WILEY 人物访谈——河南师范大学白正宇教授

“学高为师,德高为范”。研究生阶段,学生与导师可谓是紧密的联系在一起,对于学生的生活与科研,导师都将起到非常重要的作用,也将成为学生在科研之路上的第一位标榜。本周的Wiley人物访谈,我们访谈了一位优秀的女性科学家——白正宇教授。白教授长期从事于“绿色化学”相关的研究领域,比如绿色新能源纳米材料、绿色仿生合成、新能源研究等,并取得了丰硕的研究成果。下面由白教授为我们介绍一番她的优秀工作,同时感受她对科研怀揣的一颗“躁动平静”的心。

人物简介

白正宇,博士,教授,博士生导师,国家基金委优秀青年基金获得者,河南省高校科技创新团队带头人。白正宇教授2010年获河南师范大学博士学位,2016年在加拿大滑铁卢大学从事博士后研究。主要研究方向为绿色新能源纳米材料、燃料电池、金属-空气电池催化剂的绿色仿生合成及性能。主持国家自然科学基金委优秀青年基金、面上项目、青年基金各1项、河南省高校科技创新团队支持计划、河南省基础与前沿技术研究等4项。在Nat. Commun.,Angew. Chem. Int. Ed.,Adv. Mater.,Adv. Energy Mater.,Adv. Funct. Mater.等国际顶尖刊物发表SCI收录论文80余篇,3篇为ESI高被引论文,4篇为封面论文,一篇文章研究成果受邀在Wiley官方网站进行视频报道,获授权发明专利12件。获国际和全国学术会议邀请或主题报告8次。2018年获第四届国际电化学科学与技术大会(EEST2018)“杰出青年学者”称号。

走进科学

MVC:您可以简单介绍一下课题组目前主要研究方向吗?

白正宇教授(Prof. Bai):课题组依托绿色化学介质与反应教育部重点实验室、科技部绿色化学与电源材料学科创新引智基地(111引智基地),主要研究方向为绿色新能源纳米结构材料、新型能量或物质转化电催化剂,包括燃料电池、金属-空气电池、二氧化碳和氮气还原等电催化材料的绿色仿生合成及性能研究。仿生设计合成系列工程化细胞,提出了基于活体细胞内腔原位合成催化剂的新方法,可作为人体植入式燃料电池,用于心脏起搏器等生物医用装置电源。响应“碳达峰,碳中和”号召,多管齐下,直指“利用清洁能源解决可持续发展”的问题。

MVC:您先前的一项工作发表在Nature Communications期刊上,该工作利用硫代磷酸锂(LPS)用作固态电解质提高电池性能;关于此,您是如何想到将LPS用于固态电解质的呢?另外,您可以简要说明一下文中多次出现的“switch on”的内涵吗?(文献链接:https://doi.org/10.1038/s41467-019-09638-4

Prof. Bai首先非常感谢您对我们研究组研究成果的关注。化学是一门实验科学,一个研究成果的产生往往是在不断思考和实验的多次迭代过程。对于这个课题的命题点,是基于我们对前期工作的不断思考与总结,思考制约Li2S正极性能的因素是什么,固态电解质需要提高的是什么?在此基础上,硫代磷酸锂(LPS)的发现只是我们想到的一系列可能解决上述问题的备选项中的一个。基于前期大量研究工作,关于硫化物在电催化剂中的应用,我们创造性地将含硫固态电解质LPS应用到锂硫电池里,将其用于电化学体系氧还原介质开关,电化学“开启”以降低商用Li2S的首次充电过电位,来解决Li2S首圈不宜活化的难题,首次实现商业级Li2S的可控活化。这也就是您第二个问题“switch on”的主体。而“switch on”的过程是怎么发生的?又是如何进行的,我们在文章中结合充分的实验数据做了非常详尽解释,并在文末配以示意图解,欢迎各位读者在WILEY官网上查阅。

MVC:您认为氢氧燃料电池会在什么时候才能大规模应用?现阶段的阻力更多在于下游需求不足还是上游氢气供给不足呢?

Prof. Bai: 从全球范围来看,引领燃料电池发展的美欧日韩等国的规划关键节点大多聚焦在2040-2050年间。而就目前我国的现状来看,中国氢能产业集群已经初步形成,但就燃料电池产业而言,从产业链到关键技术及零部件以及资金投入等方面仍存在许多亟待攻克的难题,需要政府、企业和研发机构的相互协作,共同努力来解决。根据2016年发布的《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》的规划来看,至2030年,我国的加氢站和具有竞争优势的燃料电池车辆保有量将分别达到1000座和100万辆,如果这一目标能够实现,那么燃料电池的大规模应用应该也就不会太远。

MVC:在您的众多优秀工作中,哪一项工作是您最骄傲最珍视的?

Prof. Bai说到最珍视最骄傲的工作,我希望它正在路上,也许在不久的将来。就以往工作来看,我们于2019年发表在Angew. Chem. Int. Ed.上的一篇题为“In Situ Engineering of Intracellular Hemoglobin for Implantable High Performance Biofuel Cells” 的文章是我印象比较深刻的。在这篇工作中,受生物体机制启发,我们设计将具有弱电催化性能的红细胞与羟基磷灰石原位组装,合成了具有多活性位点协同的、性能优异的新型氧气还原反应(ORR)电催化剂,首次提出了基于活体细胞内腔原位合成催化剂的新方法。我们依据纳米生物技术和细胞的生理特性,设计通过利用环境友好的红细胞和无机盐原材料,采用室温分步渗透法,实现了细胞内含有超小纳米羟基磷灰石与血红蛋白结合的工程化红细胞(NERBCs)的原位绿色合成。研究结果表明,将该工程化红细胞应用于模拟人体血液成分的工作环境,可作为植入式体内生物燃料电池的氧还原催化剂,展示出优异的催化性能,达到了该领域国际一流水平(如图1)。该工作首次报道了基于活体细胞合成新型催化剂的绿色合成方法,为生物燃料电池催化剂的发展提供了新思路。这一成果不仅在发展纳米调控人体单细胞功能方面有重要理论意义,而且为心脏起搏器等植入式生物装置提供新型电源方面发展了新策略。该成果被国际顶级期刊Nature Review Materials以“生物燃料电池:由血液发电”(BIOFUEL CELLS: Powered by blood)进行了专题亮点评述。

图1 NERBCs组装生物燃料电池示意图

躁动且平淡

MVC:对于想进入您团队的新人,您认为他们应该至少具备怎样的品质?

Prof. Bai我认为科研工作需要的是具有多种素质的综合能力。就我个人来看,最基本的应当是勤奋,勤于动手,勤于思考。同时,有一颗躁动的心,渴望揭示科学的真谛;和一颗平淡的心,去面对实验中的问题和成果。我常常会问学生一个问题,“什么是成功的实验?”是得到一组优异的数据吗?在我看来,并不是这样的,只要一组实验能够得到指导后续工作的有价值的结果,这个结果,无论好坏,实验都是成功的。那么面对或是优异或是不尽如人意的实验数据时,能够积极客观的去处理分析,进而得到数据背后所反应的问题,这个过程所需要的正是对揭示科学真相的渴望和一颗平淡的心

MVC:您认为在科研之路上想要有所成就,最重要的因素是什么?

Prof. Bai就我个人认为,科研成就的取得所需的重要因素,也正是上个问题中我对团队的新人所具备品质的要求。因为我的目标与愿景就是让团队中的每一个成员都能够在科研之路上有所收获,让人生价值在科研之路上有所体现。

MVC:可以谈一谈哪些人或哪些经历对您的科研生涯产生过重要影响吗?

Prof. Bai毫不避讳的讲,我是一个河南师大毕业的土生土长的土博士。作为一所师范院校,师大以“师范”二字为传承。学高为师,德高为范,所以,我在母校求学的那些年,让我学会并决心将“师范”继续传承。那么想要为人师表,不断的精进业务就成了必须。师大给我机会让我到加拿大滑铁卢大学访学,与加拿大最年轻的两院院士陈忠伟教授的相遇,是我继续精进我在燃料电池正极材料领域研究的又一次飞跃。陈院士的团队是一个团结而又充满创新活力的团队,在这里,我看到了多方向相互融合,协同发展。也正是受此启发,并在陈教授的帮助下,我在继续精进自己对贵金属氧还原催化体系理解的同时,又将视野拓宽至非贵金属催化体系。为今天团队更为广泛的研究方向奠定基础。

MVC:科研压力大,不仅仅是针对研究生群体,导师往往也承担很大的压力,您是通过哪些休闲活动或者兴趣爱好来排解这些压力的呢?

Prof. Bai科研工作,是对未知领域的探索,因此也必然充满挑战。我常常把科研任务比作一座大山,挑起一座山难,而担起一担土却容易很多。因此,面对科研任务,我常常选择像愚公一样“保持工作,保持专注”,将科研任务的大山拆解为一担又一担土,逐一攻克,不断获得成功的成就感,科研压力也就随之而去了。在一项科研任务与下一项科研任务间的短暂空余,正是居家读书和外出旅行的好时候!

MVC:每个研究生都想要快乐而又充实的实验室生活,您可以用几个词简要说明一下此中关键吗?

Prof. Bai作为科研工作者,当你能够把科研工作放在第一位,全身心投入,走在导师给你安排的科研任务和自己计划的阶段目标的前面时,充实和快乐就都属于你!