解读科学类诺贝尔奖 (2019)
科学类诺奖解读不仅为公众提供有利于理解奖项及为什么获奖的相关知识、观点等信息， 而且从科学发展与社会进步、科技创新与科学思想、科学方法与科学精神等等方面给人以启示和思考，自举办以来一直受到听众的欢迎和好评。
“2019 解读科学类诺贝尔奖”活动，定于11 月24 日、11 月30 日、12 月14 日分别举行“生理学或医学奖”、“物理学奖”、“化学奖”三场专题解读。每场均由一位相关领域的院士、专家主持解读，并由与今年科学类诺贝尔奖项同一学科领域的我国科研一线科学家担任主讲和互动嘉宾。听众可以在互动讨论环节向主讲嘉宾和互动嘉宾及媒体嘉宾提问，进行交流和讨论。
“解读 2019 年科学类诺贝尔奖”科普报告会，期待所有热爱和关心科学事业的公众参与！
解读2019年诺贝尔生理学或医学奖
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主办单位
上海市科学技术协会
承办单位
上海市科普作家协会
信达生物制药集团
华东师范大学
中国细胞生物学学会
上海市细胞生物学学会
新华网“科普中国-科技前沿大师谈”
上海市科学技术协会“上海科协大讲坛”
协办单位
《文汇报》社
《上海科技报》社
《科学》杂志社
上海电影集团科教电影制片厂
上海市科普教育展示技术中心
时 间
2019年11月24日（星期日）下午14:00—16:00
地 点
上海科学会堂海洋能厅（南昌路57号）
主 题
解读2019年诺贝尔生理学或医学奖——机体如何感知与适应氧的变化
主持嘉宾
杨雄里
中国科学院院士（1991年），发展中国家科学院院士（2006年），神经生物学家，毕业于上海科技大学。
1982年在日本获学术博士学位。
复旦大学教授， 脑科学协同创新中心主任，脑科学研究院学术委员会主任，“辞海”副总主编，“Progress in Neurobiology”国际顾问编委。国内外多所大学荣誉教授或客座教授。
曾任中国科学院上海生理研究所所长（1988—1999），中国生理学会理事长（1998—2002），《生理学报》主编（1988—2002），《中国神经科学杂志》主编（1996—2005），973项目《脑功能和脑重大疾病的基础研究》首席科学家（1999—2004），神经生物学研究所所长（2000—2010），脑科学研究院院长（2006—2009）。
在视网膜中信号传递处理及其机制研究方面取得了若干重要成果，已发表学术论文250余篇，专著、译著多册，曾获中科院自然科学一等奖、教育部自然科学一等奖、上海市自然科学一等奖，何梁何利科技进步奖，上海市科技精英（1991）。
主讲嘉宾
王 婷
医学博士，主任医师，上海交通大学医学院附属仁济医院血液科行政副主任，上海交通大学医学院副教授，硕士生导师，留美博士后，留美访问教授，加拿大渥太华大学医学院兼职教授，上海-渥太华联合医学院Director of Curricular Content。
2003年毕业于上海第二医科大学（现上海交通大学医学院），获内科学博士学位，师从著名的血液病学专家欧阳仁荣教授，同年分配至仁济医院血液科从事临床工作至今。
先后于美国国立卫生研究院国立肿瘤研究所（NCI/NIH）任博士后，师从Frank J. Gonzalez教授；美国Johns Hopkins大学医学院任访问教授，师从Gregg L. Semenza教授（今年诺贝尔生理学或医学奖得主）；加拿大渥太华大学医学院任访问教授。
长期从事血液肿瘤的临床诊治、教学与科研工作。以第一负责人主持国家自然科学基金课题3项；上海市浦江人才课题1项；作为团队骨干参与国家重点研发计划项目1项；主持/参与多项新药多中心临床试验。
以第一作者或通讯作者于Proc Natl Acad Sci USA，J Biol Chem，J Pharmacol Exp Ther，Leuk Lymphoma，Tumour Biol等学术期刊发表论著。
荣获上海市“浦江人才”、上海交通大学医学院“百人计划”、“新百人计划”、美国药理与实验治疗学会“青年科学家”、美国国立卫生研究院“优秀学者”、上海交通大学“优秀教师”等奖项。
对话嘉宾
左 为
同济大学医学院教授、博士生导师，国家重点研发计划干细胞专项首席科学家，国家青年千人计划专家，教育部“长江学者奖励计划”青年学者。
2011年获清华大学生物学博士学位，后在美国加州大学圣迭戈分校(UCSD)诺贝尔生理与医学奖得主实验室和新加坡科技局(A*STAR)从事博士后研究。
现致力于组织器官再生的基础科学和临床转化研究，完成全球首例成体肺干细胞肺内移植临床试验，在人体内成功实现肺组织再生和换气功能再造。
成果入选2018中国医药生物技术年度十大进展，个人当选《人民画报》（海外版）2018年度十大创新先锋。相关论文以通讯或第一作者身份发表在EMBO Molecular Medicine、Protein & Cell、 Nature、 Molecular Cell等高水平期刊上。其研究成果转化的“REGEND001肺干细胞自体回输制剂”已作为First-in-Class新药被国家药监局受理。
媒体嘉宾
易 蓉
新民晚报资深记者，长期关注大学、科创等领域报道。
美国乔治梅森大学访问学者，新民晚报首位全媒体记者。
曾获得上海教育新闻奖、上海科技新闻奖等。
解读提要
氧气塑造生理学和病理学
北京时间2019年10月7日17点30分，2019年诺贝尔生理学或医学奖揭晓，美国癌症学家威廉·卡埃林（William G. Kaelin）、美国医学家格雷格·西门萨（Gregg L. Semenza）和英国科学家小皮特·拉特克里夫（Jr,Peter J. Ratcliffe）三人因“在细胞如何感知和适应供氧环境变化”方面的决定性研究成果和巨大贡献，获得本年度诺贝尔生理学或医学奖。
动物需要氧气才能将食物转化为有用的能量。数个世纪前，氧气最基本的重要性已被认识到，但长期以来人们一直不清楚细胞如何适应氧气水平的变化。
三位获奖人发现了细胞如何感知并适应氧气变化的含量。他们发现了调控基因活性的分子机器，从而响应于不同水平的氧气。
今年诺贝尔奖获得者做出的开创性发现揭示了生命最重要的适应过程之一的作用机制。他们为我们了解氧水平如何影响细胞代谢和生理功能奠定了基础。他们的发现也为抗击贫血、癌症和许多其他疾病的新策略铺平了道路。
氧气站上舞台中央
氧气（O2）约占地球大气层的五分之一。氧气对动物生命至关重要，为了将食物转化为有用的能量，几乎所有动物细胞中的线粒体都会利用氧气。1931年诺贝尔生理学或医学奖得主奥托?瓦尔伯格揭示了这种转换是一种酶催化的过程。
在进化过程中，相关机制得以进化，从而确保了对组织和细胞的充分供氧。颈动脉体（靠近颈部两侧的大血管）含有专门的细胞来感应血液中的氧气含量。1938年的诺贝尔生理学或医学奖授予了C.海曼斯，以表彰其发现了颈动脉体如何感知血氧，从而直接与大脑交流来控制呼吸频率。
缺氧诱导因子（HIF）步入舞台
除了对低氧气水平（缺氧）进行颈动脉体调控的快速适应外，还有其他一些基本的生理适应。对缺氧的关键生理反应是促红细胞生成素（EPO）激素水平的升高，这会导致红细胞产量的增加（促红细胞生成）。激素调控红细胞生成的重要性在20世纪初就已为人们所知，但是这种过程本身如何由O2控制仍然是个谜。
格雷格·西门萨研究了EPO基因，以及其如何受变化的氧气含量所调控。通过使用基因修饰小鼠，位于EPO基因旁边的特定DNA片段被发现参与介导对缺氧的反应。小皮特·拉特克里夫也研究了EPO基因的O2依赖性调节；并且两个研究小组都发现，不仅在通常产生EPO的肾细胞中，几乎所有组织中都存在氧感知机制。这些重要发现表明，该机制在许多不同的细胞类型中通用并且发挥功能。
西门萨想要鉴定介导这种反应的细胞成分。在培养的肝细胞中，他发现了一种蛋白质复合物，该复合物以一种氧依赖性的方式与已鉴定的DNA片段结合。他称这个复合物为缺氧诱导因子（HIF）。他付出了大量的努力去纯化HIF复合物；在1995年，西门萨发表了他的一些关键发现，包括鉴定编码HIF的基因。HIF被发现由两种不同的DNA结合蛋白组成，即所谓的转录因子，现在称为HIF-1α和ARNT。现在，研究人员终于可以开始解决这个难题，让他们能够去了解这里面还包含别的什么组成，以及这个分子机器如何工作。
VHL：意料之外的“舞伴”
当氧气水平很高时，细胞中几乎不含HIF-1α。但是，当氧气水平低时，HIF-1α的量会增加，因此它可以结合并调节EPO基因以及其他具有HIF结合DNA片段的基因。几个研究小组表明，通常会迅速降解的HIF-1α在缺氧条件下可不被降解。在正常的氧气水平下，一种被称为蛋白酶体的细胞机器会降解HIF-1α；以色列科学家阿龙·西查诺瓦、阿弗拉姆·赫尔什科和美国科学家伊尔温·罗斯因发现蛋白酶体被授予2004年的诺贝尔化学奖。在这种情况下，将一种小肽（泛素）连接到HIF-1α蛋白上。泛素是将蛋白质运送到蛋白酶体进行降解的标签。泛素如何以氧依赖性方式结合HIF-1α仍然是一个核心问题。
这个问题的答案来自一个意想不到的方向。大约在西门萨和拉特克里夫探索EPO基因的调控的同时，癌症研究科学家威廉·卡埃林威廉·卡埃林正在研究一种遗传综合征，即希佩尔-林道综合征（VHL病）。这种遗传疾病会导致遗传性VHL基因突变的家庭罹患某些癌症的风险急剧增加。卡埃林发现，VHL基因编码一种可预防癌症发生的蛋白质。卡埃林还发现缺乏功能性VHL基因的癌细胞会异常高水平表达低氧调节基因。但是VHL基因重新引入癌细胞后，恢复了正常水平。这是一个重要的线索，表明VHL以某种方式参与了对缺氧反应的控制。来自几个研究小组的其他线索表明，VHL是一个复合物的组分，这个复合物利用泛素标记蛋白质，而被标记的蛋白将会被蛋白酶体降解。然后，拉特克里夫和他的研究小组做出了一个关键发现：证明VHL可以与HIF-1α发生物理相互作用，并且是正常氧水平下HIF-1α降解所必需的。这一发现最终将VHL与HIF-1α联系到一起。
氧气改变平衡
许多拼图已经被放到了正确的位置，但是对O2含量如何调节VHL和HIF-1α之间相互作用的认知仍然缺乏。后续的研究瞄准了HIF-1α蛋白的特定部分，这个部分对于VHL依赖的降解很重要，并且卡埃林和拉特克里夫都怀疑O2感知的关键位于该蛋白结构域中的某个位置。2001年，在两篇同时发表的文章里，他们发现，在正常的氧气水平下，羟基会被加到HIF-1α的两个特定位置。这种蛋白质修饰称为脯氨酰羟基化，使VHL能够识别并结合到HIF-1α，从而解释了正常的氧气水平如何通过对氧敏感的酶（即脯氨酰羟化酶）来控制HIF-1α的快速降解。拉特克里夫等人的进一步研究鉴定了负责这一过程的脯氨酰羟化酶。研究还表明，HIF-1α的基因激活功能受氧依赖性羟基化作用所调节。今年的诺奖得主至此阐明了氧气感应机制，并展示了其工作原理。
氧气塑造生理学和病理学
感谢今年诺奖得主的突破性工作，我们现在对于不同的氧气水平如何调节基础生理过程有了更多了解。氧感受让细胞代谢能够适应不同的氧气水平，比如肌肉在剧烈运动的时候。其他例子包括新血管生成和红细胞的产生。我们的免疫系统和许多其他生理功能同样受到这一机制的调节。有证据显示，氧感受对于胎儿发育也至关重要，它控制着正常的血管生成和胎盘发育。
氧气感受对许多疾病至关重要。例如，因为EPO表达减少，慢性肾衰竭患者经常严重贫血。EPO由肾细胞产生，对于控制红细胞产生极为重要。而且，氧气调节机制在癌症中也扮演了重要角色。在肿瘤中，氧气调节机制被用来刺激血管形成和重塑代谢，实现癌细胞的有效增殖。学术界和制药公司正在研发新药，通过激活或阻断氧气感受机制，从而介入到疾病的不同阶段。
——本文资料来源：《科学网》
解读2019年诺贝尔物理奖
主办单位
上海市科学技术协会
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上海市科普作家协会
华东师范大学
新华网“科普中国-科技前沿大师谈”
上海市科学技术协会“上海科协大讲坛”
协办单位
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《上海科技报》社
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上海市科普教育展示技术中心
时 间
2019年11月30日（星期六）下午14:00—16:00
地 点
华东师范大学闵行校区(剑川路399号)学生发展空间(黄玲玲楼)202报告厅
主 题
解读2019年诺贝尔物理奖——宇宙浩瀚，求索不息
主持嘉宾
沈志强
中国科学院上海天文台台长、研究员、博士研究生导师。
1986年毕业于南京大学天文系，1989年在北京大学地球物理系天体物理专业获得硕士学位，1996年在中国科学院上海天文台获博士学位。2002年12月入选中科院“引进国外杰出人才”（百人计划入选者）。2003年9月回国前曾经在美国、日本和中国台湾等著名的研究机构学习工作。
主要从事射电天文学中的甚长基线干涉测量（VLBI）技术及其在天体物理中的应用研究，已发表SCI论文150余篇。
先后主持上海市优秀学科带头人计划（A）类、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金委重大项目等。
曾获国际无线电科学联盟青年科学家奖，新世纪“百千万人才工程”国家级人选、国务院政府特殊津贴、上海市第十届科技精英、上海市先进工作者、第八届上海市自然科学牡丹奖、上海领军人才、中国电子学会十佳优秀科技工作者、上海市科技进步特等奖等荣誉称号。
长期致力于高分辨率黑洞观测研究，领导的一个国际合作小组的工作“发现了银河系中心人马座A*是超大质量黑洞的最新证据”入选“2005年度中国基础研究十大新闻”。作为EHT合作团队成员参与的2019年4月10日发布的首张事件视界望远镜（EHT）的M87黑洞照片获得2020年基础物理学突破奖。
主讲嘉宾
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王 斌
教育部长江学者特聘教授、国家杰出青年基金获得者，扬州大学引力与宇宙学研究中心主任，上海交通大学航空航天学院教授。
担任亚太宇宙学与天体粒子物理组织理事会主席，中国引力和相对论天体物理学会副理事长，科技部空间引力波专家委员会成员，国际合作BINGO射电宇宙学项目首席科学家组成员，法国自然科学基金委和智利自然科学基金委特约评审专家，Commun. Theor. Phys杂志编委。
主要研究领域包括：引力本质、宇宙早期与晚期加速膨胀、宇宙结构形成、黑洞动力学、热力学及其相互关系。
2011年获得国家自然科学二等奖并曾获多项省部级自然科学奖及科技进步奖。2019年获颁建国70周年纪念章。
对话嘉宾
王 焘
华东师范大学物理与电子科学学院副教授。
2004年毕业于中国科大近代物理系， 2008年在中科院理论物理所获博士学位。
在PRD，JCAP等期刊发表论文20多篇，研究方向为宇宙学与引力理论，包括双场暴胀模型、黑洞数学解及物理性质、弦论的M2膜、宇宙视界的膜范式等。
曾经计算出了五维时空的一个新黑洞解，精确解出了某类双场暴胀的非高斯扰动，最近在希格斯场和高阶曲率理论中发现了谷暴胀模型和可观的引力扰动，都得到了国内外同行的关注和持续研究。
媒体嘉宾
徐瑞哲
主任记者。
现任解放日报·上观新闻教育栏目主编。
获得多种省部级新闻奖项，如上海新闻奖一等奖，全国省级党报好新闻一等奖，教育部优秀教育新闻，科技部“科技好新闻”，中科院“科星新闻奖”，以及上海市科技新闻奖一等奖，上海教育新闻奖特等奖、一等奖、最佳评论奖等多次。
解读提要
物理宇宙学的奠基者和系外行星的发现者
2019年诺贝尔物理学奖授予做出“物理宇宙学的理论发现”的皮布尔斯（James Peebles）和“发现绕着类似太阳的恒星运动的系外行星”的麦耶（Michel Mayor）和奎洛兹（Didier Queloz）。
宇宙学在过去50年成为一门精确科学，皮布尔斯陪伴了这个领域的成长，对之做出若干重要贡献，是这个学科的代表人物。
苏联物理学家弗里德曼早在1924年就根据爱因斯坦的广义相对论预言了宇宙的膨胀，然后哈勃于1929年观测宇宙退行，从而证实宇宙确实在膨胀。这使得爱因斯坦后悔引入宇宙学常数，使得宇宙保持静态。
大爆炸宇宙学的创立要等到弗里德曼的学生、杰出的俄裔美籍物理学家兼科学作家伽莫夫（George Gamow），他最初的动机是为了解决宇宙中元素（原子核）的起源，稍后也讨论了星系形成。伽莫夫的学生拉尔夫·阿尔弗（Ralph Alpher）和罗伯特·赫曼（Robert Herman）计算了微波背景辐射（当时认为是5K）以及氦丰度。
1965年，贝尔实验室的两位无线电工程师彭齐亚斯和威尔逊发现了一个奇怪的信号，这实际上就是宇宙背景辐射，导致二人后来获得诺贝尔奖。
普林斯顿大学资深物理学家狄克（Robert Dicke）领导的宇宙学小组告诉他们这是宇宙大爆炸的遗迹―宇宙背景辐射，而皮布尔斯正是这个小组的关键人物。皮布尔斯一直在普林斯顿大学工作。
这个宇宙学小组本来还准备去观测宇宙背景辐射。当时皮布尔斯的计算结果是10K，他给出了温度与物质密度的关系，由此决定氦合成。皮布尔斯和合作者还讨论了宇宙中重子物质（由原子核构成的物质）的含量，注意到比观测到的物质的量少很多。
而皮布尔斯单独的一个工作是指出辐射在星系形成中的作用。这个工作以及苏联物理学家雅科夫·泽尔多维奇（Yakov Zeldovich）的相关工作是物理宇宙学的开始，使得宇宙学走向一门精确科学和发现新物理的工具。
宇宙密度涨落会导致背景辐射温度涨落。密度涨落也导致在光子-重子等离子体中的声学波。皮布尔斯与合作者对于不同宇宙学参数，计算了刻画密度涨落的功率谱，给出了声学波导致的峰。结果与40年后普朗克卫星的背景辐射测量结果一致。
皮伯尔斯还与合作者提出，银河系的晕中包含大量暗物质。皮布尔斯首先提出了冷暗物质（CDM）模型，探讨了对微波背景辐射和宇宙大尺度结构形成的效应。后来他又考虑了宇宙学常数Λ的影响，与冷暗物质结合起来，叫做ΛCDM模型。
诺奖评委会的文件指出，通过皮布尔斯1980年代的2篇文章，宇宙学标准模型的所有内容得以确定。皮布尔斯有一部教科书就叫《物理宇宙学原理》。
笔者注意到，之前诺贝尔奖已经有几次授予宇宙学的观测成就，包括宇宙微波背景辐射的发现、宇宙微波背景辐射中的各向异性、宇宙加速膨胀，但这次是第一次授予理论家，代表了对于宇宙学理论的承认，是一个里程碑。
本次诺奖的另一部分是授予系外行星的发现者瑞士日内瓦大学教授Michel Mayor和Didier Queloz（Queloz现在英国剑桥大学）。
2015年，我在科学网博文《可能问鼎诺贝尔物理学奖的天体物理成就》中写道：“1995年10月6日，麦耶和奎洛兹首先发现距离地球50.9光年、被称为“飞马51”（Pegasi 51）的一个位于飞马座的一个恒星有一个行星。10月12日，美国人杰弗里·马西（Geoffrey Marcy）和保罗·巴特勒（Paul Butler）确认，这是第一个被发现的太阳系外行星，被记为51 Pegasi b，非正式名为柏勒洛丰（Bellerophon）。据说2015年11月要公布征集来的正式名字（现已公布了吗？）。在这个划时代发现后，已有约两百颗太阳系外行星被发现。2009年NASA发射了专门用于寻找太阳系外行星的太空望远镜开普勒（Kepler）。这个望远镜发现了一百多行星以及一千多疑似行星候选者。
事实上，现在已经发现了4千多太阳系外行星。其中，开普勒卫星发现2300个。
正如诺奖评委会官方文件所说，因为“对我们理解宇宙的演化以及宇宙中地球的位置的贡献”，这三位科学家获得了今年的诺贝尔物理学奖。
——本文作者：施郁，复旦大学物理系教授
文章来源：2019年10月8日《中国科学报》
解读2019年诺贝尔化学奖
主办单位
上海市科学技术协会
承办单位
上海市科普作家协会
信达生物制药集团
华东师范大学
中国细胞生物学学会
上海市细胞生物学学会
新华网“科普中国-科技前沿大师谈”
上海市科学技术协会“上海科协大讲坛”
协办单位
《文汇报》社
《上海科技报》社
《科学》杂志社
上海电影集团科教电影制片厂
上海市科普教育展示技术中心
时 间
2019年12月14日（星期六）下午14:00—16:00
地 点
上海科学会堂海洋能厅（南昌路57号）
主 题
解读2019年化学奖——神奇的能量，不老的传奇
主持嘉宾
姜雪峰
华东师范大学教授，博导。
中组部“万人计划”青年拔尖人才，基金委优秀青年基金，教育部“长江学者奖励计划”青年项目、“新世纪”优秀人才和“霍英东”基金，上海市“东方学者”和“科技启明星”。
中国均相催化青年奖，药明康德生命化学研究奖，德国Thieme Chemistry Journal Award，日本ACP Lectureship Award，IUPAC元素周期表青年科学家“硫元素代言人”。
上海市青年五四奖章、上海市青年岗位能手，上海市第十三届政协委员。
中国化学会有机化学学科委员会委员，中国化学会化学教育委员会委员，中国化学会催化委员会均相催化专业委员会委员，中国化学会青委会委员，中国青年科技工作者协会委员，《化学试剂》副主编，《化学教育》编委，《中国化学快报》青年编委，Wiley旗下《Heteroatom Chemistry》和《Journal of Sulfur Chemistry》编委，Taylor旗下《Phosphorus Sulfur Silicon and the Related Elements》编委。
研究方向主要集中在绿色有机硫化学和天然产物多样性合成，共发表论文近百篇，外文邀请专著6章，申请发明专利51项（2项国际专利），已授权23项，作为主编著书《Sulfur Chemistry》Topics in Current Chemistry, Springer, 2018。
主讲嘉宾
黄云辉
华中科技大学教授，同济大学兼职教授，教育部“长江学者”特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者， 新世纪“百千万人才工程”国家级人选，国务院政府特殊津贴获得者。
在北京大学获得学士、硕士和博士学位；先后在复旦大学、日本东京工业大学、美国得州大学奥斯汀分校工作或从事博士后研究。
2004-2007年师从John B. Goodenough先生从事锂离子电池和固体氧化物燃料电池研究，2008年回国工作。
主要研究领域为能源材料与器件，包括锂离子电池、下一代电池、钠离子电池、固体氧化物燃料电池，发表学术论文400篇，授权或公开专利30余项。
2015年获教育部自然科学一等奖、2016年获国家自然科学二等奖。
对话嘉宾
王久林
上海交通大学化学化工学院研究员，博士生导师。
1993-1999年哈工大获学士和硕士学位；2002年上海微系统所获博士学位；2002-2004清华大学博士后；（期间在加拿大皇后大学做一年博士后）；2005年入职上海交通大学；2006-2007年德国洪堡学者；2013年美国西太平洋国家实验室访问学者。
自1999年以来，长期致力于锂硫二次电池及关键材料的研究，创制的硫复合材料获得国际同行广泛跟踪研究。
在Adv Mater, Angew Chem Int Ed, Energ Environ Sci等期刊发表学术论文150余篇，被引用超过1万次。以第一发明人授权中国专利15件和美国专利1件。
主持国家自然基金重点项目、广东省重点研发计划和上海市重点基金等科研项目。
获上海市科技启明星、中国化工学会“侯德榜”青年奖和上海市自然科学一等奖（第一完成人）。
媒体嘉宾
许琦敏
《文汇报》首席记者。
上海市科普作家协会理事，上海市天文学会理事，上海市科技传播学会会员。
专注于科技报道十多年，获得上海新闻奖一等奖，中国科学院“科星新闻奖”一二三等奖（多次）和丰产奖以及上海市科技新闻奖一等奖等奖项。所撰《以“环保”名义破坏地球生态？》一文被香港教育署收录为教学参考材料。
解读提要
神奇的能量，不老的传奇
2019年诺贝尔化学奖授予了美国得克萨斯大学奥斯汀分校的约翰·古迪纳夫（John Goodenough）教授、美国纽约州立大学宾汉姆顿分校的斯坦利·惠廷厄姆（Stanley Whittingham）教授和日本旭化成公司的吉野彰（Akira Yoshino）研究员，以表彰他们“为发展锂离子电池”做出的突出贡献。
锂离子电池的产生要追溯到20世纪70年代发生的石油危机，当时人们被迫开始寻找新的替代能源。锂是元素周期表中最轻的金属元素，同时其还原电位最低，因此，在同样重量或同样体积下，锂电池内可以储存的能量最大。20世纪70年代，锂原电池就实现了商品化，但这类电池有一个致命的弱点，即金属锂只能使用一次，不能反复充电、重复使用。如果能让用过的锂电池再次充电并循环使用，就可以大幅度提高资源的利用率。本次获得诺奖的3位科学家正是很好地解决了这个问题，并促进了锂离子电统研究，他在1980年证明了嵌入锂离子的氧化钴可以产生近4伏的电压。在古迪纳夫研制出的正极基础上，吉野彰于1985年发现可容纳锂离子的焦炭比金属锂更适于作为负极，并开发出首个接近商用的锂离子电池。有了这几项重要的发明，才有了1991年日本索尼公司第一颗商用锂离子电池的问世，为之后锂离子电池的大规模应用并改变人类生活发挥了巨大的作用。这次诺贝尔化学奖的授予可以说是实至名归。瑞典皇家科学院的诺奖评委如此评价锂离子电池：重量轻、可充电、强劲。
如今，锂离子电池已经遍布人类生活的方方面面，从手机到笔记本电脑，再到电动汽车；同时，它可以储存大量的太阳能和风能等绿色能源，为人类供电，使得不使用化石燃料的生活方式变为可能。
3位获奖者中，古迪纳夫（也被称为“足够好”先生）今年97岁，是钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂正极材料的发明人，被业界称为“锂电池之父”。本次获奖，也使得古迪纳夫先生成为诺奖历史上年龄最大的获奖者。由于笔者有幸于2004～2008年师从先生从事博士后研究，主攻磷酸铁锂电池和固体氧化物燃料电池，因此尊称他为先生并重点介绍他的工作。
古迪纳夫先生在锂离子电池正极材料方面的发明具有重大而深远的意义。钴酸锂中的钴和氧原子结合得很紧密，它们在晶体学上形成了一种层状结构，锂原子层就仿佛镶嵌在两个“平板”之间。因为这种特殊的结构，使得锂离子可以在钴酸锂晶体中快速移动。有一个很形象的比喻：如果把钴酸锂想象成一个三明治，钴-氧的层状结构就像是两块面包片，那么锂离子就是中间的火腿片，能被很轻松地抽出，也可以重新被嵌入。正因如此，钴酸锂可同时作为电池中锂离子的供体和受体，而且这种氧化物可提高电池的使用电压，从而提升电池储存的电量。钴酸锂从被发现之初就展现出不同于其他储锂材料的独特魅力，它以体积能量密度高而著称。
当今市场上智能手机使用的锂离子电池，正极材料大多都是钴酸锂，并且在可预见的未来仍然会占据主导地位。古迪纳夫先生1980年在英国牛津大学工作期间发现的这种正极材料，揭开了可充锂离子电池发展的序幕，为后来的商业化创造了条件。
磷酸铁锂是古迪纳夫先生1997年在美国得克萨斯大学奥斯汀分校工作期间首次报道的，具有橄榄石晶体结构，充放电时结构极其稳定，而且其来源广泛、价格低廉，对环境又友好，该正极材料一问世就受到了学术界和产业界的极大关注，得到了广泛的研究和迅速的发展。现在磷酸铁锂几乎已成为低成本、长寿命、高安全锂离子电池正极材料的代名词，在电动汽车、大中型储能、备用电源、电动工具等领域中有重要而独特的应用。
——本文作者：黄云辉
文章来源：节选自《 科学世界 》2019 年 11 期