Wiley人物专访—中科院金属所李峰研究员

本周末WILEY人物访谈我们对话的是中科院金属所李峰研究员。访谈中李老师谈到研究和应用是两个方面的统一,以碳材料为例,研究时更多考虑的是碳材料的优点,而应用时更多考虑其在具体应用中的缺点。科研的最终目标包括两个方面,一个方面是形成新知识,丰富全人类的知识系统;另一方面是产业化,对于材料领域的研究来说,尽管产业化很难,但一旦进入市场,就会对社会发展产生促进,发挥巨大的效应,这两个方面都会对我们的社会作出贡献。

李峰,博士,研究员/教授,中国科学院金属研究所/中国科学技术大学材料科学与工程学院。已在Adv Mater、Nature Comm、Nature Energy等国际期刊发表论文300余篇,两篇论文入选中国百篇最具影响国际论文(2008,2014),被引用超过30000次,超过30篇高被引用论文,2016-2019年入选科睿唯安高被引用科学家名单, H因子81,受邀为Science、Adv Mater等撰写综述和展望论文,获得国家发明专利20余项,在国内外学术会议做大会/邀请报告30余次。获得了国家杰出青年基金支持(2015)资助,入选辽宁省“百千万人才工程”百人层次人选(2016)、万人计划科技创新领军人才(2018)。2006年获得国家自然科学奖二等奖(排名第二),2018年获得辽宁省自然科学奖一等奖(排名第一),2018年获得中国颗粒学会自然科学奖一等奖(排名第一)。被聘为《新型炭材料》、《Journal of Energy Chemistry》、《Energy Storage Materials》、《储能科学与技术》编委及《Advanced Functional Materials》客座编辑等。指导的研究生中有20余人次获得了研究生国家奖学金、中国科学院优秀博士学位论文、中国科学院院长特别奖(优秀奖)等奖励。

MVC:能否请您先简单介绍一下您课题组的科研工作?

LF我的课题组主要从事新型电化学能源材料与器件研究。在纳米材料的结构及表面状态对电化学过程的影响规律、材料制备、新型储能器件的设计与应用探索等方面取得了系统创新性成果,发现了碳材料表面状态、孔结构及与非碳材料在电化学过程中的新机制;提出了具有普适性的碳材料孔结构的新概念、孔结构和碳材料表面结构调控的新方法,发明了电化学电荷注入改变电极材料表面状态的方法,并将其应用于多种电化学储能体系,实现了电极材料的功率密度和能量密度同时提高,发展了智能电化学储能器件;提出了一体化和柔性碳基电极材料的设计思路,设计并发展出多种柔性电化学储能器件用碳基电极材料,实现了多种原型器件验证,推动了柔性储能器件的发展;提出了碳基三明治电极结构,实现了全新结构锂硫电池的碳硫正极设计,使硫正极具有一体化和高负载量等特点。这些研究成果推动了新型电化学储能器件的进展,解决了纳米材料储能应用的一些关键问题,研制出宽温度使用范围、高能量密度、高功率密度和柔性器件用电极材料及储能器件,已在多家公司转化

MVC: 是什么因素让您选择了目前的研究方向?

LF机缘巧合吧。我本科就读于是南京化工大学(现南京工业大学)的腐蚀与防护专业,来到中科院金属所读研究生以后,在成会明研究员的指导下,进行了碳材料的研究,硕士期间主要集中在单壁碳纳米管的制备。尽管很早就制备出了单壁碳纳米管,但是一直没有把握,直到在成老师的指导下才确认了是单壁管,后来我们的方法成为单壁管制备的三种主要方法之一,博士期间进行了单壁碳纳米管的提纯和物性研究。博士毕业之后,就留在成老师组里继续进行科研工作了,最初进行碳纳米管产业化工作。由于产业化的时机不对吧,起了一个大早赶了一个晚集,虽然批量生产了碳纳米管产品,但市场很小,公司不得不进行转型。当然在碳纳米管生产出来以后,我们就在思考应用。当时读到了Carbon一篇关于纳米碳纤维的应用在锂离子电池中用作导电剂的论文,所以在2001-2002年,我们就提出将碳纳米管作为导电添加剂应用于高容量、大功率锂离子电池和高性能超级电容器中,也很幸运得到了国家863计划的支持,从此我们就开始了纳米碳材料在电化学领域的研究工作,也逐渐成为自己目前的研究方向。

MVC:您如何看待碳基材料及其在储能领域应用的现状和前景?

LF碳基材料在电化学领域一直有着非常广泛的应用,无论是基础研究还是生产,如已经大规模应用于锂离子电池负极的石墨和电化学电容器的活性炭,而最近被广为研究的碳纳米管、石墨烯和石墨炔也被研究者看好,希望能够开拓全新的应用领域。随着研究的不断深入,大家也不断有新的认识。但仍需要考虑到研究和应用是两个方面的统一,比如研究时更多考虑的是碳材料的优点,而应用时则更多考虑碳材料在具体应用中的缺点,这也是我们虽然对纳米碳材料充满期待,但还没有充分发挥它们作用的重要原因之一。当前碳材料的研究已经达到了很高的高度,未来我们的研究都是站在巨人的肩膀上,也就要求每位研究者能够站得更高才能看得更远。碳基材料及其储能应用仍然是一个非常活跃的领域,还在进行不断的深化和探寻其产业化以及全新的应用领域。

MVC:您认为科研的最终目标是产业化吗?您如何看到目前国内技术转化的条件?

LF:科研的最终目标包括两个方面,一方面是形成新知识,丰富我们的认识,研究工作能够进入到教科书,促进我们对于自然本质的认识,丰富全人类的知识系统;另一方面,就是我们现在强调的产业化,对于材料领域的研究来说,尽管产业化很难,但一旦进入市场,就会对社会发展产生推动作用,发挥巨大的效应,这两个方面都会对我们的社会提供贡献。在研究过程中,我也进行了技术转移转化工作,非常有幸参加了多项材料的技术转化,其中有成功的,也有还在进展之中的,也有不算成功的。随着国内创新创业环境的改善,很多风险投资也愿意为材料的产业化提供资金,当然新材料作为产业化来说是创造新需求。尽管现在非常活跃,出现了不少创业公司,但成功的几率比其他行业来说要稍微低些。

MVC:对于您发表的著作,哪些是令您最骄傲的?您最喜欢的是您哪部分的研究工作?

LF迄今已经发表了三百余篇论文,其中最为骄傲的还是2008年在Angew Chem上发表的一篇论文,这篇论文还入选了中国百篇最具影响国际论文,是我指导的第一个研究生王大伟进行了大约三年的研究工作。但这个工作的发表经历却是非常曲折,前前后后投稿了很多杂志,花费接近两年时间,那段时间我们几乎每天都在讨论这篇论文。当然经过不断修改,成老师和逯高清老师也修改了很多次,而且是面对面的讨论,提出了很多修改建议,同时那个时间我们发表的论文也不多,所以和大伟一起每次被拒稿都要郁闷一段时间,也是成长之中的烦恼吧。但最后被Angew Chem杂志送审了,返回的审稿意见有一条印象非常深刻,就是问我们工作Chemistry体现在哪里,我们又是很紧张地准备了很长时间,我们在此文中提出的层次孔概念其实对于各种化学反应都是适用的,不仅仅是电化学反应,我们也非常开心最后被Angew Chem接受发表了。这篇论文提出来的层次孔的概念很快就被同行所接受,发表后Nature China给我们发了评论,认为我们在碳材料孔结构方面有了全新的认识。从2008年发表到现在获得了很多引用(超过1600次),最近我们在Nature Energy工作也是对于孔结构的调控,算是这个工作的后续进展吧。

我最喜欢的工作是2013年在Angew Chem上发表的另一个工作,关于碳材料表面状态的调控,如何改变碳材料的表面状态来调控其电化学性能。这个工作有点像星球大战的第一部那样,创造了一个可以持续研究的空间,这个工作后续发展目前仍在进行,比如对碳材料表面电双层的新认识(Adv Energy Mater 2016, 2019,Journal of Energy Chemistry 2019)、智能型器件设计(Energy Storage Materials 2017)、电化学调控概念等等。现在还在继续从理论和实验方面挖掘新的东西,可能提出的概念理解起来比前面所述2008年发表的Angew Chem论文要难一些,所以引用没有那么多,但不影响我对这个工作的喜欢。

MVC:什么时刻您最享受工作中的乐趣?在科研经历中是否有些趣事可以和我们分享?

LF:其实科研想法的产生并得到验证是个过程,但这个过程往往是花费很长时间的,而且需要外界的刺激,比如会议、与别人讨论等等,其实最享受科研乐趣的时候就是产生新想法和得到了实验验证的时候。产生新想法的时间是极其不确定的,有时候在夜不能寐的时刻,有时候在自己出去观鸟放松心情的时候,更多时候在与同学和老师讨论、喝咖啡的情况下。产生新想法是非常激动的时候,所以为了保持激动的状态,坚持与每个同学固定时间和时长的讨论,当然更加高兴的事情是,自己的想法经过了实验验证,新想法真的被实验结果验证是正确的,这个是会更加激动的。就跟买彩票开奖一样,有新想法就是选号,做实验就是买彩票,最后的实验结果就是开奖结果。如果中奖了,当然就是十分开心的。

MVC:您认为科研人员最重要的品质是什么?您对有志从事科学研究的青年学生有什么建议?

LF有个理论,从事科研的要求很简单,只要是智商达到110,其实也没有必要太高了,因为自然给我们的能力总和可能是存在有上限的,但每个人个体的分配方式有些差异,所以我认为经过了大学本科的培训之后,原则上每个人都可以成为研究人员的。但既然是研究人员,就应该具有科学精神,能够从数据和分析之中得到乐趣,这个也就是所应具有的品质吧。另外就是“执着”,对于某个方向既要有深度也要有广度的。尽管现在研究细分的得非常厉害,但还是需要看到相关研究方向对自己研究课题的借鉴作用,同时也需要时间的沉淀,时间对于我们个体来说是数据的积累,也只有不断积累并进行分析总结才能获得科学的顿悟。关于建议,我不好说了,只是一点感悟,“入境宜缓,成名宜早”。

MVC: 您能否用简单的几个英文单词形容下拥有快乐的实验室生活的关键

(key to a happy lab life)

LFTake Time to Enjoy Real Science.