极目新闻记者 狄鑫
通讯员 姚一琳 高梦雅
在原子尺度上“焊接”出一条电子高速公路，从而破解半导体与催化剂间的电荷传输难题。今年3月，武汉工程大学材料科学与工程学院胡六永教授团队的该项研究成果在《自然·通讯》上发表，其核心价值在于通过原子尺度的材料设计，打通了电子在半导体与催化剂间传输的“堵点”，提升了光催化和光电化学反应效率。
这是武汉工程大学首次以第一完成单位在Nature系列期刊上发表的高质量研究论文，也是“90后”教授胡六永带领“90后”研究生陈渊兴，历时三年完成的重大标志性成果。
在交叉学科中找到创新突破点
2012年，胡六永以优异成绩考入中国科学院长春应用化学研究所高分子化学与物理专业，开启了5年的硕博连读之旅，在导师王植源研究员的指导下，从事光电传感材料与器件相关研究。随后，他加入研究所汪尔康院士课题组，研究方向为生物传感与免疫分析。2018年，他前往香港科技大学做博士后，从事光电活性材料的设计与合成研究。
“年轻老师可能也需要考虑具体情况，该变就得变。不是说博士期间研究高分子今后就一定做高分子，以高分子的形式学到‘钓鱼’的方法，会找关键科学问题，会做研究才是关键。”来到武汉工程大学后，胡六永开始组建团队专攻“单原子催化与光电化学传感”，开启了从“高分子”到“单原子”的跨越。
去年底，不满35岁的胡六永评上教授职称。自2019年入职武汉工程大学以来，胡六永在单原子催化与传感、光电化学传感等交叉学科领域，发展了针对食品安全、环境监测、生物医学诊断等方面快速检测的化学测量学方法，在原子级分散材料仿生设计、原子尺度效应增敏机制探究和分析新方法构建等方面取得了一系列创新性成果。
今年发表在Nature子刊上发表的研究成果，则是破解半导体与催化剂界面能级不匹配导致的“电子堵车”问题。“就像电路接触不良，再强的电流也会卡在接口处。”胡六永形容。这项研究破解了半导体与催化剂间“配合不当”导致电子流动受阻的难题，为光电化学领域提供了全新的解决方案。
胡六永指导研究生陈渊兴创新性地在半导体CuO与铁单原子催化剂之间引入铂纳米团簇，构建了“Pt-Fe键”电荷传输通道。“就像在两种材料间架设了一座电子桥梁，”胡六永解释，“Pt团簇不仅加速电子提取，还协同调控Fe单原子的催化活性，实现了界面反应动力学的飞跃”。
“可以把整个过程理解为一个高效的快递运送过程，Pt团簇是超级转运中心，Pt-Fe键是专属高速公路，Fe单原子是快递员，Pt团簇还给快递员配备五险一金各种福利，让Fe单原子变得更活跃、更有效率，处理货物（催化反应）的能力大大提升，也就是光催化和光电化学反应效率大大提升。”陈渊兴比喻道。
招学生之前先“吓唬”一下
和其他老师不太一样的是，胡六永每年只招一名研究生。不仅招得少，来之前还要“吓唬”一下。“来我们这儿很辛苦，早上8点到实验室，晚上很晚才能回去，一周至少保证6天的时间踏踏实实地做研究……”胡六永打趣地说，“被吓唬了还敢来的，那就是真正想来做科研的。”
由此，胡六永教授团队的研究生数量屈指可数，但每一个都是跟着胡老师一起熬过大夜、反复试错、深入探索电分析化学最前沿的“科研人”。即将去华师读博的陈渊兴是2025届优秀毕业生，他对胡老师十分感恩，在nature子刊发表论文，是他从来不敢想象的。胡老师的鼓励和坚持，让他得以毕业前夕将贯穿三年的研究成果以最高水准发表出来。
“一开始我对研究方向很迷茫，是胡老师教导我如何找到关键科学问题，帮助我勾勒出研究的整体框架和关键节点。”陈渊兴从研一开始着手做光单原子催化与传感研究，一年下来，得不出具有可行性的数据。每当研究偏离方向、遇到瓶颈时，胡六永总是告诉他要冷静耐心，“预想外的试验结果未必是失败的，当排除非客观因素的影响后仍没能得到想要的结果可能意味着新的创新。”“他教会我科研不是一蹴而就，需要沉下心来，享受探索的过程。”陈渊兴说。
“一定要抑制住乱发文章的冲动。”胡六永经常告诉学生，做基础研究一定要耐下性子，“为了毕业，为了荣誉，把一些短平快、不太成熟的东西发出来，是对科研不负责任的行为。”去年毕业的肖润石在广东一家科技公司研发岗就职，在胡老师的指导下，他发表了3篇SCI一区论文，还获得国家奖学金。
肖润石在读研期间患病，手术及后续的治疗让他投入科研的时间难以保障。然而，胡六永深知这个学生是个“要强的孩子”，“不仅及时体察他的身体及情绪状态，更要帮助他继续衔接好相关的课题”。在胡老师的帮助下，肖润石重拾信心、调整状态，系列成果如愿发表，在毕业那年获评优秀毕业生，也顺利找到了心仪的工作。
“胡老师对很多问题总是保持清醒的思考，对学科发展的前沿趋势和潜在突破点有着超乎寻常的敏锐度。他总能引导我们关注那些具有深远意义但尚未被充分发掘的研究方向。他教会我们科研不是一潭死水，静下心来融入其中，成果发表是水到渠成的。”肖润石说。
面向“大健康”做基础研究
“取一点黄瓜的表皮，浸泡到溶液当中，取溶液中的一点点样品，跟我们构建的光电传感器结合，然后再去测信号的变化。通过电流信号拟合出来一个线性方程，根据方程就可以解读出黄瓜的农药含量。”胡六永谈到相关研究，表达逻辑严密，双眼炯炯有神。
近年来，他的研究方向始终面向“大健康”，紧扣“健康中国2030”战略。基于单原子材料的光电化学传感器的优异性能，团队进一步实现了广谱灭生性除草剂草甘膦的灵敏检测，能在10分钟内检测出农产品中痕量的农药残留，检测限低至0.41 ng/mL，相当于一滴农药溶于5个标准游泳池，比传统方法灵敏度提高了100倍。
面向环境监测，团队通过调控M-N-C单原子催化剂的活性氧生成，可以实现对水体中抗生素的高选择性识别。在疾病诊断领域，团队构建的“电位分辨电化学发光”方法，为癌症早期标志物的超痕量检测提供了新思路。
“在早期癌症筛查中，人体血液中的肿瘤标志物含量低，传统的方法识别比较困难，我们聚焦电化学分析，将生物化学的健康信息转化为电信号，然后借助纳米催化的形式，实现信号放大，能够更加灵敏地把这些标志物检测出来。”胡六永解释，通过电化学分析，可以帮助解决疾病的早发现、早诊断、早治疗，这是他们一直在努力的方向。
“我们致力于在原子级分散材料的仿生设计上寻找突破，就像在微观世界里，搭建一座高精度传感器，让过去难以捕捉的有害物质、疾病标志物无所遁形……”今年5月，在武汉工程大学2025年五四表彰大会上，胡六永被授予“第十八届十大优秀青年（教工）”荣誉称号。
如今，胡六永团队正朝着两个方向深耕：一是推动单原子传感技术的产业化，与企业合作开发便携式农残检测仪；二是探索单原子催化在农业废弃物资源化中的应用，如利用铱掺杂金属有机框架材料提升生物质转化效率。从高分子到单原子，从理论探索到民生应用，胡六永诠释了一位青年科学家的锋芒与担当。
官网首页