精细如头发丝万分之一的金属线、小如一只果蝇的神经环路，是普通人几乎完全忽略掉的“微小”，有人却能从中找到大乐趣，并且一路挺进成为美国院士。

他是世界上最优秀的材料科学家，在路透社“最优秀100名材料科学家”榜单里排名第一位；只花了四年时间，就成为了伯克利大学化学系的终身教授；因为在纳米材料领域里的突出贡献以及精彩的创造力，2015年他获得“麦克阿瑟天才奖”。2016年5月3日，他当选美国科学院院士。现在他还同时兼任上海科技大学物质科学与技术学院院长。

他是杨培东，他说：“当你在研究一个全新的领域，才会有新的发现。”

杨培东在中国科技大学求学的时候，导师是钱逸泰院士，专业方向是高温超导体：“做高温超导体也好、做纳米材料也好，这些都是材料学科的分支，所以实验方式和实验手段是很接近的。我本科毕业去哈佛，就开始慢慢进入到纳米材料这个领域。”

读研究生的时候，杨培东决定挑选一个根本没有人涉猎的方向——半导体纳米导线。1994年，在哈佛求学的杨培东和导师开创了半导体纳米导线的全新的领域。这也是半导体纳米导线这个概念第一次在科学界被定义下来。博士毕业的杨培东希望在博士后学点新的东西，于是离开了半导体纳米这个领域大概18个月，选择了纳米材料的自组装。他在研究生阶段和博士后阶段做了两个完全不同的东西。

去伯克利大学组建自己的研究组的时候，杨培东决定把研究方向回到半导体纳米导线。纳米激光器延续了纳米导线有趣的光学性能，2001年杨培东的研究团队做的纳米激光器获得了里程碑式的成功，2015年获得了汤森路透的“引文桂冠”奖。

杨培东研究的是一类有着独特性质的“半导体纳米线”，纳米线大约只有人类头发宽度的万分之一，这些纳米线有些可以转换热能、光能为电能，有些则可以作为纳米激光器，应用广泛，潜力十分巨大。杨培东一直是这个领域的领军人物，“废热发电”“最小纳米激光器”“人工光合作用”，都是他纳米导线研究之路上结出的累累硕果。

其中“人工光合作用”是纳米技术的一个划时代的突破。该项研究成果在线发表在2015年4月7日的《纳米快报》（Nano Letters.）上，论文题为《Nanowire–Bacteria Hybrids for Unassisted Solar Carbon Dioxide Fixation to Value-Added Chemicals》。斯坦福大学材料学副教授崔屹认为“这是一项先锋性的工作，开辟了新的研究方向，抓住了人类面对的最至关重要的难题之一（This pioneering work opens up an important new research direction， addressing one of the most critical problems human beings face. ）”。

人们熟知，在大自然界，植物每天都在发生着光合作用，将阳光、水和二氧化碳变为碳水化合物和氧气，通过这一神奇的过程，植物将外界的能量转化并储存起来。杨培东和其团队研发的“人工光合作用”就是要通过人工的手段，实现这一过程。

杨培东团队构建了一套由纳米线和细菌组成的独特系统。该系统可捕捉到到尚未进入空气中的二氧化碳。这一过程模仿自然界的光合作用。在自然界中，植物利用太阳能将二氧化碳和水转化成碳水化合物。不过，人工光合作用作用的想法则将二氧化碳和水转换为醋酸酯（acetate），后者是今天很多生物合成反应的基础。

更令人惊奇的是，科学家们正使用太阳能将二氧化碳转换为值钱的化工产品，例如生物可降解塑料、药品甚至是液体燃料。

该技术的关键之一S. ovate细菌，这是一种很好的二氧化碳催化剂，能生成醋酸。而醋酸能用于生产各种化工品，包括可与汽油相媲美的燃料——丁醇。在近似自然阳光照射200小时的环境下，杨培东团队实现的太阳能转化率为0.38%，这与自然界（光合作用）叶子的转化率相同。引起业界轰动，随后哈佛大学的相关研究团队也迅速跟进。

“我们相信，这是人工光合作用的革命性飞跃！”杨培东说。“我们的系统有潜力从根本上改变石油和化学工业，因为我们的体系中，将以完全可再生的方式生产化学品和能源，而非以前那样去地底下开采。”

美国等很多国家都试图捕集利用煤电厂排放的二氧化碳。在可预见的常来，化石能源仍将会是人类所广泛使用的能源之一。因此找到减少二氧化碳排放、降低温室效应影响至关重要。科学家们已提出各种办法捕集二氧化碳。例如：将二氧化碳转化成无害的有机化合物，甚至是利用小苏打来吸收二氧化碳，以防排放到大气中。人工光合作用的精妙之处在于另辟蹊径：如何捕捉、储存二氧化碳的难题，被消解为直接将二氧化碳（变废为宝）派上好用场。

“火星上大气环境95%是二氧化碳，阳光也充足，唯一的问题是水。”杨培东说，“目前研究发现火星在极地处有水，其他地方有没有水，有多少水还不清楚。”杨培东说，“人工光合作用”未来可以使用太阳能将二氧化碳转换为化工产品，例如燃料、药品、肥料、商用化学品等。有了这些，让人们在火星上生活真正成为可能。

他表示，目前这一套系统的成本、转化效率都已经取得突破，唯一的制约因素是稳定性问题，该团队目前在“生物催化剂”和“固态催化剂”两个方面同时进行进一步研究，以解决稳定性的问题。除了人工光和作用外，杨培东还利用纳米线进行废热回收利用的研究，目前已经成功实现商业化，在美国和加拿大的很多油田利用他的这一技术，将废热转化为电能。

杨培东的几个研究项目都成功從实验室走向了实际应用，但当谈到一项技术从发明到全面应用所需要时间时，杨培东认为这个时间是不可预期的：“我们做的废热发电，就花了十年来进行基础研究。然后我们发现了一种材料，无论是从能量转化效率、稳定性和成本上，产业化已经可以接受了。所以几年内我们就把实验室的东西进行了应用。但我们之前也没有想到，五年内我们就可以把废热发电的基础研究转变成应用。人工光合作用从研究到应用，也许是五年，也有可能二十年。科学上的问题，我们已经证明是可行的了，还需要进一步优化才能把这项技术的稳定性、成本、效率提高些。”

尽管已经是终身教授、纳米公司的合伙人，杨培东仍然花了很大的精力在中国推进纳米材料学的研究和教育工作。他经常提到的一个词是“原创性”，认为做研究就要做原创性的，别人没有做过的研究。

作为上科大物质科学与技术学院的创建院长，杨培东为该院的组织与建设奔走：“我来，就是为了发展国内的科研人才。”杨培东希望有志科研的学生们在学习基础知识的同时，从本科开始就对学术研究进行创造性的思考。