陳元振：和電化學(xué)較真的人

本刊記者 李玉琨

陳元振：和電化學(xué)較真的人

本刊記者 李玉琨

陳元振

隨著社會(huì)的快速發(fā)展和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，人們迫切希望發(fā)展新型電源技術(shù)來(lái)替代化石燃料和對(duì)環(huán)境有害的、效率低的電源類(lèi)型。最近十幾年來(lái)，鋰電池、超級(jí)電容器和燃料電池等新電源技術(shù)得到了廣泛研究并逐步應(yīng)用。其中，超級(jí)電容器因具有功率密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、能瞬間大電流快速充放電、工作溫度范圍寬等其他儲(chǔ)能器件不能比擬的優(yōu)勢(shì)，在諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用，并具有廣闊的市場(chǎng)前景。

陳元振作為西安交通大學(xué)材料物理與化學(xué)研究室的一名教師，致力于鋰離子電池、超級(jí)電容器、新型石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)功能化與電化學(xué)應(yīng)用、水系電化學(xué)催化等新能源儲(chǔ)能器件研究，如氫析出(HER)、氧析出（OER）和氧還原(OER)?！捌垷o(wú)濟(jì)代心，獨(dú)善亦何益”，這便是他做科研的最大動(dòng)力。

操千曲而后曉聲，觀(guān)千劍而后識(shí)器

2012年，陳元振進(jìn)入西安交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院工作，至今已有5年的光陰。陳元振說(shuō)，走上物理材料與化學(xué)這條路后，他就根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活需要，調(diào)整研究方向，為解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題服務(wù)。從博士期間主要從事碳材料儲(chǔ)氫的研究，到畢業(yè)以后將研究方向投向電化學(xué)儲(chǔ)能，再到汽車(chē)的啟動(dòng)電源，這些研究無(wú)一不是根據(jù)時(shí)代、生活所需研發(fā)的。

有感于生活中楓木的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，陳元振的項(xiàng)目“具有生物質(zhì)孔道形態(tài)三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)的制備及儲(chǔ)能應(yīng)用”成功申請(qǐng)到國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。該項(xiàng)目準(zhǔn)備以生物質(zhì)碳?jí)K體為模板，通過(guò)鎳鹽浸漬—燒結(jié)—還原法復(fù)制其結(jié)構(gòu)制備鎳骨架。采用CVD法在其表面上沉積碳層，然后通過(guò)酸蝕的方法除掉鎳骨架，最終制得三維生物質(zhì)孔道形態(tài)石墨烯網(wǎng)絡(luò)。研究影響鎳骨架尺寸及結(jié)構(gòu)連續(xù)性的主要因素，揭示石墨烯在微米級(jí)鎳骨架上的生長(zhǎng)機(jī)制，建立三維生物質(zhì)基石墨烯骨架網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化制備的方法論。以其為基體生長(zhǎng)活性材料并測(cè)試復(fù)合電極的電化學(xué)性能，研究三維石墨烯骨架網(wǎng)絡(luò)對(duì)活性材料生長(zhǎng)、載量及電容性能的影響規(guī)律，為高能量密度復(fù)合電極的制備提供理論指導(dǎo)。陳元振表示，這個(gè)項(xiàng)目的研究會(huì)在電池材料、催化劑等方向有廣闊的應(yīng)用空間，極具實(shí)用性。

陳元振說(shuō)，攻讀博士的這幾年時(shí)間，無(wú)論是在理論上還是在實(shí)踐上都學(xué)到許多知識(shí)，為以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。陳元振攻讀博士學(xué)位期間就已經(jīng)從事聚苯胺與多孔碳材料制備與儲(chǔ)氫應(yīng)用研究，積累了大量聚苯胺材料的制備經(jīng)驗(yàn)，已成功制備出一系列矩形截面的聚苯胺管，通過(guò)對(duì)其碳化和活化得到了比表面積大的聚苯胺基矩形碳管，結(jié)果其最大儲(chǔ)氫量可達(dá)到5.2wt%，并且研究結(jié)果已在氫能研究的權(quán)威期刊International Journal of Hydrogen Energy上發(fā)表。同時(shí)，陳元振對(duì)矩形碳管材料進(jìn)行了超級(jí)電容器研究，其中最大的比電容可以達(dá)到220Fg-1，研究結(jié)果已在電化學(xué)權(quán)威期刊Electrochimica ACTA上發(fā)表。除此以外，陳元振還對(duì)聚苯胺顆粒摻雜F e納米顆粒的儲(chǔ)氫性能也做了研究，以二茂鐵做為造孔劑，制備了比表面積巨大的多孔碳材料，其值可達(dá)到3200m2g-1，其低溫77K儲(chǔ)氫量可達(dá)到6.3wt%。該研究成果也在氫能研究的權(quán)威期刊International Journal of Hydrogen Energy上發(fā)表。

為減少燃燒石油的內(nèi)燃機(jī)尾氣排放對(duì)環(huán)境的污染，研究者們已經(jīng)進(jìn)行混合動(dòng)力、燃料電池、化學(xué)電池產(chǎn)品及應(yīng)用的研究與開(kāi)發(fā)，并取得了一定的成效。但是由于它們固有的使用壽命短、溫度特性差、化學(xué)電池污染環(huán)境、系統(tǒng)復(fù)雜、造價(jià)高昂等致命弱點(diǎn)，一直沒(méi)有很好的解決辦法。超級(jí)電容器以其突出的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在已成為世界各國(guó)（特別是西方發(fā)達(dá)國(guó)家）研究與開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。

陳元振也在不遺余力地研發(fā)高能量高密度的超級(jí)電容器。陳元振說(shuō)，贗電容電極材料的能量密度高，但是普遍面臨著循環(huán)性能差的問(wèn)題。主要的原因是電極材料機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性差，導(dǎo)致循環(huán)過(guò)程中材料性能衰退。通過(guò)分析研究，陳元振研制出一種利用支柱作用（BO2-）增強(qiáng)層狀（α-Ni(OH)2）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的材料，這種材料不僅表現(xiàn)出超高比容量（1800F/g），而且循環(huán)性能高達(dá)10000次，保持率為84%，遠(yuǎn)達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用水平。該研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊Nano Letters上，并得行業(yè)學(xué)者的認(rèn)可。

從早上8點(diǎn)進(jìn)入研究所，不到深夜12點(diǎn)不會(huì)回家，學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)，再學(xué)習(xí)，再實(shí)驗(yàn)，是陳元振工作循環(huán)的軌跡。5年來(lái)，僅一本《電化學(xué)原理》陳元振就看了無(wú)數(shù)遍?！皶?shū)需要反復(fù)看，很多細(xì)節(jié)的東西我們要多推敲，這樣在實(shí)際操作中才會(huì)更加順利?！笔澜缟蠜](méi)有天生的才氣，才氣必須經(jīng)過(guò)磨練?？蒲幸彩牵仨毥?jīng)過(guò)反復(fù)無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)才會(huì)尋得曲徑通幽處。

山重水復(fù)疑無(wú)路，柳暗花明又一村

“在科研中，我時(shí)常會(huì)掉進(jìn)死胡同，在苦思不得其解時(shí)，有時(shí)會(huì)因?yàn)閯e人的一句話(huà)豁然開(kāi)朗?！?/p>

陳元振說(shuō)，馬克思不僅是一個(gè)偉大的哲學(xué)家，還是一個(gè)偉大的數(shù)學(xué)家。馬克思在做哲學(xué)研究碰到難題時(shí)，一時(shí)間找不到解決方法，他會(huì)暫時(shí)放下哲學(xué)，轉(zhuǎn)而研究數(shù)學(xué)。某個(gè)時(shí)候，靈光一現(xiàn)，哲學(xué)難題就迎刃而解了。陳元振也是如此，在科研遇到瓶頸時(shí)，陳元振會(huì)暫時(shí)放下手中的研究，轉(zhuǎn)向另外一個(gè)研究，常常問(wèn)題就在做另外一個(gè)研究時(shí)得到解決。

在陳元振眼中，讀別人的文獻(xiàn)、論文也是解決問(wèn)題的一種方法?！翱磩e人的文獻(xiàn)，反過(guò)來(lái)思考自己的問(wèn)題，尋找最佳的解決方法，再回到自己實(shí)驗(yàn)中?！蓖ㄟ^(guò)讀別人的文章來(lái)尋找問(wèn)題的突破口是許多科研者推崇的方法。在讀他人文章時(shí)會(huì)帶給人一些靈感，所謂“一語(yǔ)點(diǎn)醒夢(mèng)中人”，說(shuō)的正是如此。

專(zhuān)注做實(shí)驗(yàn)

對(duì)于科研，陳元振有種較勁的精神。用他的話(huà)說(shuō)：“我是個(gè)倔脾氣，常常還有點(diǎn)‘自負(fù)’，我堅(jiān)持的東西，我會(huì)堅(jiān)持到把它做出來(lái)為止?！痹谧鯨i-S電池時(shí)，陳元振棄人們常用的正極用硫，負(fù)極用鋰片。鋰片非常不安全。怎樣改變這種情況？陳元振把正極換成硫化鋰，負(fù)極換成石墨。力排眾議，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)，陳元振證明出自己的想法是可行的。他說(shuō)，在接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)里會(huì)牽扯到做硫化鋰，硫化鋰遇到空氣中的水分會(huì)分解出硫化氫和氫氧化鋰，硫化氫在空氣中有臭雞蛋的味道。雖然這一問(wèn)題目前還未解決，但是陳元振依然堅(jiān)持自己的想法，努力尋找解決問(wèn)題的最佳方法。

我不是老板，是老師

先生不應(yīng)該專(zhuān)教書(shū)，他的責(zé)任是教人做人；學(xué)生不應(yīng)該專(zhuān)讀書(shū)，他的責(zé)任是學(xué)習(xí)人生之道。身為導(dǎo)師，陳元振和學(xué)生既是師生關(guān)系又是朋友、工作伙伴關(guān)系。在陳元振心中，科研重要，但教書(shū)育人、授業(yè)解惑才是第一位的。“我對(duì)我的學(xué)生最大的期望是他們都品質(zhì)高尚，只有品質(zhì)高尚的人無(wú)論是在科研中還是在其他工作中才能有所成就?！贬槍?duì)現(xiàn)在有些學(xué)生把導(dǎo)師直呼老板，陳元振極其反對(duì)?！霸谖铱磥?lái)。我的第一角色永遠(yuǎn)是導(dǎo)師”。

陳元振引用愛(ài)因斯坦的話(huà)說(shuō)：“提出一個(gè)問(wèn)題往往比解決一個(gè)更重要。因?yàn)榻鉀Q問(wèn)題也許僅是一個(gè)數(shù)學(xué)上或?qū)嶒?yàn)上的技能而已，而提出新的問(wèn)題，卻需要有創(chuàng)造性的想像力，而且標(biāo)志著科學(xué)的真正進(jìn)步。”陳元振偏愛(ài)喜歡提問(wèn)的學(xué)生，他很樂(lè)意學(xué)生推著老師走。于學(xué)生而言，提問(wèn)多，說(shuō)明思考多，腦袋越用越聰明。于老師而言，學(xué)生的問(wèn)題有時(shí)會(huì)帶來(lái)新想法，開(kāi)拓思路。“三人行，必有我?guī)熝伞?，在學(xué)生面前，陳元振不會(huì)擺出一副高姿態(tài)，就如他說(shuō)的“亦師亦友?！?/p>

“科研是一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，用發(fā)表論文的數(shù)量是衡量不出來(lái)的，有時(shí)候一篇科研論文要花幾年的時(shí)間來(lái)完成?！边@是陳元振對(duì)科研的態(tài)度，5年過(guò)去了，陳元振對(duì)電化學(xué)的研究仍有初戀般的熱情。平靜的湖面，煉不出精悍的水手；安逸的環(huán)境，造不出時(shí)代的偉人。“我是農(nóng)村長(zhǎng)大的孩子，吃苦精神可以說(shuō)與生俱來(lái)?！闭?yàn)樵陉愒裆砩嫌幸环N能吃苦的精神，所以他才無(wú)所畏懼，在材料物理與化學(xué)領(lǐng)域不斷探索，一路向前。