卢嘉锡的主要成就
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发布时间：2022-05-16 00:00
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时间：2024-02-29 09:42
对中国结构化学的贡献 20世纪30年代末，卢嘉锡意识到物理化学的第一发展阶段即热力学阶段已臻完善，可能成为第二发展阶段的将是结构化学，因此他选择了这个学科作为研究的主要方向。
在加州理工学院，卢嘉锡参加过过氧化氢分子结构的研究。卢嘉锡和P．A．盖古勒（Giguere）巧妙地用尿素和过氧化氢作用生成用氢键连接的脲-过氧化氢加合物，并培养出这种加合物的单晶。有趣的是，在这种单晶中，过氧化氢分子并不因为尿素分子的存在而发生构型上的畸变。接着，他和E．W．休斯（Hughes）合作完成了晶体结构测定，证实了W．彭尼（Penny）和G．萨塞兰（Sutherland）对过氧化氢分子结构所做的理论分析。
1943年，他与J．多诺休（Donohue）采用电子衍射法研究了硫氮（S4N4）、砷硫（As4S4）等化合物的结构，并定出被他们称为“摇篮”形的八员环构型，这一研究结果后来为多诺休所进行的晶体结构测定所证实。这些硫氮非过渡元素原子簇化合物在结构上具有的“多中心键”特征，曾引起卢嘉锡极大的兴趣，和他以后对固氮酶活性中心模型的研究有密切的关系。
在结构分析方法上，他提出过一种处理等倾角魏森堡衍射点的极化因子和洛伦兹因子的图解法，成为当时国际上普遍采用的一种较简便的方法，曾被收入《国际晶体学数学用表》（第二版）。
20世纪60年代初期，卢嘉锡在创办福建物质结构研究所的同时，组织和领导过渡金属络合物和一些簇合物、硫氮系原子簇化合物以及新技术晶体、材料等方面的研究，并取得了一些可喜成果，如与中国科学院生物物理研究所和上海有机化学研究所合作完成了天花粉蛋白空间结构测定，建立了国际上第一个核糖共活蛋白的分子模型。 开拓中国原子簇化学研究领域 1978年，卢嘉锡在中国化学会年会上发表了《原子簇化合物的结构化学》的论文，对中国国内这个领域的研究起了推动作用。他在化学模拟生物固氮和过渡金属原子簇化合物研究方面所取得的主要成就如下：
1．提出固氮酶活性中心的结构模型
20世纪60年代，固氮酶活性中心的结构研究和化学模拟是一项非常复杂的工作，而卢嘉锡从结构化学角度出发，分析了双氮分子的异常惰性，以及加强氮分子络合活化的结构问题，提出了络合活化氮分子的必要条件为侧基加端基络合，多核原子簇，具有可变交替氧化态，有一个合适的空间结构。因而固氮酶活性中心结构必须是多核原子簇，而且有能实现端基加侧基络合的网兜状构型。在此基础上提出了固氮酶活性中心结构的初步模型——福州模型I，它是一种能实现投网式络合活化还原氮分子的钼铁硫MoFe3S3四核网兜状结构，兰州大学化学系黄文魁教授为此人工合成了一系列“G系”（G指兰州大学所在地甘肃省）化学模拟物，以后又进一步演化出孪合双网兜福州模型Ⅱ。
卢嘉锡提出的模型所反映的结构特点，后得到顺磁、穆斯鲍尔谱和超精细表面结构分析法对固氮酶钼铁蛋白和铁钼辅基进行研究所得结果的支持。该模型被国际同行在论文中多次引用，并以“M2S2”的局部结构形式出现在后来其他科学家提出的模型之中。
2．关于“活性元件组装”设想
卢嘉锡在总结铝铁硫簇合物合成反应的大量实验事实时，发现类立芳烷型簇合物在其“自兜”反应的生成过程中经常留下反应物基本单元的结构“遗迹”可供“寻根”，因而提出复杂的原子簇化合物可由较简单的原子簇“元件”通过活化成为“活化元件”而组装起来。根据这种“活性元件组装”的设想，可以解释从陆森红盐阴离子[Fe2S2（NO）4]2-，二聚缩合生成陆森黑盐阴离子[Fe4S3（NO）7]－；从二铁氧还蛋白类似物阴离子[Fe2S2（SR）]的二聚缩合物生成四铁氧还蛋白类似物阴离子[Fe4S4（SR）]的组装途径。在这一理论设想的启发和指导下，物质结构研究所合成出了许多新型类立芳烷型的簇合物。
对于具有二中心双电子定域键的簇合物的合成与结构研究，为预测和判断具体类型簇合物的生成，元件组装设想吸收和应用霍夫曼等瓣相似原理，并把它推广到满足9N—L的金属簇合物和符合4n—e的碳烷等瓣相似，这样可以把有机碳烷与簇合物从霍夫曼结构上等瓣相似的角度联系起来，从中寻找它们在合成和结构中的相似性，也就是把复杂的簇合物分子碎片和已知的可能较简单的有机碎片联系起来，从而有意识、有目的地寻找有特定结构的簇合物碎片的合成途径。
3．关于“类芳香性”本质的研究
1986年，在物质结构研究所从事钼簇合物结构化学研究的兼职研究人员黄健全，通过类比了某些[MO3S4]4+簇合物和苯在置换、加成、氧化三类反应形式上的相似性，提出了“类苯芳香性”的概念。卢嘉锡组织研究力量，通过量子化学计算和实验研究，从理论上深化和完善了这一概念；并指出在[Mo3S4]4+簇合物中的[Mo3S3]非平面折叠六元环具有类芳香性，从而把有机化学中最重要、最基本的传统概念之一——芳香性，引伸到过渡金属原子簇化学中来，在这之前，芳香性概念还只局限于苯和某些有机平面环状化合物，卢嘉锡等人把芳香性概念推广到[Mo3S4]4+簇合物的[Mo3S3]非平面折叠六元环，从而把平面芳香性扩展到立体芳香性，同时揭示了[Mo3S4]4+簇合物中[Mo3S3]非平面折叠簇环的（d—P－d）三中心键双电子π键共轭系的成键特性，建立了六元簇环芳香性和三中心键模型。
“类芳香性”本质的研究，从理性上系统地认识了某些过渡金属原子簇合物的特殊反应性能和物理性质，将有利于新型簇合物的合成进入分子设计的新阶段。 应用结构化学理论于新技术晶体材料科学研究 卢嘉锡是一位较早应用结构化学理论于新技术晶体材料探索的科学家，他应用了A．M．布特列罗夫（БутΛеров）结构理论的思想于非线性光学材料中构效关系的研究，对阴离子基团理论的建立也提出了一系列有益的见解和建议，促进了一系列新型晶体材料的发现。
早在1861年，*化学家布特列罗夫就提出了物质的化学结构与具体性能相互影响、相互制约的科学预见，指出了一个物质的化学结构决定了它的全部性能；反过来，它的全部性能也一定能确定其化学结构。卢嘉锡认为在近代发展出来的整系列测定物质各层次微观结构的物理方法的基础上，不仅能进一步把布氏理论推进到微观结构与宏观性能之间相互关系的新阶段，甚至能把它发展到某些部分微观结构与对这些部分结构的变化特别敏感的一些宏观性能之间相互关系的更新阶段。卢嘉锡认为存在这样的可能性，那就是有可能选择那些对某部分结构特征特别敏感的某类型宏观性能作为材料科学的研究对象，从而发展出这类性能对材料中相应部分结构所要求的“结构判据”，乃至发展出材料科学的一个新分支。
1965年，卢嘉锡支持陈创天初步总结出来的非线性光学材料性能（特别是二倍频和高倍频性能、电光调制性能）是“结构敏感”性能的观点，并支持他选择非线性光学晶体的基团理论及其结构判据的理论研究课题。这项理论研究于1978年获得全国科学大会重大科技成果奖。研究的中心议题是哪一种阴离子基团最有利产生大的倍频效应。通过多方面的实验探索和理论分析，物质结构研究所较快地确定了硼酸盐系的（B3O6）3－基团这一主攻方向，并先后于1984和1987年发现和研制成功偏硼酸钡（简称BBO）和三硼酸锂（简称LBO）等新型非线性光学晶体材料。此外，在卢嘉锡倡导的“五重双结合”和“结构敏感”观点指导下，该所研制成功了几个系列的新型晶体材料，其中包括研制出国际上公认为生长“极其困难”的大尺寸自激活激光晶体硼酸钕铝（简称NAB）和在绿光输出方面领先于国际的自倍频激光晶体四硼酸铝钇钕（简称NYAB）。 卢嘉锡，潘克祯，杨文火等．S4N3Cl的晶体结构．福州大学学报，1964（1）：55~67．
中国科学院福建物质结构研究所固氮小组（卢嘉锡执笔）．固氮酶催化固氮活性中心的初步模型—兼论双氮分子络合活化的结构条件．科学通报，1975，20（12）：540~557．
卢嘉锡．原子簇化合物的结构化学．中国化学会1978年年会学术报告集．北京：科学出版社，1981．35~60．
曹怀贞，刘春万，卢嘉锡．二铁氧还盐和四铁氧还盐的电子结构．化学学报，1986，44（12）：1197~1203．
黄健全，卢绍芳，卢嘉锡等．Mo3S4[S2P（OCH2CH3）2]4（OH2）反应性能研究及[Mo3（u—s）3]“类芳香”结构的设想．结构化学，1987，6（4）：219~233．
卢嘉锡，庄伯涛．过渡金属类立方烷簇合物合成中的“活性元件组装”设想．结构化学．1989，8（4）：233~248．
卢嘉锡．初论某些[Mo3S4]4+簇合物中[Mo3S3]非平面簇环的类芳香性本质．结构化学，1989，8（5）：327~339．
吴新涛，卢嘉锡．“元件组装”设想用于合理合成过渡金属原子簇时硫原子的作用．结构化学，1989，8（5）：399~407．
黄锦顺，王银桂，卢嘉锡等．碎片法合成金属原子簇—IsolobalAnalogy的应用和推广．化学学报，1990，48（4）：343~348．
陈志达，李隽，卢嘉锡等．平面单环多烯烃的定域化分子轨道研究——定域化分子轨道分析作为芳香性本质研究方*的初步探讨．自然科学进展，1990，试刊（2）：133~142． 在教学工作中，卢嘉锡是一位才华横溢而又勤奋严谨的人。他学识渊博且善于表达，讲起课来生动活泼，见解独到，板书格外工整清晰，课堂常常座无虚席，成为厦门大学最受欢迎的教授之一。1947年春，当他在浙江大学完成第一次讲学任务即将离去之际，该校一百多名师生曾联名写了封充满*的挽留信。中华人民共和国建国初期，他曾接受高等教育部的聘请，与唐敖庆等先后到山东大学和北京大学讲授物质结构课程，培养了一大批结构化学的师资。
卢嘉锡在教学过程中，注重培养学生的思考能力和解决实际问题的能力。他虽然是一位数学功底很深的化学教授，却经常告诫学生，要学会对事物进行“毛估”，他说：“毛估比不估好”。思考问题时要学会先大致估计出结果的数量级，尽量避开繁琐的计算，以便迅速地抓住问题的本质，必要时再仔细计算，这样可以提高解决问题的效率。为了培养具有全面素质的人才，他让学生记住一个奇特而有趣的结构式——C3H3，即ClearHead（清楚的头脑）、CleverHands（灵巧的双手）、CleanHabit（洁净的习惯）。他常说：“一个老师如果不能培养出几个超过自己的学生，他就不是位好老师。”
1949年后，卢嘉锡培养了十五届计50多名博士生、硕士生以及许多青年学者，如田昭武、张乾二、梁敬魁、黄金陵、黄锦顺、吴新涛、潘克桢、陈创天等。蛋白质结晶学家、美国加州理工学院研究员朱沅女士的成长也曾受到卢嘉锡的指导和关怀。
