍。今天早上的几个报告，特别是刚刚清华王老师的报告讲到了算力需求背后支撑是对能源的需求，在这样一个既要强调双碳绿色环保的前提下，又需要能源供给的大幅度提升，咱们作为材料科学家，在这个方向能为社会发展的根本需求提供什么样的帮助呢？

龚鸣：谢谢戴院长的问题。首先这是一个时代性的问题，现在对于能源转型或者能源国家是一个迫切需求。目前可再生能源电力在飞速发展，但是它也有一定的局限性，特别是可再生能源电力在时空尺度上有不均匀性，代表有些地方有、有些地方没有、有时候有、有时候没有，这导致我们想把可再生能源电力用好的话，我们必须有能源存储或能源转化，这对于我们材料科学有一定的需求。

能源存储的话，本来有另外一位嘉宾是做电池的，电池如何提高我们的能量密度，如何规模化生产高效的电池，其实有一定的需求。我们做能源转化其实也是一样，如何用可再正能源电力高效把一种化学物质转化成另外一种物质，电解水制氢就是这样的反应，如何高效的从水中获取我们所需要的氢气，氢气现在的主要问题相比于传统的化石能源制氢，它的最大问题就是成本问题，煤制氢、天然气制氢制出来的氢很便宜，但是可再生能源电力出来的氢相对来说会贵一些。如果有成本问题的话，就会对产业化或商业化带来一些挑战。从技术层面上，材料化学家如何从各个方面，电解水制氢、燃料电池、存储各方面的材料问题，从产业链条上去节能降本，怎么样更高效的实现整个过程，对我们来说是非常重要的挑战。

从个人角度来说，我主要做电解水制氢，我们最关注的是里面的核心零部件，如何提升它的效能，通过一些信息材料的构建，我们现在也能通过电极的构建给它节能减耗10%-15%，相当于对制氢成本能够降这么多，可以帮助推动氢的大规模应用。

林翰：大数据、高算力对材料化学、材料化学与生物医工的交叉学科带来了很多机遇，尤其是我们的研究方向，包括纳米材料的结构设计与它的催化化学反应，以及催化反应相关的疾病原位反应，三者之间的互作用多尺度映射关系，早期得通过实验室阶段一个一个去试，特定材料触发特定的生物化学反应，从而干预特定的病理微环境。在当前的数据模型驱动的机遇下，我们可以通过建模、通过多种算符之间的映射关系验算，可以加速我们对化学反应的设计，依据相关的病理表型来指导设计前面更加高效的纳米药物或者纳米颗粒合成，这样给我们的研究方向带来非常快的效率迭代。包括AI for Science，对我们材料化学相关的医学方向来说是巨大的利好，我们希望在未来工作中更多的从这个角度来推动面向应用的基础研究。

戴庆：前面圆桌论坛讨论AI for Science，确实人工智能的突飞猛进会改变我们的科研范式，这两天大家可能也关注了无人驾驶的Robotaix，可能有一天科学家也不用了，直接人工智能聊一聊天就要都解决了。包括以前中科大做机器人化学家，相当于把自动化和人工智能、化学表征放在一起，可以实现24小时不间断的创制氢分子化合物，展现出一些可喜的苗头。AI当然会改变我们的科研范式，毫无疑问，但是从能源角度上来说，除了咱们刚才说到的新能源、风电、氢能，我觉得有一点很关键，就是核能，刚才王老师说到做核反应堆关键部件的制造，实际上核能也很关键，如果大家关注的话，像约束性核聚变，它需要低温和强磁场，现在高温超导带材体系也是我们材料领域里很重要的方向，这块我们交大也有很好的工作。

今天作为材能无限，我们就两位嘉宾的专业方向，具体探讨一下今后各自研究方向的具体发展前景和技术路线的研判。就着能源问题，先请龚老师讲一讲，比如说咱们刚刚说到绿氢，总书记这次去重庆，专门又对氢能做了重点部署。您能不能介绍一下您对产业的研判，底下还有很多投资机构，大家可以就这个方向多交流。一个是我们国家的氢能产业现状和国际上对比怎么样，第二个是绿氢，尤其是电解水产氢，现在的核心部件，现在技术储备怎么样？有没有出现头部的或者独角兽型企业？如果有的话，我们作为科研团队，怎么和他们结合？

龚鸣：非常感谢戴院长的问题，我们产业界和学术界一直在研讨的问题就是氢能未来如何发展，首先这是一个非常宏大的问题，我们拆解来看，氢能是一个产业链，从制、储、运、用，每个环节都有每个环节的效率，每个环节都有每个环节的关键材料问题。综合起来，决定了氢能产业未来是怎样发展的，是飞速发展还是稳步推进，这都需要不同的材料科学家或者化学科学家去深入挖掘。

从电解水制氢角度，现在主流的有大概四种技术，首先是比较成熟的碱性电解水技术，现在商业化也有挺多的，有很多示范应用项目，包括新疆库车、内蒙鄂尔多斯，都有大型的绿氢生产示范应用，目前绝大部分下线的电解水制氢还是碱性电解水制氢，主要是因为它的成熟度相对比较高，已经能够规模化生产，国产化率相对来说也比较高，所以下线以碱性电解水制氢为主。

当然它也有各种各样的问题，这些问题就带来产业界和学术界的一些研究。最大的问题是电解水制氢的能耗问题，电解水制氢70%以上的成本都在于能耗。大家有一个概念，一个千方级的电解槽，也就是1000标方氢气每小时的电解槽，他一年的电耗成本大概是几千万元，如果能够节能减耗的话，我们就可以给它对应的成本带来经济收益，碱性电解槽也有一些提升空间，包括我们自己做了尝试，是不是有一些新的催化剂。从我们的个人角度来说，已经可以做到高性能电极，直径为两米的电极，节能减耗大约10%-15%，给碱性电解槽带来一些新的焕发生命。

除了碱性电解槽这样的方式，其他三种技术分别是高固体氧化物电解水制氢，它的优势在于它的能耗非常低，它也有一些技术上的需求，如何更稳定的在高温条件下能够实现长时间的水电解质制氢。最近上海又下线了一台更大的百千瓦级高温电解水制氢的示范，推动了很大一步。

另外两种是膜体系，国外都在攻关这两种技术，国外相对来说在膜体系方面领先一点，布局的很早。国内追赶的也相对比较快，质子交换膜电解水制氢PEM体系，以及阴离子交换膜AEM体系，交换膜主要是膜的问题，膜的国产化，现在大部分以国外的技术为主，国内的技术也开始实现国产化。另外一个问题是催化剂，催化剂都需要贵金属，如何贵金属减量，如何用非贵金属替代，这是大家攻关的最主要问题，现在涌现出一代催化剂公司，是不是能够实现减量替代，我相信这些公司会集中攻关，能够尽快推动PEM的降本。

另外一个角度是AEM技术，AEM技术现在更多的是从研发走出去，最近一两年开始涌现出一些AEM公司，AEM最主要的技术是它是一个碱性的膜，可以和碱槽非常好的融合，用非贵金属催化剂达到贵金属催化剂的效果。主要运用是AEM膜的稳定性需要更多的研发，如何能匹配PEM或者碱槽10万小时的寿命，目前已经从几百小时到几千小时，甚至上万小时，但是如何到10万个小时，就需要膜材料的革新，当然现在也涌现出很多家做膜的公司，也期待他们能够通过技术的革新带来产业上的变化。电解水制氢的大概讨论就是这些，谢谢大家。

戴庆：如果再往前研讨一步，电解水制氢超过70%的花费在能源上，电解水制氢本身的核心组件又是膜，从科研角度或者从产业投资角度来说，这两个点是相互制约、相互影响，膜的工艺提升，自然你的能耗就会下降。如果我不管膜，或者就用现在的膜，我换一个新能源的方式，比如说直接用光伏或者热光伏来供电、供能。从这个角度来说，哪种方式在当下可能更容易实现一些？

龚鸣：当下的角度，更多还是风光产电、电解水制氢，但是从目前来说，90%以上的商业化还是碱性电解槽，因为它规模化非常容易做大，很容易做到两万方一小时的示范应用。PEM或者AEM，前期的投资成本相对来说高一点，随着膜技术的替代、催化剂技术的替代，未来可能会有机会赶上碱性电解槽。赶的进程取决于碱性电解槽的高效化进程有多块，二是取决于AEM和PEM的技术迭代有多快，取决于科研攻坚力量。

未来制氢有很多种可能，无论是产电在电解水制氢，还有未来的直接光解水制氢，都是有可能的，这种都是我们科研需要探讨的事情，哪个技术的成本更低、哪个技术的可持续性更高，需要测算和产业技术的迭代。

戴庆：谢谢龚老师。材料不光是能源方向，在生命健康领域也得有很重要的进展，也对我们的生命健康提供了根本保障，林老师应该有很多感受，针对现在大家比较关心的癌症问题，有什么进展和突破？

林翰：谢谢戴院长。我和我所在团队的更多精力花在基于材料化学设计来解决肿瘤为代表的一些重大疾病的局限性，我们也观察到像化疗以及放疗，还有相关的靶向治疗，其实它最底层的反应还是生化反应，很多治疗模式的底细层次是通过化学反应来做肿瘤细胞的过氧化来启动肿瘤细胞的凋亡路径，于是我们希望能够开发一些基于材料化学的研究思路，为肿瘤治疗提供解决方案。

我们在前期探索中发现比如纳米催化治疗，基于纳米颗粒的肿瘤疾病的特异性催化反应，通过生成活性物种来杀伤肿瘤细胞。实验室阶段我们有很多很好的结果，从材料上、纳米颗粒上、催化反应上都是非常清晰的解答。以及我们在相关的催化治疗疾病，尤其是肿瘤相关的药性上，还有它的动物模型或大动物模型上，都有非常好的结果。但是我们真正遇到产业转化的时候，我们团队最近在做催化结局治疗，遇到一个问题，药监部门需要你提供除了良好药效之外的底层细胞生物学杀伤机制，我们只是研究它的前端和后端效果之间的关联性，中间的黑箱一直缺乏非常有效的动态表征和模拟方式，因此最近我们认为这个学科非常重要的一点是我们如何去动态描述材料和化学反应介导的肿瘤细胞凋亡的内在生物学机制，以及它相关的通路问题。

我们希望依赖大科学平台，能详细的描述里面的黑箱问题，能够打开这个黑箱，为我们后续做纳米药物中间相关国家机构的审查，提供更加强有力的数据以及理论依据。通过这么一条道路的清晰展示，为后面纳米药物或纳米级的活性物质，它体内的生物学过程、体内的代谢命运，做一个范式类的全链条研究，为后续更多基于纳米结构、纳米组分的体内生物学活性转化做一个范式，为大家后续的研究提供更多参考。这是我们当前的研究重点。

戴庆：据我了解，中国生物医药领域应该是发展比较快的，随着疫情，更加激发了生物医药科学家的研发热情，尤其是针对肿瘤，这里面包括靶向递送、微环境调控，实际都是当下讨论的热点问题。咱们国内的科学家也做了很多有特色的科学原创性成果，围绕这个事情，我们和国际上的团队去对比有没有差距，或者说各自有没有可以借鉴的地方。第二，老百姓其实都比较关心，把这些事都说的很好，什么时候能用上。你刚才说监管可能有这样那样的顾虑，这很正常，我的意思是如果从一个外行人的角度来看这个问题，总有这样的期待，但是觉得好像马上就能攻克了，但是一直感觉迟迟看不到新药上市。我们知道pipeline很长，但是从您的角度能不能给我们提一点展望。无论是微环境调控还是递送，或者围绕肿瘤，无论是从发病机制还是治疗方案，哪一种是当下最有可能快速结果，让大家有获得感的方向。

林翰：谢谢戴院长，非常犀利的两个问题，第一个问题是我们与国际同行的差距。在纯原创从0-1的基础研究方面，我们有蛮多要追赶的，比如新的疗法、全新的概念，很多概念是国外首先提出，中国是把10-100做得非常好，但是从0-1有些欠缺。我们团队提的纳米催化医学的概念，这个概念我们算是国际上原创的概念，驱动肿瘤局部的高效催化反应来做疾病的治疗，这个概念也被我们推广到其他治病，在这方面有比较好的应用实践，表现出比较好的效果，我们认为这算是国内在努力的一些原创性成果，包括像严院士的纳米酶概念，也非常原创。跟国际上哈佛医学院这种做转化医学和纳米医学最前沿的机构，在原创性方面要更多的发力。

第二，我们在转化方面的展望和进展。我们团队在产业转化方面倾团队之力做了非常多工作，包括我们在做催化解决治疗的概念，基本上2-3年，国药监已经给了我们明确指示，对我们做了分类界定。如何打开化学反应与疾病治疗结果之间的黑箱，上海市科委有专门的定向项目来支持我们做基础的机理发现和阐释，从政府层面快速推动了我们的产业转化。在纳米中心，我们依托国家重点研发计划，它会有一些新药的绿色通道，依赖这个项目，我们在国家项目里如果有些新药企业，在他们的帮助下，我们的申报路径，包括临床前两期的速度，都会大大加快。我们团队的转化工作也受益良多，我们希望在未来3-5年，能够在拿证上有非常实质性的进展。

戴庆：两位老师就能源、生物两个领域材料的思考，都跟大家做了交流。最后再提一个问题，从您的角度来看，现在大家都强调硬科技和技术，材料当然是作为一个支撑性的学科或者应用导向性学科，提供了一个关键支撑。从你们的专业领域来看，下一步布局的研究，您觉得在哪个地方或者在短期之内可以取得一些突破性的激动人心的进展，能不能给我们展望一下。比如说我做制氢催化剂提升，我有望在两年三年之内让效率提升10%，或者再提升一个量级。比如您这边是有望拿到证，有没有这样展望性、愿景性的观点，可以给我们分享一下。

龚鸣：简单展望一下，因为我们自己做绿氢的产学研，我们希望今年下半年就能在真正的大尺度规模上进行测试，去验证我们在直径为两米左右的电极，是不是能真正带来节能减耗，我们希望能够节能减耗10%-15%，我们也有下一代的技术，在未来能够尽可能多的去节能减耗，我们希望能够在明年或者后年，真正用到实际设备上面去，能够让我们国家制氢领先于全世界。

林翰：希望我们团队催化解决治疗的临床转化项目能够在未来1-2年内把临床一期的多中心联合治疗结果比较完美的做好，一期非常重要，如果这两年能够做好的话，我想后面二三期也会有非常好的展望。

戴庆：谢谢两位老师的交流，也祝愿你们的成果早日成功，谢谢大家！