Nathan S. Lewis头像

Nathan S. Lewis

身份简介:

美国化学家

中文译名:

内森·S·刘易斯

国籍:

美国

出生地:

美国加利福利亚州洛杉矶

学历:

加州理工学院学士、硕士

麻省理工学院博士

专业:


获奖经历


2008年 迈克尔·法拉第奖章

2003年 小爱德华·欧顿纪念奖

1991年 美国国家化学奖

1990年 费森尤斯奖

人际关系


妻子:

卡萝·R·刘易斯(Carol R. Lewis)

好友:

哈利·格雷(Harry Gray)

马克·莱顿(Mark S. Wrighton)


·半导体电化学

·人工光合作用

·人工叶

成长经历


内森·刘易斯出生在洛杉矶机场附近的一个普通中产家庭。他有一个弟弟和一个妹妹。关于刘易斯生日等个人信息并不为外界所知,从他之后的求学时间看,他应该出生在1955年左右。小时候,刘易斯的母亲希望他成为一名医生。不过,他对工程学更感兴趣。“那时候我想成为一名桥梁设计师,觉得那样会很酷。”

在上大学之前,刘易斯对化学都不敢兴趣,也从未想过这会成为陪伴自己一生的职业。“我一直认为数学和物理才是科学。至于化学家,我高中的时候以为他们都在药店工作,穿着白大褂,然后摆弄一些烧杯,把东西混在一起。”刘易斯的学习成绩出色,他对理工科有着超出一般人的天赋和直觉。1973年,刘易斯成功考入著名的加州理工学院。

进入这所著名的理工类学府后,刘易斯面临的问题是选择专业。虽然他的高中成绩非常优秀,但加州理工学院的课程非常困难。刘易斯在大学的第一个学期里,原先引以为傲的数学和物理竟然都不及格,这让他非常懊恼。而让他稍感欣慰的是,他的化学课及格了。“我当时就想,好吧,那我就选择化学吧”。

另一个让刘易斯选择化学的原因是他的大一化学老师哈利·格雷。“他的课太棒了,我估计激励了成百上千的人进入化学这个领域。”大一时,刘易斯在实验室里工作,他的表现获得了老师的肯定。“我自己做出了全世界第一种异氰化铑化合物,当时非常激动。”在充分感受到了化学的魅力后,刘易斯的成绩也进步飞快。大二时,他的各门学科基本都达到了优秀的水平。

1977年,刘易斯从加州理工学院毕业,他获得了理学学士和硕士学位。之后,刘易斯选择到东海岸的麻省理工学院继续进修。他师从著名化学界权威马克·莱顿,从事半导体电化学方面的研究。1981年,刘易斯顺利获得化学博士学位。

职业生涯


博士毕业后,刘易斯进入斯坦福大学工作,从1981年到1985年,他在斯坦福大学担任助理教授。1986年,仅仅年过三旬的刘易斯就拿到了斯坦福大学终身副教授的教职。刘易斯的研究能力出众,他主要聚焦于化学领域当时非常热门的一个领域,光电化学。除了表面化学,尤其是硅表面及其光电化学性能外,他还对电子转移反应、表面和过渡金属配合物以及人工光合作用等领域有着深入的研究。

1988年,刘易斯回到母校加州理工任教。加州理工离家只有几十公里,这让他更方便回家照看父母。“并不是所有的科学家都能离家这么近,我很幸运。”有了几年的工作经历后,刘易斯对化学这门学科有了更深层次的认知和了解。“化学家所做的就是制造新事物,使人类可以创造新未来。物理学家弄清楚世界是如何运转的,化学家们创造新事物来改变世界。我们是制造拼图碎片的人。物理学家找出了它们相互联系的规则,但如果化学家不喜欢某个形状,我们可以制造一个新的拼图。”

在刘易斯看来,化学对每个人来说都是非常重要的存在。“我们制造新药,也制造塑料;我们制造大家穿的衣服,也制造网球鞋里的橡胶鞋底。通过催化剂,化石燃料可以变成汽油,也可以让塑料瓶变得透明、可塑而且轻薄。化学可以改变这个世界。”刘易斯一直和自己的学生说,学习化学的人必须要有很强大的使命感和责任感。“他们自己也知道,我们必须怀着拯救和改变这个世界的冲动,来从事这项工作。”

1991年,刘易斯成为加州理工最年轻的正教授之一。1992年,他成为加州理工学院贝克曼研究所分子材料资源中心的首席研究员。一次偶然的机会,在海滩边晒太阳的刘易斯注意到了身边正在玩耍的狗和它主人之间的互动,他突然萌发了要发明一种“电子狗鼻子”的冲动。他通过对一种新型有机聚合物的利用,最后成功发明了用于探测爆炸物和诊断疾病的“电子鼻”。刘易斯为此获得了来自业内的高度赞誉和奖项肯定。

科学开拓


从上世纪70年代初以来,全球科学家都致力于开发一种人工模拟天然绿叶光合作用的技术。这项被称为“人工叶”的技术,可以更有效地利用二氧化碳、阳光和水,来制造新型液体燃料。这项技术如果成功,将可以直接创建和储存廉价太阳能,从而从根本上改变交通运输中产生的环境污染问题。

从上世纪90年代开始,刘易斯就一直是“人工叶”技术研发领域的全球领先科学家。刘易斯的方案是,通过一种综合型的太阳能燃料发电机,来吸收阳光和水,再产生气态的氢和氧,从而驱动车辆前进。而这个方案的难点在于,如何提高太阳能的存储效率。在自然界中,即便是转换效率最高的植物,也仅仅只能将所吸收阳光的1%转化为能量。

2010年,刘易斯被任命为美国能源部能源创新中心人工光合作用联合中心的首席研究员。这个中心是美国联邦政府资助,用来研究人工光合作用技术的顶尖机构。由于要将这项技术投入商业化运行,科学家们必须用极其廉价和丰富的材料来推广这项技术。新的设备不仅要便宜,而且还要安全、可靠和高效。对于大多数该领域的研究者来说,要同时满足这几个要求,存在巨大的困难和挑战。

Nathan S. Lewis

刘易斯和他的团队经过十几年的研究和不断试验,研发了一种叫做“光电化学电池”的装置。这种装置通过一组模拟植物光合作用的组件,将两个“光电极”浸入水中,通过吸收光能来完成水分解反应。为了加速反应,还需要通过两种催化剂的介入。最终,还需要加上一层膜来阻止这个装置发生爆炸。2015年,刘易斯的团队宣布,他们研发的集成太阳能燃料发电机,太阳能转化率已经超过10%,而且物美价廉。刘易斯目前为止发表了超过500篇论文,是全球太阳能化学领域的领先者和开拓者。在40多年的研究生涯中,他获得了无数奖项和荣誉。在《滚石》杂志评选的“美国变革推动者”的百强名单中,刘易斯排名第17位。

参考信息:

Nathan Lewis (chemist)

Lewis Research Group

Determining Your Career Path: A Distinguished Chemist/Energy Scientist Weighs in

One Step Closer to Artificial Photosynthesis and “Solar Fuels”

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