百年清华

尤峰崎，美国康奈尔大学讲席教授。2001年进入清华大学化学工程系，本科期间曾担任系学生科协主席，获得多项学业优秀奖，并获清华大学本科优秀毕业论文奖。2005年赴美国卡内基梅隆大学化学工程系攻读博士学位，师从过程系统工程国际著名专家IgnacioGrossmann院士，博士期间在AIChE J.等著名期刊发表数十篇学术论文，获得卡耐基梅隆大学最佳博士论文奖（Ken Meyer Award）和美国化学工程师学会（AIChE）颁发的斯密斯论文奖（W. David Smith, Jr. Publication Award）等荣誉，2009年获博士学位。2009-2011年在美国阿贡实验室做博士后研究。2011-2016年在美国西北大学化工系任助理教授，期间在国际期刊上发表论文百余篇；多篇研究论文被国际顶级期刊遴选为封面论文刊登；数篇论文分别夺得AIChE J. 近5年来年度最高被引论文的第一名；获得诸如西北阿贡杰出青年科学家奖、美国国家科学基金会“职业成就奖”(NSF CAREER Award)等奖项。2016年受聘于美国康奈尔大学化学工程与生物分子工程系终身讲席教授（Roxanne E. and Michael J. Zak Professor），现为过程能源环境系统工程研究室主任，成为康奈尔大学历史上最年轻的终身教授之一。现任Computers & Chemical Engineering副主编，AIChEJournal顾问编辑，和ACS Sustainable Chemistry &Engineering编委。

在2017年，尤峰崎学长荣获美国化学工程师学会（AIChE）的可持续发展卓越研究奖和环境领域杰出青年奖两个重要国际奖项和美国化学会2018 ACS 可持续化学及工程Lectureship Award.

尤峰崎教授和他的课题组

三十年后，百亿人口：人类如何破解可持续发展问题？

干练的形象、敏捷的思路和极快的语速，这是尤学长给人留下的第一印象。博士毕业七年后就成为康奈尔大学化学工程与生物分子工程系的终身讲席正教授，2017年同时获得了AIChE及ACS两协会共三项大奖，但当谈到他自己的研究工作时，学长只用一句话就进行了十分精炼地总结：我们是以数学和计算机为核心技术解决人类的可持续发展问题。

“到2050年，也就是30年后，地球上将达到百亿人口，人类将如何面对可持续发展这个终极问题呢？”学长的这句话引起了我们的思考，我们第一次发现“2050”、“百亿人口”这样几个看起来遥不可及的数字竟已令我们不可回避。

“但归根结底，这就是一个化学工程中的全过程优化问题。”化复杂为简单，学长简单的概括抓住了问题所在，将我们从无限的遐想中拉回到了现实中解决问题的场景。

“可持续发展是多方面的，经济、环境、社会等。对于这个百亿人的星球来说，农业是人类可持续发展的重要问题，我们该如何用不断减少的土地养活越来越多的人口。就以灌溉来说，农业用水消耗约占世界淡水消耗的70%，但植物本质上就是一个生物反应器，植物体内的水分输送机制本质上是微流体传递过程（注：微流体传递现象是化工的一个研究方向），何时浇水，浇多少水，以及如何研究开发基于微流体传感器的节水、节能、经济最优化灌溉调度与控制，这非常类似于化工过程控制。这都是一些复杂而有意思的问题，这些问题背后所代表的数字化农业，就是我们的一个研究方向。”

“届时,这100亿人中将有70%以上会生活在城市里，我们在提一个概念叫做‘城镇代谢’，其本质上是物料平衡、能量平衡、信息平衡的问题。我们要做的就是以化学工程师的视角，用其他人没想过的方法解决人类在未来将要共同面对的问题。”

广泛交流 高屋建瓴：“降维攻击” 解决问题

“我所研究的领域是多尺度过程系统工程，化学工程本身就是多尺度的。”小到植物的输水通道，大到地球系统的物质循环，“多尺度”这个词或许能够解释和代表尤学长如此广泛的研究领域。学长总结到，工程问题都可以用三个方面来概括，理论、方法和应用。学长的研究大致集中在基础方法的研究和应用到具体的场景中。

谈到工程应用，学长着重强调要打开门多和其他领域的学者交流。例如，针对MOF（Metal Organic Framework，金属有机结构）材料的研究是最近学界非常热门的研究领域，但大部分研究金属有机结构的学者来自化学系和材料系，那么如何评价一种金属有机结构材料的性能是否是优良的呢？尤学长认为，MOF材料性能是否优良最终还是要放到使用这些材料的反应分离过程中去评价，化学工程师可以从宏观的角度去帮助、指导化学和材料的研究。计算机模拟出了数量巨大的MOF材料结构，如果一个个测量的话需要大量的时间及人力物力，而将MOF材料放到整个流程中去评价有助于我们明确MOF材料应具备哪些性能，并高通量快速地筛选可行的、最优的MOF材料，之后再针对所需性能进行研发就可以大大提高效率，优化材料研发过程。

除了MOF材料之外，钙钛矿作为一种新型的、高效率的光电转换材料引发了学者的广泛兴趣。“最近几年，Nature、Science期刊基本上每星期都有一篇关于钙钛矿的研究。”但对于钙钛矿的评价来说，只着眼于“转换效率”这一项指标则会比较局限。“如果其性能只能持续几秒，那么这种材料即使性能再优良也是不具备应用价值的。”这就涉及到全生命周期分析的评价思路，从这一思路出发可以更好地指导钙钛矿材料的研究。

“把这种研究问题的思路传递给化学与材料专业的团队，相当于为他们指明了研究MOF材料及钙钛矿材料的方向。”这令我们想起著名科幻小说《三体》中“降维攻击”的思路，在这两个研究案例中，学长指明研究方向，将二维问题变为一维问题，这也是化学工程师将复杂问题简单化的生动体现。”

Because We Can：化学工程，一个无比广阔的平台

之所以能用“降维攻击”的思路解决问题，是因为我们化学工程师站在了一个非常广阔的舞台上。“平台广阔”，学长在接受我们采访的过程中多次提到这一定位。在学长研究的另一方面——理论研究上也有所体现。以数学和计算机为核心技术指导了化学工程的发展，但同时化学工程的复杂性也推动了计算机科学及计算数学的进步。冯•诺依曼、约翰•纳什……这些在计算机及数学上响当当的名字其实都有化学工程的教育背景，同时正是由于化学工程中需要解决大规模的非线性规划问题，倒逼计算机科学在理论上的进步，而之后同学们将会接触到或听说的优化软件，也有很多是化学工程师为了解决实际需要而发明的。“化学工程问题的复杂性激励着学者在理论研究中做出更多的贡献。”

学长认为，化学工程是工程科学四大支柱之一，环境、材料等等学科某种意义上其实都可以视作是化学工程的延伸或与其他学科的交叉，处于现阶段社会的需要也许在本科期间划分了不同的专业，但目前工程间的边界其实是越来越小的，哈佛大学只设置工程系就是一个很好的例子。即使跳出环化材生医药的范畴，工业工程、热能工程、自动化、车辆工程（新能源汽车的电池）、电子工程（半导体研究）等等学科都有很多问题需要化学工程师来解决。

谈到中美间化学工程教育的差异时，学长指出在美国大学中，化学工程和计算机是两大对大学生有极强吸引力的专业，化学工程是一个很好的平台，学好了化工几乎可以做所有的事情。以康奈尔大学为例，在药物递送方面做出重大成就的传奇科学家Robert Langer即为康奈尔大学化学工程的1970届本科毕业生，现任MIT化工系教授；在学界之外，著名天使投资人、私募股权基金Vista EquityPartners 的首席执行官Robert F. Smith也是在康奈尔拿到化学工程的学士学位后，在固特异轮胎公司和卡夫食品公司工作，之后接受了MBA教育并最终成为了商界巨子。“若同学对于自己的兴趣和未来打算不是非常明确，化学工程其实是一个非常好的选择。非常敬佩金涌院士主导的、面向中学生的化学化工科普，让青少年了解化学工程究竟是做什么的。”

RobertSmith (左) & Robert Langer（右）

高盛、亚马逊、英特尔：化学工程毕业生的广阔足迹

“科研（Research），教学（Teaching）和服务（Service）”,学长这样描述在大学做教授的工作组成。对于学长来说，做大学教授最好的成果是培养优秀的学生，看到学生的进步。“所谓对学生的Impact，这样的Impact需要时间的积累。”

在埃克森美孚、陶氏化学、霍尼韦尔等传统化工企业之外，如今尤学长培养的一些学生也选择了看起来非传统化工的企业。比如一位学生去了最近风头正盛的亚马逊，因为亚马逊需要解决供应链优化这个核心问题，而在亚马逊的全球供应链研发团队中一半以上都是化学工程的博士生；也有的博士毕业生去了高盛这家著名的投资银行，他从事的是能源系统优化的研究，“毕竟做投资需要真正了解一个行业”，学长这样总结到；还有的毕业生去到了英特尔公司（Intel）,英特尔目前已经受到了来自英伟达（NVIDIA）公司GPU的冲击，创新至关重要，他的任务是应用之前提到的高通量快速筛选MOF材料的优化算法来指导下一代并行计算设备的开发。这样的案例还有很多很多，也期待着更多毕业生能以实际行动对案例库进行补充。

尤峰崎教授所培养的学生足迹广阔

拥抱“不确定性”：被“非典”改变了研究方向，又何妨？

在进入清华学习之前，尤学长对化学工程的了解也不是很多。本科前两年在刘铮教授组做过一年实验（具体指导人是当时还是博士生的卢滇楠老师）。但到了2003年，由于“非典”爆发，学校采取了很多措施防止疫情在学校蔓延，其中就包括限制本科生去实验室做实验，这无疑严重阻碍了学长在生物化工方面的研究工作。一次偶然的机会，学长在化工系的BBS上得知化工系高光华老师和于养信老师组分子模拟的工作，“首先这个组的工作以计算为主，即使因为封楼不能去实验室也可以做研究”。分子模拟工作真正的瓶颈是优化问题，所以阴差阳错之间，学长选择的优化作为自己的研究方向，在本科期间就有国际期刊论文发表，获得了清华大学优秀毕业论文的荣誉。回顾起那段经历，学长觉得清华化工系各位老师的研究方向非常广泛（作为对比，美国大学的化工系一般只有十几位老师），同学们在本科时应该多接触一些方向，在其中找到自己的兴趣点。“自己到了大三才了解一些老师的研究方向，而现在的同学从大一开始就有很多机会接触各类信息，这都是很好的资源。Open your eye, Open your mind，未来是很难以预测的，年轻人应该多闯一闯，只要在做选择之前做好调研，就不必担心生活的不确定性。”

凭借着本科期间的优异表现，在即将毕业之际，尤学长手握加州理工，卡内基梅隆等多所美国知名大学的Offer，如何选择成为了一个幸福的烦恼。尤学长认为大四的时候考虑自己将来想做什么是最关键的，最好的方法是给自己制定一个五年或十年的计划。同时如果能在一个很好的团队里做研究，受益是非常大的，然而最好的团队未必在最好的学校。经过深入的思考，尤学长选择了卡内基梅隆大学，选择了解决系统优化问题的大家Grossmann院士作为自己的博士生导师，并在过程系统工程领域走到了现在。

多任务处理：找到属于自己的时间管理“优化算法”

清华本科期间除了拥有优异的学习成绩及出色的科研成果，尤学长还担任了化学工程系的科协主席，并在当时举办了第一届“化山论剑”学术竞赛（编者按：这一项竞赛一直举办至今仍然生生不息）。同时，参加挑战杯这一校级学术竞赛也在科协的带领下如火如荼的开展。“当时高分子所的胡平老师开展了很多有意思的研究吸引同学们报名，每年在挑战杯上胡平老师指导的同学都能拿到很好的奖项。”（化工系毕业生中有两位TR35入选者，即戈钧老师和伍晖老师当时也都是在胡平老师课题组参与了本科学术研究训练——编者注）

“学生科协这个平台可以激励我们去接触各种老师的研究方向，我在科协也做过BBS网管，编写过电脑使用手册（当时电脑都是在中关村一个零件一个零件地攒出来的），修电脑的技能在后来的工作中也有很大的帮助。”学长鼓励同学有机会的话多接触一下学生组织，接触不同的方向开拓眼界，在精力最旺盛的时候多做一点自己感兴趣的事情，可能在未来的某一天会有想不到的帮助。科协给了尤学长不少学习锻炼的机会，现在学长要与博士生、博士后及访问学者共二十多人交流学术进展，在科协学到的定期例会制度及与人打交道的细节让工作得以有条不紊的进行。

但回想起本科期间的时间分配细节，学长坦言他的时间分配并不是最优的。精力和时间要靠自己调节，就像小马过河，自己试一试才知道，“没有普遍最优的时间优化算法”。最关键的还是去适应环境，持之以恒，而不是直接放弃。学长在科协时需要处理很多事情，成绩因此收到了些许的影响，一度产生过放弃的念头，经过高年级学长的彻夜长谈才得以改变心意。但走上工作岗位后学长发现，即使是做学术研究的科学家也要面对multi-task的问题，学生期间的社会工作和作为大学教授的很多工作（例如招聘教师及录取学生）一样，都属于“志愿服务”的范畴，所以回想起来还是非常感谢在本科期间能够提早体验适应“多任务生活”的经历。

尤峰崎学长（左2）与采访学生合影

学长寄语：

“欢迎大家来清华大学学习化学工程，对我而言化学工程是一个非常好的平台，也希望大家好好利用这个平台，将来为国计民生，为全人类做出一些宝贵的贡献。”

为天地立心，为生民立命，为往圣继绝学，为万世开太平。

——北宋 张载

在谈到自己的使命时，学长引用了张载的这句话。“可能对我们目前而言做不到为万世开太平，但其他三项我们还是可以做到的。”

但三十年后，百亿世界公民在星球上共存时，让大家都享有可持续发展的空间和尊严，何尝不是维护和平的基本条件呢？