2020年7月11日,欣逢我国著名化学家、教育家、中国科学院院士、《物理化学学报》创刊主编、永利集团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、77779193永利集团教授唐有祺先生百岁寿辰。唐先生是我国晶体化学的奠基人、化员工物学的倡导者、分子工程学的开创者。他在日本侵华战争的硝烟中辗转完成大学学业;博士及博士后师从化学泰斗鲍林教授;之后冲破美国的重重封锁,回到百废待兴的新中国。在历史的风云中,他始终初心不改,信念不衰,为中国的教育和科研事业殚精竭虑;在化学学科的生死关头力挽狂澜,为中国化学的健康发展作出了卓越贡献。唐有祺先生的百岁人生是记录中国近代百年历史和世界格局变迁的生动史书,是中国从战乱走向富强的见证。唐先生亲历并推动了现代化学在中华大地的生根、萌芽、在磨难中发展、并终至峥嵘的历史进程。当钱学森先生怀着“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才”的疑问抱憾而去多年后,中国科学在唐先生屡次建言献策下,已然人才辈出。他有幸亲见了自己在古稀之年提出的“分子工程学”成为世界化学、生物、材料等领域共同的前沿。在“分子工程学”框架下,世界科学史上中国科学家的身影越来越多。值此先生百年华诞之际,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。
(一)一代英杰出古镇
逢乱世,满目山河恨
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。新场镇是一个美丽富庶的江南水乡,成陆于中唐。因为宋代两浙盐运司迁此设立新盐场而得名。千年的历史赋予小镇厚重的文化底蕴,仅明清两代就出了50余位进士。唐有祺的曾祖父亦曾读书入仕,但因祖父早亡,家道中落。父亲唐宗泰不得已辍学谋生,创立泰山堂药店。至唐有祺出生时,唐家再度中兴。唐有祺亦得以在小康的环境中度过无忧无虑的童年。
1925年,5岁的唐有祺进入新场小学接受正规教育。1931年8月,11岁的唐有祺离开新场,到南汇县读初中。这一次离开,不仅仅是离开了父母的照拂,更是离开了生活的平静——此时的中国,不但内乱不绝,日本也在伺机侵略中国。1931年9月18日,日军在东北制造了“九一八事变”;1932年1月28日,又在上海吴淞口等地制造了“一二八惨案”。所幸的是,尽管世道不平,一批爱国志士坚持办教育,并办出了具有国际水平、有“一柱中流海上”之称的“上海中学”。1934年,唐有祺以优异的成绩考入上海中学,成为班级最小的员工。当时的上海中学引入了国外的办学理念,数理化方面几乎都是采用程度偏高的英美课本。此外,学校经常邀请知名人士开设讲座,请大学教授来讲课,内容包括国内外政治和经济问题、科学知识、艺术与学术讨论等,以拓展员工的见闻和知识视野。在这样的氛围中,唐有祺不仅仅受到了现代科学的启蒙,也对国际关系和政治问题有了基本的认知。而后者为他日后有勇有谋地突破美国重重封锁,辗转回到新中国,并在国内政治风云中处变不惊起到了重要作用。
1937年,唐有祺以优异的成绩高中毕业。正当他踌躇满志,准备报考清华大学时,抗日战争全面爆发,清华大学在上海的招生考试临时取消。唐有祺只好报考了同济大学。但此时的同济也无法安放一张课桌。1937年8月13日,日本在上海制造了“八一三事变”,同济大学在吴淞的校舍遭日本飞机轰炸,破坏严重,只好迁往上海的公共租界。谁料,战事却愈演愈烈,波及整个上海。学校决定离开上海迁往金华。1937年11月12日,上海沦陷,金华也遭到日军空袭。无奈之下,同济大学只好再度内迁至偏远的江西赣州。在赣州上了8个月课后,1938年7月,九江危急,局势突变,同济大学第三次迁校,从赣州迁到广西贺县八步镇。1938年10月,广州沦陷。运抵八步镇的第一批校产还未来得及卸下,学校决定第四次迁校至昆明。男同学组成步行队,历时半个月到达广西柳州;休整一个月左右,再度步行至南宁,转乘小船至龙州,出镇南关借道河内,坐火车到昆明。1939年春节前,同济大学师生终于分批到达昆明。当时,日军虽未入侵西南,但昆明也频频遭遇空袭。唐有祺所在的理学院师生,冒着生命危险,坚持上课、做实验。1940年10月,在昆明度过两个春秋的同济大学又从昆明迁至四川宜宾李庄,在一群庙宇中安定下来。待到1942年6月大学毕业时,他脚下已不是有着优越教学条件的上海吴淞,而是相去千里的一座蜀中寺庙。颠沛流离的大学,饱受战火欺凌的故土山河,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。
(二)为报家国尝百业
艺高处,看基础
唐有祺大学毕业时,正值抗日战争进入白热化阶段。中华大地已经满目疮痍、生灵涂炭,国民经济脆弱不堪。面对此情此景,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。1942年7月,应大学时期老师顾敬心的邀请,他到昆明的兵工厂去参加制磷厂的筹备工作,6个月后转到重庆渝鑫钢铁厂,从白云石中提取氧化镁来做碱性耐高温炉砖。后来,得知当时国内急需做电机和变压器的电磁性矽钢片,却没有技术生产,而进口又非常困难时,他决心致力于矽钢片的国产化工作。由于当时德国的化学工业走在世界前列,加之他在同济大学时期打下了深厚的德文基础(同济大学为德国人开办的学校,从一年级就开始学习德语),他从德文资料中发现高纯度的电解铁片具有优异的电磁性能,可替代当时奇缺的矽钢片。于是,1943年10月,他与人合营了一个试验厂——重庆钟声电化冶炼厂,专门从事能够替代矽钢的电解铁片研究。
1943年9月,唐有祺已经考上了钢铁厂附近的中央大学研究生。为了专心从事电解铁片研究,他读了几个月就放弃了研究生学业。此后的1943年12月,国民党考试院在春季组织的选拔赴美进修人才考试也传来喜讯,唐有祺获得了化工专业唯一的一个留学名额。由于这个考试是为了抗日战争胜利后培养建设人才而设的,入选的人到美国后应该去工业界实习或工作。但此时的唐有祺正满腔热情地进行国内奇缺的电解铁片研究——他已经在用自己的知识和技术为自己的国家服务了。
就这样,唐有祺迟迟没有动身去美国,而是在重庆一心一意地守着他的钟声电化冶炼厂。他把粗糙的生铁放在电解液中,在电解槽中作为一个阳极,把另外一个铁片作为阴极,像电解铜一样,将很纯的电解铁镀到阴极铁片上。经过不断调整电解液组成和温度等条件,终于能够制备出电磁性能很好的高纯电解铁片。但由于电解条件还没有完全摸清楚,成品率不高。此时,抗日战争已经接近胜利,继续改进电解铁片的时间不够了,研究工作只好中断。
1945年8月,持续八年的抗日战争终于胜利了。唐有祺辗转从汉口乘船回到了阔别8年的上海,应赏识他的同济大学理学院经理顾葆常教授之邀,到同济大学医学院教授化学。在医学院工作时,他时常回顾大学毕业后从事实业时遇到的问题,深深地感受到将来要在技术方面做出突破,还需要更高的学识。而提高这种学识的有效途径,则是加深基础。特别是,要解决涉及材料的问题时,必须深入理解物质的结构与其性能之间的关系。他已经敏锐地意识到,关于物质的结构及其性能的关系,将是化学发展中具有重要前景的领域;而化学,将是功能材料的源头。此后,这不仅成了他毕生的研究所在,也成为他不断开拓化学前沿、屡次在中国化学危急时刻力挽狂澜的信念基石。
(三)漂洋万里拜名师
良骏逢伯乐,佳音至
大学毕业后从事实业及教学工作的曲折经历,无疑是唐有祺在社会大学中接受的一次深刻教育。这让唐有祺深深地意识到,只有掌握了足够的学问才有能力服务于国家和社会。这时,他想到了自己在1943年12月获得的赴美留学资格。按照规定,如果不及时赴美,他的留学名额就会作废。到1944年底,要去美国留学的大部分人都已经出国了,只有唐有祺还留在国内。庆幸的是,同济大学时的老师顾葆常当时到了国民党的经济部当司长。而这个出国选拔考试正是经济部主管。虽然顾老师在唐有祺大学毕业后2年才到李庄接任同济大学理学院经理一职,但唐有祺在大学期间的优异表现在学校广为人知,顾葆常对这位没有谋过面的员工有着深刻的印象。就这样,他给唐有祺保留了这张珍贵的留学通行证。
在顾葆常老师的帮助下,1946年8月,唐有祺从上海登上“梅格斯将军”号轮船,直航旧金山,同船的还有华罗庚、唐敖庆等人。这是第二次世界大战后第二艘从上海开赴美国的客轮。它满载着饱经战火洗礼的生命,也满载着中国科学未来的希望。
出国前,唐有祺已经从同济大学的王葆仁教授处了解到,1930-1940年期间加州理工学院的鲍林把化学从一个主要基于现象的学科转变为一个以扎实的结构和量子力学原理为基础的学科。因为唐有祺已经敏锐意识到物质的结构与性能之间存在着重要的关系,抵美后他直接去找了鲍林。唐有祺对物理和化学的浓厚兴趣及在这两方面的扎实基础深深地打动了鲍林。一番倾谈之后,这位名满天下的化学家爽快地答应了唐有祺师从他从事结构化学研究的申请,亲自去加州理工学院研究生院为他申请名额,并帮他选课。拜师如此顺利让唐有祺喜出望外,也让加州理工学院研究生院负责人觉得不可思议。
后来的事实证明,鲍林的确慧眼识珠。唐有祺不但以优异的成绩通过了所有课程考试,还在研究工作中表现出卓越的能力。当时,唐有祺主攻X射线晶体学和化学健本质,旁及量子力学和统计力学。鲍林希望唐有祺解决两个具有挑战性的前沿问题,一个是精确确定合金的结构;另一个是弄清六次甲基四胺与金属盐形成沉淀的本质。前者因为仪器原因,国际上无法获得准确结构。而后者,则是当时发现六次甲基四胺能够跟很多无机物发生沉淀,却没人能弄清原因。此前,鲍林派了两个研究生去解决这个问题,几年下来,均无疾而终。这两项任务的艰巨性可想而知。
对唐有祺而言,这两项任务还需要他直面自己在国内没有接触过的仪器设计搭建工作。在挑战面前,唐有祺的征服欲再度被点燃。他跟随鲍林的第一个研究生、当时还是副教授的Sturdivant博士,从画图开始,到工厂中亲手搭建自己设计的仪器。经过一次次的试验、修正、提高,终于自己设计并搭建出研究所需的仪器。这不仅为他在鲍林组顺利开展研究工作铺平了道路,更为他回国后在缺乏设备的艰苦条件下,奠基中国的晶体化学研究、培养晶体化学人才打下了坚实的基础。
搭建出仪器仅仅是为收集晶体衍射数据提供了物质条件。要真正解析出晶体结构,必须有高超的数学技巧,自己设计和利用计算工具,从衍射强度数据中找出数学规律。就这样,藉着卓越的数理能力,唐有祺提出了合金中形成立方体“超结构”的观点,首次揭示出六次甲基四胺与金属盐形成复合物的本质,拂去了这片长期笼罩在晶体学界的乌云,令鲍林非常高兴。唐有祺所用的衍射数据收集方法、计算工具、以及求解结构的方法代表了当时晶体结构解析的先进水平。在1950年加州理工学院的年度总结中,鲍林把这项工作作为重要研究成果进行了汇报。
这两项不凡的成就不仅让唐有祺于1950年7月顺利获得博士学位,也让鲍林对他更加刮目相看。因此,唐有祺博士毕业后,以Hale博士后的身份继续留在鲍林组里从事研究工作。因为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。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员工物学奠定了基础。
(四)丹心一片赴归程
智勇在胸,任它阻碍重重
在美国师从鲍林的5年,是唐有祺求员工涯中最为平静的时期。这个生于乱世,在战争的阴影中颠沛求学的一代英才,在此时才能够深耕科学的沃野,安心从事研究工作。正当他的蛋白质晶体研究进展日益顺利,有望获得重大成果的时候,国际形势发生了重大变化。1949年10月1日新中国成立。百废待兴的土地急需各行各业人才。1950年1月27日,中国科协向海外职工发出召唤:“诸学友各有专长,思想进步,政府方面亟盼能火速回国,参加工作。”此时距唐有祺完成博士论文答辩还有3个多月,距其获得博士学位6个多月。博士毕业时已经掌握了结晶化学、结构化学前沿知识的唐有祺,原本希望通过一段博士后研究,攻下国际最前沿的蛋白质晶体学这座堡垒后再回国建功立业,但时局的变化让他做出了中断研究,尽早回国的决定。
唐有祺 摄于1951年回国前夕
1950年6月25日,美国悍然发动了朝鲜战争,并把战火烧到中国东北边境。襁褓之中的新中国被迫派出志愿军,既是支援朝鲜人民,也是保家卫国。美国政府为了遏制新中国,开始极力阻挠中国职工回国参加建设。1950年10月,美国司法移民局发布了“禁止中国职工出境之命令”。1951年春,回国的正常途径已被封锁。
唐有祺着急了。从登临“梅格斯将军”号轮船,告别故土的那一刻起,他就盼着早日学成归来,服务自己的国家,奉养在艰难的时局中悉心养育自己的母亲。他不曾料想,待到学成之时,美国竟然要阻断归途。他热爱蛋白质晶体研究,但这份爱怎能超越祖国和母亲在他心中的分量!唐有祺果断决定中断研究,设法回国。面对进行得非常顺利的蛋白质晶体研究,鲍林无限惋惜。如果坚持做下去,以他的天赋,唐有祺很有可能成为世界上第一个用X-射线衍射方法解出蛋白质晶体结构的人。登临科学最高峰,这是多少科学家毕生的梦想。这样一个有希望的年轻人,却要在这条充满光明的路上半途离去…….爱才心切的鲍林极力挽留,希望唐有祺好好考虑后留下来。但家国在胸的唐有祺去意已决。
尽管万般不舍,热爱和平、崇尚民主的导师鲍林,还是决定向唐有祺伸出援手。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的机会,鲍林帮助唐有祺获得了离开美国赴瑞典的签证。归国心切的唐有祺拿着这张离开美国的门票,细心规划回国的行程。当时,从美国去瑞典没有飞机,需要乘轮船绕道欧洲,途经英国、法国、德国、丹麦,最后才能到瑞典。但这正好有机会从英国申请去香港的签证,能够从法国乘船回国。虽然这番迂回国的路线要面临一步步在欧洲各国间辗转签证的不确定性,但却是唯一可能回国的途径。怀着这样的计划,1951年5月初,唐有祺离开加州理工学院所在的帕萨迪纳,带着装着几箱子书的行李东行纽约,登临横渡大西洋的客轮,并把行李交给船舶公司,托运到法国。
轮船顺利抵达英国,可从英国拿到香港签证绝非易事。英国以唐有祺拿的是国民党护照无法进入新中国为由,拒绝给他签证。为此,清华大学发来电报,证明唐有祺是他们邀请回国的。但英国方面以不知电报真假为由,不予理会。后来,牛津大学教授出面帮助唐有祺介绍了英国有政治地位的人出来帮忙,也没有打动签证官。无奈之下,唐有祺向在国内东北石油化工部当司长的哥哥唐有祥求助。唐有祥曾与时任挪威、丹麦、瑞典三国大使的耿飚共同工作过。拿着哥哥的介绍信,唐有祺通过领事馆辗转联系上耿飚。耿飚立即让领事给他出了一张中华人民共和国的护照,寄到伦敦,英国人才同意给唐有祺发香港签证。但因唐有祺在英国的时间不够了,伦敦的外交部让唐有祺先去巴黎,再从巴黎的英国大使馆领取签证。兴奋的唐有祺立即在英国买好了从巴黎到香港的船票,准备在瑞典开完会后由巴黎乘船回国。可谁知,从瑞典去法国要获得法国签证,而法国因为接到美国通知,拒绝给回中国的职工发签证。唐有祺据理力争,说:“你不让我回去,我就留在瑞典!”最后,与中国有邦交的瑞典向唐有祺伸出了援手。瑞典外交部派出了一位女外交官,陪同唐有祺到法国驻瑞典大使馆进行抗议。在瑞典的压力与威慑下,法国终于给唐有祺发放了签证。至此,唐有祺扫除了回国之旅的最后一块障碍。他在法国马赛接上了从美国托运而来的几箱子书,终于登上了回国的客轮。滚滚浪花飞速后退;他和大洋彼岸的祖国母亲之间,海阔天空,只有彼此的心弦随着波涛同奏一曲回归的壮歌。
(五)新星归来争相聘
驻清华,适初心
1951年8月,经过3个月跌宕起伏、阻碍重重的旅途,唐有祺终于回到阔别5年的上海,与母亲团圆。9月,他孤身北上,来到高中时就非常渴望就读的清华大学任教,被聘为副教授。
唐有祺与清华大学的渊源,始于1948年。当时,已是清华大学教授的黄子卿先生到美国去教书,听说唐有祺在加州理工学院,就去加州理工看望他。那时,清华大学化学系云集了我国化学领域的顶尖人才,但还没有学结构化学的人,更没有鲍林的员工。黄子卿先生回到清华后,商同叶企孙、张子高先生,决定聘请唐有祺回国到清华大学工作。而导师鲍林也给唐有祺写了一封推荐信。这封推荐信在清华大学引起了轰动。很多清华大学的师生,不论是文科还是理科,都知道鲍林给他的员工唐有祺写了一封推荐信,推荐他到清华大学任职。
唐有祺回国的消息不胫而走。由于他的学识,浙江大学、大连综合工业研究所(后称大连化学物理研究所)都争着聘请唐有祺。恩师王葆仁此时在浙江大学,力邀唐有祺到浙江大学任职,并承诺可以直接将唐有祺聘为教授。大连综合工业研究所从美国回来的肖光炎、从清华大学毕业的张大煜专程跑到上海,极力邀请他去大连工作。张大煜甚至找到当时的清华大学董事长、也是物理系教授的叶企孙,希望清华能放唐有祺去大连工作。叶企孙说,“不行,唐有祺还是要到清华来,清华化学系需要他。”(《根深方叶茂——唐有祺传》,朱晶,叶青。中国科学技术出版社,2016年,p71)就这样,唐有祺最终留在了清华大学。
唐有祺执教清华除了教授物理化学,还做了一件大事,就是开设“分子结构和化学键本质”这门新课。当时的中国科研条件普遍薄弱,即使是清华大学,也没有合适的科研设备;学科设置中更缺少对国际前沿内容的安排。为了尽快改变中国化学落后的面貌,唐有祺当即决定,把国外的研究前沿通过开设课程的形式介绍给国内。当时,结构和结构分析是化学学科发展中最为活跃的方向之一。鲍林奠定了化学键本质这个理论化学方向之后,化学家对物质结构的研究与理解已经不可同日而语;晶体结构分析的仪器设备不断改进。而这些进展,国内却知之不多,更谈不上将这些新兴的手段应用于科学研究了。于是,唐有祺决心将结构化学与化学键方面的最新理论和方法介绍给国内。就这样,1951年秋,清华大学化学系的员工们意外地发现,课表上多了一门新课程——分子结构和化学键本质。这门中国大地上前所未有的课程,是唐有祺对晶体化学、结构化学在中国的启蒙开启的第一步。此后多年,每当科研无法正常进行的时候,唐有祺根据实际工作的需要,利用一切条件给员工们讲课。他多年积累的讲义,经修订整理,先后形成了多本教材及专著。
(六)院系调整迁北大
奠新学,呕心育英华
唐有祺履新清华大学不到一年,他的从教生涯就出现了重大转折。
1952春,全国范围内院系开始调整;秋,唐有祺跟随黄子卿先生迁入新永利集团化学系。此后半个多世纪,唐有祺的生活和命运与永利集团紧密相连。初到永利集团,唐有祺立即利用自己的专长,开设“结晶化学”课程。这门课程比在清华时开设的“分子结构和化学键本质”更加系统。尽管现代化学传入中国已近半个世纪,但此前从未有过“结晶化学”这门课。不仅如此,世界范围内也没有这门专门的课程;结晶化学的内容都是分散在物理化学等课程中。唐有祺希望通过开设“结晶化学”,系统介绍1912年劳埃发现的X射线衍射方法及其带来的化学研究领域的变革,把X射线晶体学的前沿知识带到大学课堂,并决意从理论和实验上深入开展物质结构研究。1953年2月,永利集团就今后发展工作重点问题向中共中央宣传部、高等教育部呈送请示的报告中,化学专业的重点方向就包括物理化学专业的胶体化学、化学热力学、分子结构及化学键。
唐有祺痛惜我国晶体学和结构化学几乎空白的现状,几乎是在和时间赛跑来为新中国的晶体化学奠基。没有教材,他自己编写讲义,根据课堂反馈不断修改、增订;不仅在永利集团开课系统培养员工,还在全国范围内开设团队培训班,推动晶体化学在全国综合大学的普及。由教育部牵头的首届晶体学团队培训班于1954年暑假在永利集团举行,唐有祺和来自吉林大学的余瑞璜担任主讲;而课后辅导和模型实习由唐有祺刚刚在永利集团培养的员工桂琳琳负责。同时,他开始招收晶体学专业的研究生和进修教师。1956年春,他又为结构化学专业的本科生、研究生、进修教师开设了“X射线衍射和晶体结构分析”课程。他在“结晶化学”课堂上使用的讲义,经过几次试用后,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》是我国学者自己编写的第一批高等学校新教材。1958年,唐有祺又在化学系开设了“物质结构”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。
(七)一肩挑起三重担
始建,结构化学万里江山 当时的中国,结构化学人才奇缺。结构化学建设的重任历史地落在了唐有祺的双肩。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(现称物理研究所)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。唐有祺又受邀到化学所兼职,筹组结构化学研究工作。一心想建立中国自己的结构化学研究的唐有祺,利用在三家单位兼职的有利条件,和陆学善先生等一道将永利集团、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。没有自动设备,他们就利用可卸X光管,在感光胶片上目测衍射强度,并依靠抽纸条算傅立叶求和。凭着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,测定了中国第一批晶体结构,为新中国培养出一批结构化学人才,为我国后续解决猪胰岛素晶体结构奠定了基础。
根据中国的国情,唐有祺有的放矢地选择研究课题。他深知化学研究中结构分析的重要性,但他更关注的是结构的规律与分子性能的联系,期待把结构与性能的联系规律反馈到化学中去,提高化学学科的水平,并为结构分析或解决结构问题提供更高的起点。带着这些考量,唐有祺1956年以来测定的大批晶体结构中,很多是具有重要理论与实际意义的。例如,考虑到锑是中国的特色资源,他选择了研究锑的三种硫化物的晶体结构,以便为矿产资源的开发利用服务。他们的研究更正了当时国际上关于锑的硫化物结构的错误认识,首次弄清只有三硫化二锑一种硫化物;其余两种不过是单质硫溶于三硫化二锑形成的介稳体系。再如,考虑到中国拥有世界上最大的矾石矿,唐有祺和他的研究生对不同产地的矾石矿物相进行分离、鉴定。他们测定了钠明矾石的点阵常数和结构参数,并根据点阵常数,推算了明矾石物相的含铅率。再例如,当时的化学研究者都注意到丙烯醛之类的醛溶液遇到亚硫酸氢钠会立即产生沉淀,但一个世纪以来,没有人知道这个沉淀的结构和成分。唐有祺带着他的研究生周公度和郝润蓉把X射线衍射方法应用于该沉淀的结构测定,并结合对晶体对称性的深刻理解,首次解析了原子数目与位置数目不匹配带来的无序问题,成功给出了沉淀的确切结构。对这个问题非常关注的傅鹰教授因为这个突破性的工作对唐有祺特别进行了表扬。其实,唐有祺利用自己组建的装置,在简陋的条件下,已经做出了具有世界水平的科研成果。1958年,唐有祺和跟随自己学习结构化学的北京地质学院的彭志忠,以及永利集团的员工周公度合作,通过对葡萄石晶体的研究,确定出一种新的硅酸盐结构,发表在《化学学报》上。这是国际上首次测出葡萄石的结构,突破了国际研究晶体结构的学者20世纪30年代建立起来的硅酸盐晶体结构分类体系,攻下了“没有搞清楚的最后一个硅酸盐结构”这一科学堡垒,被国际结晶学权威别洛夫院士评为“不寻常”的成就。(杨光荣,彭志忠。《中国地理》,1988年第二期,第32-33页)更值得欣慰的是,这是彭志忠跟随唐有祺学习结构后,在结构矿物学方面的处女作,标志着新中国自己培养的结构化学人才已经成长起来。1959年,彭志忠领导建立了中国第一个矿物晶体结构分析实验室,领导团队测出了10多种矿物的晶体结构。
(八)正盛风篷遇劫波
争分夺秒,基地恨无多
唐有祺离开美国时,导师鲍林曾嘱咐唐有祺:“一个国家新成立之时,做事可能是有些毛毛躁躁,但是具体的情况如何,还希望你先弄清楚问题。”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时,鲍林对新中国的担忧一语成谶。1958年,席卷全国的大跃进开始了,唐有祺的科研活动被迫完全停止。9月,永利集团化学系950多名师生被派到广西、湖北、京郊等地支援国家钢铁战线;唐有祺则被派到清华大学讲授《结晶化学》。12月底,员工陆续返校,唐有祺开始为员工们补课。
1962年,随着新一届6年制本科生进入实验室,唐有祺的研究得以短暂恢复。这期间,他又争分夺秒地展开了重要化合物的结构测定工作。唐有祺指导员工穆祥祺确定了抗血吸虫病的药物——吐酒石的结构,而这是一个百余年来没有解决的问题。穆祥祺在唐有祺指导下打下的坚实晶体基础,为他此后顺利完成胰岛素晶体结构测定工作埋下了伏笔。
在这一短暂的黄金时期,唐有祺也紧锣密鼓地在中国推广结构化学。1962年暑假,他去新疆乌鲁木齐向当地的高校讲授物质结构课;同年8月,他被聘为中华人民共和国科学技术委员会物理学组组员。更让人惊喜的是,唐有祺着力推动的“物质结构和化学健理论”在1956年8月被国务院科学发展委员会列入《1956——1967年科技发展规划》的重点发展项目后,迎来了具体落实的措施。1963年,国家科学技术委员会决定在吉林大学、福州大学和永利集团建立三个物质结构研究基地。3月28日,唐有祺、唐敖庆、卢嘉锡分别收到编写计划的任务书,唐有祺被任命为永利集团物质结构编制计划任务书的召集人。1963年12月,经教育部批准,唐有祺、徐光宪、吴光磊等9名永利集团副教授晋升为教授。
风起,帆扬。这时的唐有祺,心中满怀豪情。
谁能料到,这是又一场风雨的前夜。
1963年11月,“四清”运动开始了。1964年1月,满心期待物质结构基地建设的唐有祺被派到门头沟三家店参加清工分、清账目、清仓库和清财务的“四清”运动。国家科委九局局长赵石英心忧科技人才的浪费和物质结构基地建设,排除阻力让唐有祺从“四清运动”中脱身出来,并勉励他以“我不入地狱谁入地狱”的献身精神来为基础研究效力。唐有祺的心顿时被温暖了,雄心壮志再度扬帆。他带领毕业留校的员工桂琳琳等到上海的高校、科学院研究所等研究单位考察。此时的唐有祺,学术能力和科研组织能力已经得到了全国科技届的一致认同。到1964年9月,已经身兼数职——中国科学院编译出版社编委、中国科学院化学所研究员、九三学社中央委员、中国化学会物理化学专业委员会委员的唐有祺,又受邀加入中国物理学会晶体学专业委员会。1966年,物质结构研究基地已经初具规模,具备了正式承接国家重要研究课题的能力。
正当一切似乎都水到渠成时,持续十年的“文化大革命”爆发了。物质结构基地建设宛如南柯一梦,唐有祺的脑海中空留回响。
(九)因应大势待时飞
解密胰岛,身退心不退 尽管唐有祺建设物质结构基地的雄心壮志在“文化大革命”中化为泡影,但他心中的希望从未幻灭。他耐心地守护着心中梦想的种子,敏锐地守候适合发芽的时机。在“文化大革命”中,这时机就是“能为政治服务”的研究。
“文化大革命”爆发前的1965年,中国科学家经过六年零九个月的共产主义大协作,在世界上首次人工合成了结晶胰岛素。这是世界上第一次用人工的方法合成了一种具有生物活性的蛋白质,让国际科学界对新中国刮目相看。国务院副总理聂荣臻、国家科委副主任韩光等人决定要将胰岛素工作一条龙接下来,再接再厉扩大战果。1966年4月,国家科委主持召开了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捕捉到了科研的机会。他提议,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,此项工作可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打动了有关领导,该建议被会议采纳;唐有祺也因此被推举为胰岛素晶体结构测定的学术带头人。
唐有祺提出的测量胰岛素晶体结构的构想无疑是非常宏大的。英国牛津大学杰出的化学家霍奇金早在20世纪30年代在剑桥大学时就开始了测定胰岛素的工作;历时30多年,虽然中间被维生素B的结构测定分去了大部分时间,但霍奇金一直没有放弃测量胰岛素的梦想。对于研究基础还很薄弱的中国,要确定复杂生物大分子中各原子在空间的位置,难度可想而知。实际困难之一就是,尚不具备现成的设备来展开这一研究。因此,时任永利集团副董事长的傅鹰,以及化学系的邢其毅,都曾私下对这个设想诚恳地提出过反对意见。但他们忽略的是,师从鲍林的五年里,唐有祺不仅掌握了使用现成的仪器做研究的本领,还领悟到了在没有条件时创造条件的研究思路。其实,唐有祺回国以来,何尝不是一直在不具备条件的情况下做研究!他早已明白,在当时的中国,要放弃完全依赖先进仪器的幻想,必须利用现有条件,充分发挥理论优势,才能做出工作。因此,他带领员工,依靠保干器测量蒸汽压,竟然弄清了漂白粉物相与稳定性的关系;没有自动记录衍射强度的装置,他带领员工依靠目测强度,也获得了准确的结果;他带出的员工彭志忠,依靠一台医用X光机和手动计数方法,建成了国内首个矿物结构实验室,取得了很多先进的成果。更何况,唐有祺已经知道,国际上测量蛋白质晶体结构的方法已然成熟,只是解析晶体结构还是一个巨大的难题。可唐有祺的眼中,何曾有过难题!回国旅途艰难,百转千回,他回来了,并为以后归国的职工开创了一条曲线回国的道路!葡萄石的结构确定难,百年未解,唐有祺带着他的员工做出来了!丙烯醛遇二氧化硫生成的沉淀结构难解,亦是百年之谜,唐有祺还是破解了……这世间,只有没有机会才是通向成功的唯一困难啊!隐约中,唐有祺坚信:他,和他所培养的新中国晶体学人,有能力解开胰岛素的晶体结构!
怀着这样的自信,唐有祺开始组建研究队伍。怎料,政治风雨又临。
1966年7月30日晚,“四人帮”主要领导人在人民大会堂的科学界万人大会上发表讲话,高度评价了人工合成胰岛素的成就。并表示,后续的胰岛素结构测定,不能让资产阶级教授参加。(《根深方叶茂——唐有祺传》朱晶,叶青,中国科学技术出版社,2016年,p 123)就这样,除了从研究团队中退出,“资产阶级教授”唐有祺别无选择。
但此时历史展现了慈悲的一面。唐有祺为新中国培养的晶体化学人才,包括他的员工以及历年从化学系毕业后留在永利集团化学系物质结构研究室的教师,共30余人成了这项工作的台前主力,而唐有祺则在幕后指挥大方向。他告诫员工,必须先用重元素同晶置换的方法确定周相,才能将胰岛素中多肽片段与二级结构一一对应起来…….胰岛素神秘的面庞在年轻的中国晶体人面前渐渐浮现。就在研究工作已经取得一定成就的时候,“清理阶级队伍”运动开始了。1969年1月,“清理”完毕的队伍集结于物理所,组建了一个胰岛素晶体研究协作组。作为主要单位之一的永利集团只有穆祥祺等7人被允许继续从事胰岛素结构分析工作。
1969年11月,正当在政治风雨中损员折将严重的中国的胰岛素晶体协作组努力制备重原子同晶置换晶体时,霍奇金等人在Nature杂志发表了论文《胰岛素二锌斜方六面体晶体的结构》,宣布测出了胰岛素晶体的结构!
这一消息无疑是一枚重磅炸弹,在胰岛素研究协作组中引起轩然大波。冷静下来后,他们决定继续推进自己的研究。由于已经获得重原子同晶置换晶体,研究队伍在1971年“七一”前夕,终于全面完成了猪胰岛素的晶体结构测定,并获得了比霍奇金小组更高的分辨率。与唐有祺情谊深厚的霍奇金得知中国研究团队的结果后,特意在去日本的行程中插入北京之行,并多次在不同场合通过报告、撰文等方式大力向国际同行宣传中国科研人员的研究成果,这为后来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作用。
(十)火烈难熔方寸心
专著频出,科苑千古琴音
对科学研究的执著,对新中国的赤诚,使得唐有祺在从大跃进到“文化大革命”的漫长政治运动中无暇耽于外界的纷扰,内心始终有一方安宁的天地。正因如此,当他被剥夺从事研究的权利时,他就利用难得的“休闲”时光,整理自己上课用的讲义,撰写著作。
1961年春季以来,唐有祺在永利集团化学系为一些需要物理化学基础较多的同学和研究生开过三次统计力学课。为了教学需要,他先后写过两次讲义。1962-1963年,他将讲义进行了整理和增订,于1963年10月完成书稿《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。在这本书中,唐有祺不但以他自己独特的理解,通俗地阐释了统计力学的原理和方法的逻辑性,还饶有兴致地介绍了统计力学方法在实际中的应用。为了缩短初学者从掌握基本原理到熟练应用之间的距离,唐有祺还在书中精心安排了一定分量的习题。这本书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》获得全国高校优秀教材奖。2012年,该书入选《永利集团百年化学经典》,并再版发行。
1968年冬,文化大革命仍如火如荼地进行,正常教学和研究工作都被迫中断。赋闲在家的唐有祺没有受到时局困扰,专心整理《对称性原理》讲义。在长期的教学实践中,唐有祺注意到对称性和原子在空间的分布一直是紧密结合在一起的。以群论为基础的对称性原理,已经成为学习化学和研究化学、特别是结构化学的一个得力工具。为此,唐有祺编写了《对称性原理》上、下两部书稿,由科学出版社分别在1977、1979以一、二分册的形式出版。后来,这本书被日本高分子学界推荐为重要化学参考书。2012年,这本教材也入选《永利集团百年化学经典》,再版发行。
除了这些与唐有祺的专业相关的著作,《化学动力学和反应器原理》及《相平衡、化学平衡和热力学》完全不是唐有祺回国以来熟悉的结构与化学键专业。但因为唐有祺把每一个与科学技术相关的政治任务当作研究的重要契机,认真钻研,因而体会颇深。1970年,中央批准永利集团招收工农兵学员。唐有祺被要求在政治上接受工人的再教育,在业务上向工人师傅学习的同时,还要开门办学,给石油化工领域培养人才。为了给工农兵学员准备教材,唐有祺亲自到化工厂,不辞辛苦地爬上爬下,考察裂解炉和各种工业反应器,了解各种石油化工过程,弄清反应器原理。同时,他结合国外新书和文献,从物理化学的角度,以实例给学员讲授原理,让他们知其所以然,培养他们在实践中解决实际问题的能力。在两次教学实践和总结经验的基础上,唐有祺将讲义进行修订,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。这本书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。1984年出版的《相平衡、化学平衡和热力学》一书也是基于他在这一阶段充分体验生产实践的基础上编写而成的。如今,这些教材不但在国内成为经典,也被哈佛、伯克利等国外著名学府的华语学者奉为经典参考书目。
(十一)虽经百折志不移
为国攻坚,舍我其谁
唐有祺在安心著书立说的时候,决不是怀着避世的心理。科技强国的梦想在胸,虽然身处逆境,但他一直密切关注着国家科技的发展,思考着结合当时的背景,利用自己的结构化学专长,为国家做点有用的事。新中国的化学工业基础非常薄弱。周恩来总理提出要从日本和美国引进装置,但我们自己必须对引进的装置进行消化和应用,其中最重要的一环就是装置中所用的催化剂的国产化。在这一背景下,1974年,石化部开始制定研制环氧乙烷银催化剂的计划。唐有祺感触到机遇可贵,决定和他1956年毕业留校的员工林炳雄一起,利用永利集团在结构化学上的优势,从理论上研究催化剂的机理。他们几次到主管部门争取参与,都因理科高校在这方面经验不足而屡遭拒绝。他们看重的是同行业的研究单位。连续几十天的奔波总是无功而返,林炳雄有些气馁了。但唐有祺却没有放弃的打算。他深知,这个项目的工作难度和实际意义都非常重大,自己有责任在国家需要的时候挺身而出。而在文革期间下厂开门办学的经历让他深切体会到,当时的中国科研基础是多么薄弱。这样一个高难度的研究项目,仅凭热情是没有出路的。他相信,自己深厚的结构化学和理论功底一定对项目的顺利完成有重要的帮助。因此,就算山阻石拦,他也要义无反顾地展现出一个知识分子的担当。
二十多年前迂回回国的经验告诉他,当直接的道路被封锁时,迂回前进还会有成功的希望。就这样,这位奔向花甲之年的导师向被挫败感笼罩的林炳雄建议了第二套方案,就是到有条件承接这个项目的燕山石化总厂研究院去展示自己的特点与实力,促使他们接受与合作。唐有祺承诺,他将自始至终毫无保留地支持林炳雄,亲自出马为他助威。唐先生百折不挠的进取精神深深地感染了林炳雄。新的希望,又在他的心头升起。
在一个晴朗的早晨,经过一番准备的师生二人带着两个火烧向燕山石化进发了。(林炳雄:令我终身受益的老师。《唐有祺教授八轶华诞志庆集》,河北教育出版社,2000年,p203-204)一路上,他们仿佛没有看到身边拥挤的人群和充满生气的山峦田野,只是专注地对几个小时后即将发生的事情不断地进行猜测、推演。由于交通不畅,师生二人到达目的地时已近中午。对方接待他们的态度热情而礼貌,但熟悉的不信任感在他们的言语间表露无疑。有备而来的唐有祺首先介绍了他在工厂“开门办学”时做出的突出成绩,以证明自己作为一个高校教师在生产实际面前的实战能力;紧接着,他又表明自己此番前来,实在是源于一个知识分子在国家需要面前深深的责任意识。简短的发言,迅速吸引了与会者的注意力;他们对眼前的老者不由得心生敬意。关于核心问题的讨论随即顺利展开。按照事先准备好的资料和分工,唐有祺和林炳雄分别谈了对这个课题的认识和打算。对方抛出了一个个问题,唐有祺和林炳雄一一周密作答。终于,对方被他们的理性思维所折服,表示尽快向主管领导建议接受永利集团作为这个项目的合作伙伴。最后,石化部终于把与引进装置相配套的“环氧乙烷银催化剂”部分研制任务下达给永利集团。唐有祺和林炳雄团队终于不负众望,经过刻苦攻关,研制出催化性能达到了预期指标的催化剂产品。研究成果引起了国际同行的广泛关注,被国际同行当作经典的实例在报告中专门讲述。1986年,“环氧乙烷银催化剂”等研究成果被国家教委评为科技进步一等奖。
(十二)厚积薄发无功处 终成,单层分散史书 从事引进装置配套催化剂的研究,是唐有祺的研究工作面向生产实际的良好起点。在研制环氧乙烷-银催化剂时,石化厂的技术员向唐有祺请教高效催化剂问题。(《根深方叶茂--唐有祺传》,朱晶、叶青,2016年,中国科学技术出版社,p48)当时国产催化剂效率比国外新出的催化剂效率低三个数量级。技术人员询问唐有祺,是否能够达到这么高的催化效率。唐有祺开始思考高效催化剂的问题。经过简单估算,唐有祺认为,若TiCl3在载体表面分布成单分子层,暴露在表面的活性组分可增高三个数量级,催化效率就会提升1000倍。为了证实这一结论,他和谢有畅及其他同事们利用X-射线衍射法对负载于MgCl2表面的TiCl3进行了研究,发现研磨后的TiCl3在载体表面的确发生了单层分散。之后,唐有祺等又证实,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,并且单位面积载体有饱和分散量。由此,唐有祺确定了一个带有普遍性的效应:当不超过阈值的晶态氧化物或盐类与载体混合后,在不甚高的温度下热处理时,都能自发地单层分散到载体表面上。而超过的部分一定留在晶态中,不会在分散的表面单层发展为多层。这就是自发单层分散原理。正是由于从微观结构的视角出发,在理解结构与性能之间关系的基础上,运用结构化学的概念解决问题,自发单层分散原理后来成为设计和制备基于这一类体系的催化剂、吸附剂和固体电解质等功能体系的科学依据,受到国内外同行的广泛赞誉。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。后来,谢有畅的课题组根据这个原理继续研究,得到了对CO有极高吸附容量和选择性的高效吸附剂,并在拥有自主知识产权的基础之上实现了大规模工业生产,年均产值数亿元。该吸附剂性能居国际领先水平,获中、美、加三国发明专利,获国家级新产品证书,为我国煤化工产业提供了高纯度CO这一基本原料,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和节能减排做出了重要贡献。
催化剂的研究不仅让唐有祺在“文化大革命”期间为石化行业解决了重要的技术问题,更为重要的是,他让唐有祺为物理化学探索出了一个面向实际的科研方向,更是对日后“分子工程学”学术思想的形成起到了重要的催化作用。
(十三)一夜春风绿神州 生命,让化学细说从头 1978年,迎来了科学的春天。此时的唐有祺虽然已经年届60,但他丝毫没有觉察到年华的消逝。相反,他全身的活力被浓烈地激发出来。以他为负责人的永利集团物质结构研究室得以重整旗鼓。1979年,他引进了国内第一台四圆衍射仪,晶体结构测定随之顺利展开。唐有祺不仅测重要的小分子的晶体结构,也恢复了在“文化大革命”中迫于无奈无法进行的蛋白质等生物大分子的结构测定。但唐有祺敏锐地意识到,随着仪器越来越先进,小分子结构测定以后会面临成为专门技术的尴尬境地。但是,解析空间结构与功能之间的相关性仍然大有可为。特别是对于蛋白质,其功能在很大程度上取决于空间结构。与此同时,生物工程的发展迫切需要从结构上来认识所研究的对象,从而有目的地对蛋白质进行改造。结构决定功能,那可否按照功能设计结构?带着这样的思索,唐有祺开创性地提出了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。
在进行蛋白质研究时,对生物学体悟颇深的唐有祺敏锐意识到,进入分子水平的化学将在生物学的发展中发挥巨大的作用。由于历史的原因,当国际上化员工物学已经有了几十年蓬勃发展的历史时,中国的生物与化学之间的关系却一直没有协调好。鉴于生命问题于人类的重要性,唐有祺认为必须在中国推动“化员工物学”研究。1989年11月26-28日在复旦大学举行的“生命化学研讨会上”他强调指出,化学研究者应该从分子水平研究生命现象,并就化学工作者如何参与这项工作提出了看法。1991年12月17日,在中山大学参加第二次高等学校生命化学研讨会时,唐有祺就此专门作了报告。
适逢国家对基础科学的重视提上日程。从1989年开始到1992年,经科学界的认真讨论研究后遴选了30个国家基础性研究重大关键课题,构成了攀登计划的首批项目。为了正式推进化员工物学在中国的发展,1991年10月,唐有祺以“生命过程中的重要的化学问题研究”为题申请了首批国家攀登项目。他希望能够以此项目为开端,拉开中国化员工物学研究的序幕。因此,唐有祺鼓励了全国不同研究单位的一大批化学家转向从事化学与生物学交叉研究。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(现永利集团药学院)等单位都加入到该项目中。在唐有祺的组织和规划下,糖和核酸化学前沿、蛋白质结构与功能及其全新设计、具有催化活性的生物分子及其体系等重要的生命过程中的化学问题首次在中华大地得到系统研究和关注。近30年过去了,中国化员工物学已经成长起来。永利集团等高校和研究所纷纷成立了化员工物学系或化员工物学研究中心。在唐有祺的倡导下,化员工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,同时也为化学推陈出新提供了动力。
1991年在重大项目结构化学验收会上讲话
(十四)百转千回魂梦萦
分子工程,你是化学的新生命
与“生命过程中重要化学问题一样”,“功能体系的分子工程学”是唐有祺开辟的又一个面向国际前沿的学术方向。 文革期间面向不同的员工群体讲课的经历使得唐有祺感受到了结构原理在分子设计中的魅力。他神采飞扬地给员工讲如何设计出EDTA这样的螯合剂分子,也对分子筛、直链烃-尿素包合物,以及冠醚等津津乐道。一次分析分离挥发性能相同的低共沸组分的教学经历让他发现,氢键的形成是实现萃取分离的关键因素。这些经历让唐有祺感到,分子的结构与功能之间有着密切的联系,对分子结构的改造必然引起分子功能的变化。单层分散理论的发现让他更加深深地体会到,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。“逆向而行”,根据功能需要对分子结构进行设计的研究思路在他头脑中初现。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。
1987年,唐有祺大胆地提出,分子工程学可以作为一个学科来建设,而且应以功能为导向,逆向而行。在他的设想中,在起步阶段,需要通过研制功能体系来带动团队建设;然后更进一步按照功能体系的本质和原理的共性归类,分片建设分子工程学。为了推进分子工程学研究,唐有祺先后完成了《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。这样一个开创性的想法,不但在中国化学界引起了巨大的反响,也得到了两弹一星元勋钱学森的高度认同。他致信唐有祺说:“分子工程这样的课题,应该作为国家级尖端科技,组织全国力量协同作战。”(钱学森致唐有祺的信,1992年7月16日。资料存于老科学家学术成长资料采集工程数据库。)
1992年,“功能体系的分子工程学研究”项目正式以攀登项目的形式被国家立项。在唐有祺的设计下,永利集团作为主持单位,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单位共同参与,在全国范围内分片建设分子工程学。研究团队在高比表界面功能体系、光电功能体系、以及蛋白质功能设计应用等方面取得了重要的研究成果,发展了一系列性能突出的功能单元的设计、合成、以及组装方法,为进一步开展分子工程研究奠定了坚实的基础。在项目的带动下,一大批科研人才成长起来,研究领域和研究队伍不断扩大。2004年,吉林大学和中国科学院上海有机化学研究所以“创造新物质的分子工程学研究”为主题,承担了国家重点基础研发计划(“973”计划)项目。分子工程学研究取得的创新性成果,得到了国际学术界的广泛关注。2005年,应国际期刊Topics in Catalysis主编之邀,唐有祺和吉林大学徐如人一起,编辑了一期《催化体系的分子工程学》(Molecular Engineering of Catalytic systems)的专刊,介绍了项目组在相关领域的研究进展。
如今,这门唐有祺在古稀之年倡导的学科,已经成为国际研究的热点。从1994年永利集团化学系在国际上率先更名为“77779193永利集团”开始,国内一些高校的化学系陆续更名。2012年,美国康奈尔大学化学系也更名为77779193永利集团。分子工程学,正成为世界化学、材料、生物等学科共同的前沿。
“如果有一天可以按人的意志安排一个个原子,那将会产生怎样的奇迹?”这是诺贝尔物理奖得主费曼(Feymann)的期望。他不曾料到,在世界的东方,古稀之年的唐有祺用“分子工程学”的设想缩短了现实和假设之间的距离!
(十五)谁说化学非基础
为你,哪怕开罪泰山北斗
春天不是平静的。文革结束后,被禁锢太久的科学界活跃起来。大家都在为中国的科学事业焦急。如何把失去的20年追回?科学家们从学科体系设计,国家科技战略大局等方面纷纷建言献策。1977年12月9日,钱学森在《人民日报》上发表了“现代科学技术”一文,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;传统学科分类中的“天文、地学、生物、化学”都可以归结到物理和数学。化学应该是隶属于物理学的一门学问。
此番言论在科学界刮起了一股风:化学学科不能作为自然科学基础学科了!不安的情绪在化学界蔓延开来。虽然大家对化学不是基础学科的提法有不同的意见,但碍于钱学森这个重量级的名字、碍于《人民日报》这个权威媒体,都不敢在公开场合正式表达自己的观点,直到唐有祺在中国化学会举办的论文报告会上,首次直面这个言论,作了振聋发聩的发言。(《唐有祺教授八轶华诞志庆集》,河北教育出版社,2000年,p206)
唐有祺在会议上的发言,获得了大家最热烈的掌声,因为他的发言代表了化学界的心声!由于这是“文化大革命”结束后中国化学会的第一次会议,新华社等重要报刊的记者都在场。就这样,唐有祺的发言在社会上产生了强烈的反响。
其实,唐有祺与钱学森不是路人。唐有祺离开美国时,钱学森夫妇为他饯行;钱学森被扣后,他到钱家去慰问,希望帮忙。回国以后,唐有祺与钱学森夫妇更加熟络。但在化学学科的生死存亡问题上,唐有祺表现出了格外的正直与凛然。也正因为唐先生的发言客观公正,此事并没有在钱学森与唐有祺之间产生隔膜;此后的20多年里,钱学森每有重要发言,经常会寄给唐先生,征求他的意见;在唐先生提出“分子工程学”这一学术思想时,是钱学森,第一个支持国家把唐先生的这一思考放到国家层面去攻关。
1997年,科技界再度流行起强大的“化学消亡论”。缘起当时政府采纳科学家建议,决定在加强基础研究方面采取重大举措,开展面向国家重大需求的重点基础研究。在草拟的《国家重点基础研究发展纲要》中,原有基础学科中的数学、物理、生物都列为大学科,唯独把化学从大学科中撤销,作为物理学科的从属。
化学学科命运再一次被抛到了风口浪尖。
在这重要关头,唐有祺联合曾与他同船赴美的唐敖庆给时任总理李鹏写信,力陈化学学科在国民经济发展和人民生活中不可取代的意义和作用。他们在信中直言,作为国家行为,如果不把化学学科位置摆正,会产生严重的后果。因为人民生活所需的衣食住行以及医药等都离不开化学的直接或间接作用。(《唐有祺教授八轶华诞志庆集》,河北教育出版社,2000年,p220。)
在唐有祺和唐敖庆的联手倡导下,化学界同仁齐心协力,在国家科技部正式实施的《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。
(十六)何当共剪西窗烛
中国化学,当回归世界版图
当今的中国,科学的国际交流已经成为常态。中国学者的身影自由出入各种国际科学盛会,中外科学家之间互动频繁,国际学术会议频频在中国召开。但这一切美好的局面,离不开唐有祺的重要贡献。
新中国成立后,由于朝鲜战争、冷战、中美对抗、中苏对抗、文革等原因,中国科学的国际交流曾经急剧缩减乃至中断。领略过科学世界前沿风光的唐有祺认为,中国科学只有在世界环境中定位和思考,充分利用国内外优质资源,借鉴外国的科研理念和模式,并立足自身的改革与发展,才能提高我们的学术起点,从而形成具有世界眼光和国际竞争能力的科研队伍。因此,文革刚一结束,唐有祺就开始积极推动中国科学的国际交流。他频频率团出访,为教师、员工争取到国外交流学习的机会。其中具有划时代意义的事情是推动中国加入国际晶体学会,并首次为中国争取到了国际晶体学联合会大会的举办权。
1978年8月上旬,唐有祺率领中国科学家代表团到华沙出席国际晶体学联合会第11届大会。自1948年国际晶体学协会创立并举办首届国际晶体学联合会大会,该学术会议每三年举办一次,这是30年来中国代表团首次参会。在中国缺席的日子里,唐有祺的好友,时任英国晶体学会主席的霍奇金在国际会议上多次大力宣传唐有祺和以他为代表的中国晶体学研究人员。当她得知中国解出胰岛素晶体结构的消息后,立即临时决定访问中国,与中国科研人员深入交流;此后,在中国的研究论文因为政治要求必须发表在国内时,她在国际会议上屡次宣传中国晶体学的进展;1975年,她还在Nature上撰文,介绍中国的胰岛素晶体结构解析工作。在霍奇金的倾力帮助下,中国代表团首次参会即顺利加入国际晶体学联合会。国际晶体学联合会成为中国最早加入的少数几个国际科学协会之一。
此后,唐有祺的人格魅力在国际舞台上的影响越来越深远。1984年在德国汉堡召开的第13届国际晶体学联合大会上,唐有祺当选为国际晶体学联合会执行委员会常委。有了话语权的唐有祺在会议上推荐彭志忠担任晶体学教学委员会委员,推荐黄金陵为小分子委员会委员。(《根深方叶茂——唐有祺传》,朱晶、叶青,2016年,中国科学技术出版社,p200。)在唐有祺的努力下,一批中国晶体科学家走上了国际学术舞台。这次会议随之决定于1986年秋在北京举办首届小分子结构国际学术会议。同时,晶体教学委员会主席提出于1986/1987年在中国举办晶体学教学国际讲习班,而晶体生长委员会主席提出在中国举办有关材料科学的国际讲习班。所有这些学术活动的经费则大部分由国际晶体学联合会提供。
1986年小分子结构国际会议上与来宾欢聚
1987年,在澳大利亚佩斯召开的第14届大会上,唐有祺当选为国际晶体学联合会副主席,这是中国人在国际专业学术组织中最早获得的重要职位。正是在这次会议上,唐有祺和代表团的同志们为中国赢得了第16届国际晶体学联合大会的主办权。这将是在中国的土地上举办的第一届如此大规模、高规格的国际学术会议,标志着中国晶体学在改革开放后取得了举世瞩目的成就。
但这次举办权来之不易,是唐有祺展现出卓越的外交智慧,经过与超级大国代表三次反复较量才获得的珍贵机会。在1987年的佩斯会议上,美国代表团就试图争取第16届国际晶体学联合大会的举办权,但在霍奇金的支持下,中国代表团赢得了压倒多数的代表的支持,从美国手中抢到了主办权。(《根深方叶茂——唐有祺传》,朱晶、叶青,2016年,中国科学技术出版社,p203-208)然而,1989年,中国爆发了一场令世界关注的政治运动,使得这份举办权横生枝节。
1989年8月,国际晶体学联合会执委会在英国召开,唐有祺因为签证问题没能参加。美国执委在会上趁机发难,要求取消中国对第16届国际晶体学大会的主办权,改由美国举办。不明真相的执委们通过了这项提议。按照程序,需要提交第15届代表大会通过才能生效。由于强硬的美方只接受在1989年内做出的决定,国际晶体学联合会被迫于1989年12月在伦敦召开一次史无前例的特别大会,对这一决定进行投票表决。形势非常严峻,对中国极为不利。
此事关乎国家荣辱,也涉及到捍卫国际科联关于国际会议的原则问题,唐有祺决定必须理直气壮地把主办权夺回来。
在中国科协的支持下,唐有祺率团抵达英国。会前,他们抓紧时间拜访对中国友好的代表,帮助他们了解我国改革开放的政策不会改变的事实,并强调了国际科联与国际晶体学会的基本原则,消除了不少国家,如日本、英国、澳大利亚、比利时等代表对我国政策存在的疑虑,终于争取到了他们的支持。
大会发言环节到了。唐有祺首先对执委会在未能了解真实情况下做出动议一事,主动表示了谅解。随后,他尽量不纠缠个别具体问题,而是有理有节地阐述中国的改革开放政策,正面说明我们的观点。这份温和而又坚定的发言打动了多数代表,终于在逆境中翻转局势,以22:15票的比例,为中国夺回了第16届国际晶体学大会的主办权。
但这个决定仍然需要在1990年的第15届大会上正式通过才能生效。为了做好最后的争取工作,唐有祺组织了一个9人代表小组,预先估计可能发生的问题,做好明确分工,团结一致地在各自岗位上认真开展了细致的工作。他们对受人唆使,拟在代表大会上提出反对意见的职工,进行了推心置腹的交谈;也向执委会成员、关键性人物和与中国友好的外国学者做了宣传工作,从而以55票赞成,10票反对,3票弃权的结果顺利通过了最后一关。
由于这是中国首次举办如此大规模、参会人数超过2000人的国际学术会议,国内的会议场馆、收费措施都还没有准备好。唐有祺又不辞辛苦地奔走呼吁,建议制定支持在国内召开国际性会议的具体优惠政策,为中国国际学术交流工作创造更好的条件。不仅如此,唐有祺还呼吁设立专项国际科技交流经费,为中国学者在国际舞台上充分发挥作用提供保证。如今,中国的国际学术交流已经畅通无阻;在国际交流经费的资助下,中国学者的身影频繁穿梭于碧海蓝天…….
(十七)直挂云帆济沧海
力量整合,打造中国化学腾飞的平台
从1957年开始的反右运动到十年“文化大革命”的20年政治风雨,对中国科学造成的破坏一言难尽。基础研究受到压制,科研自主性被剥夺,科研人才断层。如果说战火摧毁的是有形的物质体系,这漫长的20年,摧毁的是无形的中国科学体系。十年树木,百年树人。比起物质世界建设,科学体系的重构更加困难。更何况,当我们无知地停滞与破坏时,世界科学的列车却在飞速前进。在科学的春天,中国该如何追赶时代?
一滴水漂不起纸片,大海才能托起轮船和军舰。面对中国科学和世界的巨大差距,唐有祺意识到,必须将现有研究力量整合起来,让相关专业人才优势互补,集中智慧,才有可能加快前进的步伐。文革期间开门办学及从事催化剂研究的经历让他深切地体会到,结构化学原理适用于物理化学基础和应用的各个分支。因此,文革结束后,他酝酿的第一件大事就是整合永利集团物理化学专业的相关学科,形成目标明确的研究力量。相关建议在国家层面得到了高度重视。1977年10月,唐有祺参加全国科学规划会议。在这次会议上,他被国家科委任命为化学组成员,并被授权筹建永利集团物理化学研究所。在他的设想中,物理化学研究所的研究工作侧重于物理化学中结构和化学键理论、表面物理化学、胶体化学和溶液理论等分支学科及相关应用。
为了筹建研究所,唐有祺从人才和科研条件方面做了艰苦的努力。他四处奔走,克服种种阻力,把员工金祥林和汤卡罗从重庆制药厂调回北京。面对连有机合成实验室都没有的艰苦现状,唐有祺鼓励大家说:“现在条件虽然差,但前景是好的。”他主持引进了国内第一台四圆衍射仪;帮助胶体化学教研室引进了国内第一台动静态激光光散射仪等先进仪器。在唐有祺的不懈推动下,1984年,研究所正式成立,唐有祺担任所长。这是中国高校中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。其中,“高临界温度氧化物超导体的研究”“ZSM-5 分子筛结构的研究”“氢氧化物或盐类在载体上单层分散的自发倾向及其在各多相催化中的应用”“丝氨酸蛋白酶和其复合物系列立体结构”等4项工作获得国家教委科技进步一等奖;“铜、银簇合物的合成与晶体结构的研究”获得国家教委科技进步二等奖;“晶体体相结构与晶体化学的基础研究”“胰蛋白酶和Bowman-Birk型抑制剂复合物系列立体结构研究”分别获得国家自然科学二等奖和三等奖;2006年,物理化学研究所的“使用单层分散型CuCl/分子筛吸附剂分离一氧化碳技术”,获得国家技术发明二等奖。
唐有祺在学科整合方面做的第二件大事是推动成立北京分子动态和稳态结构化学国家重点实验室。从1978年起,结构化学的思路和方法在与永利集团临近的中国科学院化学研究所受到了重视。考虑到化学所和永利集团化学系的结构化学研究各有特色,而在研究方法和研究对象上有较好的互补性,唐有祺认为,如果两个单位的力量能够进一步组织起来,完全有可能形成一个国家级重点实验室,为全中国的结构化学研究者提供开放的研究平台。在唐有祺的组织与推动下,1987年3月2日,北京分子动态和稳态结构化学国家重点实验室通过了国家计委的论证;唐有祺被授权负责实验室的筹建工作。1991年,实验室初步建成,唐有祺被聘为首任主任。这是中科院与高等院校联合建立的第一批国家重点实验室之一。唐有祺的目标是宏大的:在全国范围内培养结构化学研究人才,推动中国化学在分子动态与稳态结构的基础研究及应用研究方面取得具有创新性的重要成果,成为国际结构化学研究领域具有重要影响力的研究中心及团体之一。为此,实验室不仅不遗余力地培养研究生、博士后、青年教师,还为海外归来的科技人员提供实验条件和资助,并设立开放研究经费,鼓励国内同行到实验室申请项目,为合作提供实验基地和经济基础。20多年来,开放实验室培养出的科研人才已经遍布全国各地,有力地推动了中国科学的发展。
(十八)中华何须仰人颜
文化独立,让《物理化学学报》跃马鞍前
时代是最伟大的雕刻家,它雕琢的是人的心灵。青少年时期日本入侵下满目疮痍的中国,海外留学阶段美国对新中国的扼杀政策,无不激发起唐有祺内心对建设强大祖国的强烈渴望。正因如此,唐有祺的目光总是能够穿越时空,着眼于中国科学更远的未来。
他深知,一个国家文化要独立,必须要有自己的刊物。改革开放后,中断多年的中国科学事业开始蓬勃发展。在“文化大革命”前就有较好基础的物理化学,更是呈现出欣欣向荣的景象。各个分支都已觉醒,学术交流活动纷至沓来。一些分支的与会代表多至数百人,收论文亦达数百篇。将中国物理化学的最新研究成果择其精华及时发表出来,已经迫在眉睫。在这种情况下,唐有祺决定在中国化学会旗下创办新刊《物理化学学报》。
1984年11月9日,《物理化学学报》正式创立,唐有祺亲自担任《物理化学学报》的首任主编。唐有祺希望,《物理化学学报》应该充分反映中国物理化学的发展水平,促进国内和国际的学术交流,进而推动物理化学学科不断发展。为了将刊物办好,他强调刊物的工作人员要有坐冷板凳的精神,研究者应该扎扎实实地致力于科技事业的发展。他指出,只有在一定积累的基础上,在总体水平提高的情况下,科学研究才有可能在高水平上“涨落”,才可能出现获得诺贝尔奖水平的人才与成果。为了让中国的研究工作为国际所重视,他极力主张中国科技人员发表论文应该引用国内的工作,不能搞“宁予外邦,不给家奴”那一套。(《根深方叶茂——唐有祺传》,朱晶,叶青。中国科学技术出版社,2016年。P172)30多年后的今天,唐先生的这一理念已经成为中国科学家的共识,中国开始在创办自己的科学杂志的道路上阔步前行!
(十九)愿得此身长报国
千秋事业,大局谋略多
如果说,归国初期、十年文革以及改革开放初期唐有祺还是从业务角度思考如何为国家服务的话,八十年代后期,唐有祺开始更多地思考整个中国科学的全局问题。因为,历史给了他重要的机遇。
1987年10月9日,国家教委(现称教育部)科学技术委员会在北京成立,时任中国化学会理事长的唐有祺被任命为副主任。从1990年至1997年,唐有祺连续担任主任一职。这一时期,恰逢中国社会逐步建立起社会主义市场经济体制,高校科技工作受到了严重的冲击。大批科研人才流向国外及高薪部门,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。唐有祺意识到,人才问题是高校适应社会主义市场经济必须关注的重大问题。而解决人才问题的关键环节是优秀人才的选拔和任用问题。为此,唐有祺呼吁,高校科技界和有关行政管理部门应该重视吸引留学人员回国和稳定国内成长的优秀年轻人才。
1992年12月,唐有祺组织科技委专家召开全体会议,讨论如何尽快培养和造就年轻学科带头人与骨干的问题。为了保证人才培养工作的推进力度,唐有祺认为必须从国家层面予以重视。1993年2月,唐有祺致信温家宝同志及江泽民总书记、李鹏总理,提出“尽快造就新一代高水平的学科带头人与骨干是一项极其重要而紧迫的战略任务,应当引起重视。”并建议国家组织实施一项以培养学科带头人为主要目标的跨世纪人才工程。接着,唐有祺给朱开轩和李铁映写信,反映了科技委专家们的建议,希望国家财政拨一笔专款,设置“跨世纪人才工程”基金,组织实施以培养年轻学科带头人为主要任务的“跨世纪优秀人才计划”,并推动整个科技、教育队伍的建设。1993年4月和10月,唐有祺又两次致信李岚清副总理,反映了关于“跨世纪人才工程”的具体建议,包括国家立即组织实施“跨世纪人才工程”的必要性、主要目标、方针原则、主要措施和实施方法。建议指出,这项工程的主要目标是到2000年,在全国范围培养造就1000名左右具有较高学术水平和良好思想品德、事业心强、有组织能力的优秀年轻学科带头人,其中部分成为杰出人才,基本解决重点学科和国家重点科研基地的后备带头人问题,并适当兼顾其他,为实现高层次人才培养立足国内和开展高水平科研打下基础。
唐有祺锲而不舍的推动在国家层面迅速产生了反响。根据李岚清副总理结合“211工程”一并实施的批示,1993年10月,国家教委发布了《跨世纪优秀人才计划》实施方案、《跨世纪优秀人才计划》基金试行办法,以及“跨世纪优秀人才计划”基金评审办法。这项计划开创了中国科学在教育领域设立优秀年轻人才计划的先河,是中国在培养高层次学科带头人和骨干力量方面的创新之举。之后,国家和有关部门陆续实施《国家杰出青年科学基金》《百千万人才工程》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。现在,全社会重视人才的风气已然形成;大批优秀人才源源不断流向科技领域,为中华民族的伟大复兴提供了强劲的助力!
(二十)后记
此番梳理唐有祺先生的科学人生,笔者再次被唐先生的伟大人格和他对中国科学事业的卓越贡献所震撼。对于中华大地,他始终胸怀大爱。在颠沛流离中,他刻苦求学,心无旁骛;在战火纷飞中,他拿到了出国的机会,却甘愿留下来为国分忧;在美求学一切顺利时,他放弃了大好前程,毅然回到百废待兴的祖国;在遭逢政治风雨时,他处变不惊,抓住一切机会为国家建设服务;在化学学科的生死关头,他超越自我,为了全中国的化学人仗义执言;在高校科技工作受到社会主义市场经济冲击时,他奔走疾呼,为建设稳定的科技队伍布局谋篇。作为科学家,他展现出了政治家的伟大胸襟,永远为中国科学的大局着想。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…….
莫问唐门何在。先生奠基的结构化学、倡导的化员工物学、开创的分子工程学,已经遍布中华大地。
值此先生百岁寿辰之际,我辈后人衷心祝愿先生生日快乐,平安康泰!
(文:阎云 来鲁华 刘忠范)