WILEY 人物访谈——中国科学技术大学陈立锋教授

化石能源的时代由于其资源有限与环境污染的缺点将一去不复返,而体量几乎无限的可再生能源成为全世界能源转型的重点方向。像太阳能、风能等可再生能源受限于其间歇性与不稳定的本征劣势,目前还很难实现大规模利用。可以通过电化学方法将不稳定的可再生能源转化成化学能,进一步实现稳定的电能输出。本周的Wiley人物访谈,我们介绍一位优秀的青年科学家——陈立锋教授。陈教授长期从事于电化学能源存储与转换,在能源领域取得了一系列优秀的科研成果。接下来,我们一起来走进电化学能源转化的世界,一窥其发展前景与面临的挑战。

陈立锋,男,国家海外高层次青年人才、中国科学技术大学特任教授、博士生导师、Chinese Chemical Letters青年编委、国家自然科学基金项目评审专家、国家教育督导局博士学位论文抽检评审专家;2013年在中国科学技术大学获得博士学位,随后在中国科学技术大学、新加坡南洋理工大学、日本产业技术综合研究所等科研机构工作,在ScienceAdvanced MaterialsEnergy & Environment ScienceAdvanced Energy Materials等国际著名期刊上发表一系列学术成果,总论文他引6000余次;曾获Nano Research Top Papers AwardJSPS Postdoctoral Fellowship、安徽省品学兼优毕业生等奖项,主持国家自然科学基金委面上项目、国家重点研发项目子课题等,参与编写专著1部。

MVC:能否请您简单介绍一下课题组目前的主要研究工作呢?您对哪些研究方向比较感兴趣呢?

陈立锋(下称CLF):目前,我们课题组主要从事生物质衍生纳米材料的结构设计、宏量制备及其在电化学能量存储与转化(新型二次电池、超级电容器、柔性储能器件、光催化等)方面的研究。

生物质是自然界赋予人类的巨大宝藏,我对生物质衍生纳米材料的制备及其应用方面比较感兴趣。

MVC:您认为利用生物质材料开发能量存储与转换电极材料有哪些优势与劣势呢?

CLF生物质材料在开发能量存储与转换电极材料方面具有很多优势,比如:来源丰富、环境友好、可再生、成本低等。可见,从材料的经济实用、可持续利用等方面综合考虑,采用生物质研制能量存储与转换电极材料具有极其重要的战略意义。

但是,生物质的种类多样,其组成成分也呈现出多种多样。研究人员需要根据生物质的组分及其特点,选择合适的分离方式来获取特定的有效组分制备能量存储与转换电极材料。这样以来,会降低生物质材料的利用率。我认为这是生物质研究面临的挑战,也是生物质材料在开发能量存储与转换电极材料方面存在的劣势。

MVC:太阳能是最为广泛的一种可再生能源,但是人类目前很难充分利用太阳能,这其中有哪些因素限制对其利用呢?

CLF太阳能是一种清洁能源。但是,太阳能也有一些缺点:一是尽管到达地球表面的太阳辐射的总量很大,然而能流密度很低;二是其强度受昼夜、季节、地理纬度、海拔高度以及气候等自然条件的影响,不能提供维持且稳定的能量。这两个主要缺点给太阳能的大规模应用增加了难度,也限制了太阳能的高效利用。

MVC:最近,Wiley旗下的Advanced Energy Materials期刊接收了您的一项水系钠离子电池工作,可以请您简单谈一谈这项工作的灵感来源以及遇到的问题吗?

CLF水系钠离子电池由于其具有成本低、安全和环保等优势,被认为最有希望应用于大规模的储能。但是,目前水系钠离子电池的循环寿命较短、能量密度较低,这些严重阻碍它们的实际应用。为了构建高性能的水系钠离子电池,我们基于液相溶解重结晶机理,利用简单的低温水热法制备出规整的碳包覆空心NaTi2(PO4)3纳米立方块(缩写为NTP@C)负极材料,同时率先提出一种锌诱导预钠化的策略,将锌金属引入负极从而使得Na0.44MnO2正极在0.2 C时比容量高达75.16 mAh g1,避免了Na0.44MnO2正极的预充电和NaTi2(PO4)3@C负极的预钠化,并使用深共溶电解液(NaClO4∙H2O、H2O以及尿素的摩尔比为1:3:2),构建出性能优异的水系钠离子电池。这个电池具有3500次循环的超长循环稳定性和50.0 Wh kg1的高能量密度,远优于目前先进的水系钠离子电池。此外,这种全电池的成本较低,每千瓦时成本低至30.3美元,并且电池的原材料易于规模化合成。

MVC:请问在您的科研生涯中,哪些事情或者哪些人对您产生过重要影响呢?

CLF从我本科、博士、博士后到独立工作,求学与工作路上遇到的每一位导师和前辈都是我的科研生涯的领路人;在我的科研生涯中每个关键时刻,家人和朋友也给了我无数的支持和帮助。我在科研的道路上能够走到现在,最要感激的是我的几位导师:俞书宏教授、徐强教授、楼雄文教授以及Pooi See Lee教授。

我刚读硕士研究生时,对未来的职业规划十分迷茫。幸运的是,俞书宏教授带领我进入纳米材料化学这个神奇的微观世界,让我体会到科研的乐趣。这么多年来,俞老师严谨治学的求实精神、忘我工作的奉献精神、甘为人梯的育人精神对我的人生产生了深远的影响。他要求我们发表论文前必须将实验重复三遍以上,同时仔细检查、核对我们测试的每一个数据以确保实验的可重复性非常好。俞老师除了出差以外,其他时间几乎都在学校指导我们的研究工作。他虽然平时比较忙,走起路来更是健步如飞,但是与我们讨论问题时总是耐心细致。后来,俞老师还推荐我到楼雄文教授、徐强教授以及Pooi See Lee教授课题组从事博士后研究。这段科研经历是我人生中宝贵的精神财富,也为我日后能够回到中国科学技术大学继续从事科研工作奠定了重要的基础。

楼雄文教授也是纳米材料领域的国际著名科学家,我在博士期间就经常学习他的文章。他是一位负责、严谨、雷厉风行的老师。他对课题组每个科研工作都是高标准、严要求,每隔几天就抽空与我们讨论实验进展情况。在楼老师课题组的那段科研生活也是我人生中重要的科研经历,为我的海外科研工作创造了一个良好的开端。

随后,我有幸获得日本学术振兴会(JSPS)博士后奖学金,进入日本产业技术综合研究所徐强教授(现为南方科技大学讲席教授)课题组担任JSPS特别研究员。在徐老师课题组期间,我的办公桌正好在他的对面,这让我时刻都能感受到他那认真负责、精益求精、勤勉朴实的精神。他也和我其他几位导师一样的治学严谨,总是逐字逐句为我修改文章,连一个标点符号都从不放过,还时常给我讲解一些英语单词的用法和句式结构的写法,这些让我的英文写作水平大幅度地提高。我在徐老师课题组发表每一篇文章时,他和我一起都修改超过10遍。徐老师还经常嘱咐我们力争做01”的研究工作。此外,我在徐老师课题组还学到了国外的一些科研方法和规则,包括实验记录与数据的管理、实验室安全规范等。我常常为能够在徐老师课题组从事博士后研究感到幸运和自豪。这段重要的科研经历使我有能力回国独立从事科研并指导学生开展课题研究工作。

新加坡南洋理工大学Pooi See Lee教授不仅在科研工作方面做到世界一流,还热衷于推进绿色纳米技术的发展,并将研究成果转化运用于实际产业。她在指导我科研工作的时候,特别重视培养我产学研融合的能力。在Lee老师课题组,我不仅学会了如何撰写出色的产学研项目PPT报告和申请书,还学会了如何与企业人员更好的沟通、协作、解决问题。此外,她还经常嘱咐我做科研工作一定要视野开阔,多和国际同行交流合作。

MVC: 您在科研历程中遇到过的最大困难是什么?您是如何克服这些困难的呢?您认为这些困难对您的成长有怎样的影响?

CLF我的研究方向从最开始的重金属废水处理(硕士期间)转到电化学储能(博士期间),接着转到电催化分解水(徐强教授课题组),后来又转到柔性电子器件的构筑(Pooi See Lee教授课题组)。每次研究方向的转变都需要我进一步学习很多新知识和操作技能,让我感到备受挑战。在导师/学长的耐心指导与朋友们的全力支持、帮助下,我的每次转型都比较顺利。这些宝贵的经历也教会了我如何通过沟通和交流来发现问题、解决问题。

MVC:您的团队在招收研究生时,哪些能力、品质、性格是您所更为看重的呢?

CLF:品行端正、自律、勤奋、持之以恒、勇于挑战、善于思考总结、善于沟通和交流是一名优秀研究生必备的素质,我在招收研究生时更为看重他/她这几个方面的表现。

MVC:科学工作之余,您如何平衡生活和工作?您最大的爱好是什么?

CLF:我的大部分时间都用在工作上。尽管平时比较忙,我也会尽量和家人一起共进晚餐。假期里,我会和家人到附近的公园漫步,缓解平常工作的压力。工作闲暇之余,我喜欢听纯音乐和养花,顺便放松一下心情。

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)?

CLF Enjoy research, self-motivation, focus, hardworking, and persistence