新晉化學院士夏海平：在分子世界栽種“中國梅花”

在南科大創園實驗室里，一朵由化合物構成的“梅花”悄然綻放——它并非草木，而是一個被稱為“金屬核輪烯”的分子結構。這項由化學系講席教授、深圳格拉布斯研究院執行院長夏海平團隊攻克的成果，破解了困擾化學界70年的難題。

從“梅花”到“同花順”，從教科書到高考試題，憑借獨創的“碳龍化學”，夏海平在2025年11月當選為中國科學院院士，并正以原創之力在世界化學史上留下中國烙印。而在這一切背后，是一位科學家數十年如一日的堅守、一個團隊對“難而正確之路”的信念，以及南科大這片創新沃土所孕育的無限可能。

“分子梅花”綻放南科大校園

夏海平院士的申報依托單位為南方科技大學，整個推薦流程均在南科大完成。其中最為關鍵的工作，是成功合成了“金屬核輪烯”的分子結構。

“這一系列成果總稱為‘碳龍化學’，相關研究始于十幾年前我在廈門大學工作期間，來到南科大后實現了系列突破，并且做出了最關鍵的成果，就是‘金屬核輪烯’。”夏海平介紹：“這是‘碳龍化學’的一個升級版。其最核心的分子結構，看起來就像一朵梅花。”

“非常夢幻！”夏海平團隊的博士后徐賓彬回憶起她第一次用X射線單晶體衍射儀觀測到這朵“梅花”的時候，依然十分興奮。那是2023年底，為了合成這個五個五元環結構的分子，徐賓彬已經在實驗室里嘗試了多種方法，奮戰了一年多，而整個團隊為之付出的時間則更長。

“之前我一直不知道到底能不能做出來，一直到它出現在眼前，我才發現這個結構真的可以實現。”那天測完晶體已經是晚上12點多了，徐賓彬卻毫無困意。第二天一大早，她就敲開夏海平辦公室的門做了匯報。

該成果帶給徐賓彬的是震撼，而對夏海平而言，這更是對他多年來孜孜探索方向的一次確認。在苯環發現200周年，也是他沿此方向攻關的第十年，“金屬核輪烯”終于清晰展現出其輪廓——精致、規整、優美。

夏海平馬上組織團隊開會討論這個進展，大家馬不停蹄繼續試驗、觀測、收集數據，幾個月的奮斗后，他們終于收獲了更完美的分子結構：它花瓣勻稱、結構完整，環的中間有一個類似“花蕊”的金屬原子。

環加成構筑平面金屬[15]輪烯

“梅花”綻放，“芳香”撲鼻。今年5月1日，Nature發表了這項成果，美國化學會發布的《化學與工程新聞》對該成果的評價是：“該成果重新定義了金屬雜芳香性，或將載入教科書。”

十年攀登，破解學界七十年猜想

“金屬核輪烯”為何如此受到學界重視？這要從化學史說起。

“你知道苯分子嗎？它是一個六元環，是法拉第在1825年發現的，今年恰好是它被發現200周年。”夏海平告訴我們。苯正是第一個被認識的“輪烯”體系。

到了1951年，科學家發現了二茂鐵，它有著由輪烯分子與金屬形成的“三明治”結構——金屬夾在兩個輪烯環中間。這類分子在催化領域極為重要，相關發現者也在1973年獲得了諾貝爾化學獎。此后，許多科學家開始思考一個問題：金屬能否不只是在環外“夾心”，而是直接嵌入到輪烯環的內部？這個難題70年來一直未獲解決。

夏海平介紹，他團隊的工作就是首次成功將金屬原子“塞進”了輪烯環的內部。更關鍵的是，他們發現這個新分子具有非常獨特的性質。首先，它的大環芳香性比傳統認為完美的苯環還要強。同時，由于金屬的嵌入，它周圍的五個小環也被賦予了芳香性，形成了一個結構獨特且高度對稱（具有五重對稱性）的分子。”

“如果說苯分子是‘大道至簡’的美，像山村淳樸的少女；那么這個新分子則展現出一種‘巧奪天工’的精致與華麗之美，像是精心選拔出的選美佳麗，是不同維度的美。”夏海平笑道。恰好今年是苯發現200周年，一些國際機構也用這一分子制作視頻來紀念這一時刻。

有意思的是，這個“分子梅花”與化學系沿用近十年的“系標”十分相似，這個“系標”本就是以苯分子為原型而設計的花型。夏海平說：“許多人說我們把化學系的‘系標’做出來了，而且比‘系標’的設計更精美、更嚴絲合縫。科學的進展往往會突破我們的認知，而且比我們想象的更精妙。”

科學突破如寒梅綻放，需經歷漫長凜冬般的堅守，才得“暗香”遠播。“因為這是一項‘從0到1’的工作，面臨非常多不確定性，很多學生做到后面就放棄了，選擇了其他的研究方向。但對于一個重要的科學目標來說，它值得我們十年如一日地堅持。”

“堅持難而正確的事情”是夏海平一直對團隊的勉勵。他說：“我相信這個分子結構是能做出來的。而學生也相信了我。”

在南科大，夏海平申請到了深圳杰出人才培養計劃，學校、院系也給予大力支持，這為團隊的工作提供了堅實保障。這朵在南科大校園綻放的“梅花”，正是師生通力協作、各界精心呵護栽培而成。

一把“同花順”背后的科學堅守

走進夏海平的辦公室，人們往往會被他桌上的一副特殊撲克牌吸引。這不是普通的撲克牌，而是一套“碳龍化學”主題牌——每張牌背后，都凝聚著一段艱苦的科學歷程。

“我的研究方向是金屬有機化學，核心是探索碳與金屬之間的化學鍵。”夏海平說，“我一直想探究一個根本問題：一個金屬原子上最多能形成多少根碳—金屬鍵？極限在哪里？”

夏海平不想沿用前人方法，他選擇了一條原創路徑：用一條至少三爪的碳鏈去“抓住”金屬。隨著碳鏈不斷增長，碳—金屬鍵的數量也不斷增加。2016年，團隊已成功合成碳原子數從7到12的一系列化合物。

“在一次交流中，丁奎嶺院士對我說，你這7、8、9、10、11、12的碳系列，不正像一副‘同花順’嗎？”夏海平回憶道。從此，“同花順”成了這個系列化合物的昵稱。

此后，團隊繼續推進，這副“同花順”越連越長。其中最高階的“K”和“A”分子，是在南方科技大學完成的。尤其是“A”——梅花型的“金屬核輪烯”，是整個研究中最難攻克的堡壘。為了紀念這項歷時近十年的工作，團隊設計了一套“碳龍化學”撲克牌。未來，這個“同花順”家族還可能進一步擴展，例如嵌入更多金屬或構建更大環系。

在夏海平看來，科學本就蘊含美學。“我們設計分子時，其實也是在構筑美。”他展示著合成物的演變過程，“起初學生做的分子比較粗糙，我就引導他們不斷完善。現在我們合成了‘梅花’，后續或許還會看到‘蝴蝶’……這就像創造一系列化學藝術品。”

這一系列成果都是從“0”到“1”的工作，在方向不確定、結果未知的情況下，如何堅定做出選擇，并帶領團隊持續探索？

“我的心得是：第一，要找準你所在領域的核心科學問題；第二，要從中找出尚未解決且足夠重要的問題。第三，也是最關鍵的一點，必須嘗試用前人未曾用過的方法去解決它。這也是我一直對年輕科研人員做出的建議。”夏海平說，認準這三點，堅持做上十年，一定會有所成。“我們的成果，比如‘撲克牌’分子和‘梅花’，最初并沒有刻意設計，都是這樣水到渠成的。”

水到渠成之下，“碳龍化學”作為中國原創成果，已獲得多方認可。夏海平將其概括為“走進書架、登上貨架，還進了試卷”——走進“書架”指的是它被寫入了國際權威的有機化學教科書《March Advanced Organic Chemistry》，上“貨架”是指進入J&K（百靈威）試劑目錄國內外銷售。

“‘上了試卷’則更巧。我們的研究論文在今年5月1日發表。沒想到，它迅速被廣東省高考化學命題組關注并采納，進入了同年高考的化學試題。后來我們還發現一些高中質檢題也引用了這項研究。我想，很多考生以后會在備考時就接觸到這個來自南科大的前沿成果。”夏海平笑道。

“我們課題組不提倡‘彎道超車’，因為所謂‘彎道’，那還是在別人的賽道上。我們強調‘獨辟蹊徑’，自己闖出一條新路，這樣后面才會有千千萬萬人跟隨。”夏海平說。

這條新路還在不斷往前延伸。他向我們展示了一張“周期表”，上面排列著理論預測的不同金屬與環系的金屬核輪烯。“通過計算，我們預測可以形成一個龐大體系：環碳原子數可從12擴至17，可嵌入的金屬也覆蓋周期表中眾多元素。我們希望一步步解鎖這張‘地圖’，最終發展成龐大的分子家族，并在光電材料、能源、催化等領域找到應用。”

在創新沃土的精彩“再創業”

“不走尋常路”的選擇，不僅貫穿于夏海平的科研探索，也同樣鮮明地刻寫在他的人生軌跡中。

2018年，55歲的夏海平離開學習、工作了40年的廈門大學，全職加入南科大。

“很多人問我原因。其實我不是被‘挖’來的，而是覺得如果55歲還不改變，可能一輩子就呆在一個單位了。”他坦言，“我來南科大看了看，和學院領導聊了聊，就做出了決定。”這個選擇也與他的成長經歷有關：父親是中山醫學院的醫生，他在廣州中山二路長大，對廣東很熟悉；香港回歸前，他還在香港科技大學做過兩年訪問學者。“南科大的辦學模式與港科大很相似，我來了之后感覺很親切。”

目前，夏海平主講兩門課：《高分子材料結構、性能與應用》與《化學實驗安全與環保》。“實驗室安全課我已堅持十多年。化學實驗性質決定了化學系是安全高危區，實驗室安全是重中之重。沒有安全，一切研究都失去意義。”課堂上，他融入真實案例，反復強調規范操作與應急流程，從試劑存放、儀器使用到應急處置，都親自示范、嚴格把關。“實驗臺前無小事，一個細節的疏忽可能造成無法挽回的后果。”他常這樣叮囑學生。

作為深圳格拉布斯研究院執行院長，夏海平為這深圳首個“諾獎實驗室”傾注了大量心血。研究院以2005年諾貝爾化學獎得主羅伯特·格拉布斯命名，聚焦其核心成果“格拉布斯催化劑”，主要開展兩大方向研究：一是有機合成催化，發展高效、綠色催化劑體系，降低醫藥、材料合成的成本與污染；二是高分子合成催化，探索新型高分子材料制備路徑，服務新能源、生物醫藥等產業需求。研究院剛與一家企業簽署協議，共建聯合實驗室。此前這家企業已經與他們連續五年開展合作。“這說明合作見效，企業獲得了收益。”夏海平說。

在夏海平的簡介中，他一直把“校黨委委員”這一職務放在最前面。作為有著30余年黨齡的老黨員，他謙遜地表示：“黨員沒有特殊之處，就是以身作則、做好本職工作，不過是以身作則、恪盡職守，平日里關懷同事，且高標準地完成任務。只是在做每一件事時，我都要牢記自己是黨員。”

回望七年前加入南科大的決定，他的回答簡練而篤定：“非常正確。”

本月20日，學校就要迎來建校15年。“過去15年，南科大可以說是新辦大學中發展最快的一所。”談及未來，他語氣里滿是期待，“我們在PI制上已經取得了顯著成績，接下來還要進一步探索更有組織、更有協同的科研模式。”他希望，在廣東省與深圳市的持續有力支持下，南科大的發展動能繼續增強，各項辦學指標實現穩步攀升。“如果能得到穩定的支持，相信南科大能在全國乃至全球高等教育格局中，走到更前沿的位置。我對此充滿信心。”

來源：南方科技大學，原題《專訪新晉院士夏海平：在分子世界栽種“中國梅花”》