【抓规划 促改革 创一流】揭开催化剂“神秘面纱”的探究者 ——记我校第二届“青年英才校长奖”优秀奖获得者王海丰副教授
阳光、亲和，这是与我校第二届“青年英才校长奖”获得者王海丰副教授会面的第一印象。一时间，记者还难以将这位“阳光型暖男”，与潜心于用微观层面的量子力学方法来进行理论催化计算的“深沉解密者”形象重叠起来。
自2001年进入我校应用化学专业至今，王海丰已从当年勤奋求学的华理学子，蜕变为承载华理印迹的科研探寻者。多年来，他主要从事固体材料结构/性能计算、多相催化原理和催化剂理性筛选等理论催化计算领域的研究。
随着稀土复合氧化物固溶体“组成-结构-活性”构效关系、小分子低温氧化复杂催化机制解析、气固界面催化活性动力学控制机制、液固界面光电催化阴极材料理性筛选等方面多项成果的取得，王海丰离实现催化材料快速筛选和设计的目标越来越近。
唯有勤奋 得机遇
人生很多的机遇，并非都被定格在起跑线上，更重要的是我们对于自我的探寻。这一点，在王海丰身上似乎得到了很好的印证。“本科最初阶段，我跟大多数学生一样，对科研并没有太多的概念。”王海丰说。
然而，一个不经意的兴趣点，让他多了一丝叩开科研之门的可能性。“我比较喜欢去思考和尝试探究一些事物本源性的东西。”正是因为这样的兴趣，他选修了卢冠忠教授的“催化原理”课程。这次下意识的尝试，却让他拥有了踏入理论催化计算领域探究的机会。
大三那年，王海丰开始与卢教授做本科生的创新项目，这是他第一次正式接触科研的深邃空间。顺理成章地，卢教授就成为他科研路上的第一位导师。
当不少同学还处于不确定的抉择期时，王海丰已先行一步，在科研的道路上开始埋头苦进。为了能够尽快进入状态，在卢教授的支持下，大四的他独自一人远赴中国石化北京石油科学研究院，整整半年的时间，一头扎进实验室进行基础研究的分析。“这段时间是枯燥和孤独的，但对我来说意义非凡。”
研一期间，除了上课，他几乎都“潜伏”在实验室进行量化软件代码的编写与调试。整整5个月的时间、数千次的策略组合，让他有些焦头烂额。好在，勤奋、耐得住性子，这些不少华理人身上共有的特点，让他成功熬了过来，也因此在卢教授的推荐下，前往英国女王大学，师从国家“千人计划”专家胡培君教授，正式开始理论催化计算领域的研究。
揭开“面纱” 破难关
催化作为化学里最重要的学科之一，几乎存在于所有的化学反应。在工业应用中，九成以上的化学生产工艺都离不开催化剂的“推波助澜”。传统的催化剂研究和制备基本都依靠实验试错进行，周期长、成本高，而理论催化计算却拥有一些非凡优势。
理论催化计算主要是利用量子化学计算的方式，去探究化学反应深处更为微观的世界，并通过计算机尝试模拟或仿真原子的微观行为，使得我们有机会“看”到纳秒甚至是埃秒级别的“真实”反应过程。“理论先行，预测成功的话，能节省大范围实验探寻的成本，极大地提高效率。”这正是王海丰所关注和追求的。
要想通过计算筛选出理想的催化材料，就必须先弄清楚影响催化反应的重要因素，最终抽提出“掌控”催化反应的关键参数。这些看似相当枯燥的构思与计算，对王海丰来说，却是获得愉悦感的必备前提。
以稀土储放氧材料性能模拟与机制解析项目为例，王海丰发现稀土铈基氧化物优异的储放氧性能来源于铈离子良好的电子局域能力和结构骨架弛豫能力，就此提出了相应的解析模型和局域化结构弛豫模式，为储放氧材料的进一步设计提供了理论依据。这让他信心倍增。
科研攻坚无止境，新型太阳能电池具有潜在的良好效益，但其关键的电极却是以价格昂贵的铂，也就是白金，作为电极催化材料。能不能尽快找到一种“物美价廉”的有效替代物？
王海丰和团队利用计算的方法，开辟了一条全新的催化材料“抓取”之路，效率还挺高！他利用密度泛函理论计算方法，以铂为模型材料，结合微动力学研究了对电极表面碘三离子还原反应的基本催化机理，并确定了基元反应的决速步骤及影响催化活性的关键参数——碘原子在催化界面的吸附能。
在这次染料敏化太阳能电池高效催化材料的探寻过程中，模拟条件由以往的气固界面变成了更为复杂的液固界面，这无疑给他带来更大的挑战。“过程是复杂和痛苦的，这次的计算环境更为困难！”不过，科研人特有的钻研劲，让他再次获得成功。通过真实液固界面环境模拟方法的探索和建立，他发现了吸附能与催化活性的关联关系，推导得出的“吸附能”关键指标，可对不同物质的性质进行“海选”，能够找到具有吸附强度与白金非常接近的材料。
基于此，他在国际上首次提出了染料敏化太阳能电池对电极材料的动力学理论筛选模型，建立并发展了复合氧化物体系氧空穴生成的定量解析模型等，获得了国内外同行的认可。
2014年10月，他获得了由中国化学会催化专业委员会评选颁发的“中国催化新秀奖”，该奖项每两年评选一次（与全国催化大会同步），每届全国仅有5名科研人员获奖。
目前，王海丰已在Nature Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Adv.Mater. Sci. Rep., J. Catal., Small等重要学术刊物上发表研究论文36篇。此外，作为项目负责人，他主持了国家自然科学基金、上海市青年科技启明星计划、晨光计划、上海市自然科学基金等项目，并作为骨干参与了国家重大基础科学研究项目和国家自然科学基金重点基金项目。
胸怀责任 朝前走
“我很幸运，能有两位导师一路上对我悉心帮扶，一直感恩于心。”谈到与科研结缘，王海丰多次表达了自己由衷的感谢。无论是在学术要求上，还是在培养学生上，他都会很自然地把胡培君老师的一些理论和方法传授给自己的学生。“胡老师对我影响很大。”他说。
作为过来人，他深知严谨的科研态度对学生十分重要。“我会尽量想办法了解学生的动态，再加以引导。”对所带的学生，他要求也相当严格，“特定的阶段，就要特殊对待嘛，不能留下遗憾”。
“王老师在科研上是一个非常认真、严谨的人。”学生袁海洋的说法得到了实验室众多同门的一致赞同。“只要有问题，他都会很耐心地跟我们交流。”以大师姐自居的靳佳敏补充道，“王老师的很多想法也特别新颖，经常给我们新的启发”。
在实验室里，王海丰经常是最晚离开的。“感觉他比我们还有激情。”正是受到这种态度的影响，靳佳敏也加深了对所研究领域的认知，继而坚定信念攻读博士学位，走上科研长路。
“理论计算作为一个新领域，还有巨大潜能。”为了让更多的学生有机会了解，王海丰还在本科生中开设了一门催化课程，希望能将这种机遇传递到更为广阔的课堂中。
如今，王海丰与团队正在攻坚一个新难点。不少城市都存在雾霾困扰，而减轻雾霾的一个重要因素就是处理好其中所含的氮氧化物。“我们希望能找到一种有效催化体系，为社会民生多做一些支持。”