立志科研事業(yè) 書寫人生之路

肖延勝

長期致力于具有新型納米結(jié)構(gòu)的金屬氧/硫化物以及碳基復(fù)合材料的設(shè)計與合成，并努力開拓這類材料在以鋰離子電池為代表的新型高性能儲能器件中的應(yīng)用，取得了顯著的科研成果。他，就是成都電子科技大學(xué)微電子與固體電子學(xué)院教授陳俊松。

涉足科研 初獲成功

1984年，陳俊松出生于四川省成都市。2004年至2008年，他就讀于新加坡南洋理工大學(xué)化學(xué)與生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院生物工程系獲學(xué)士學(xué)位。2012年，他于同所院校獲博士學(xué)位。

博士畢業(yè)以后，陳俊松先后在新加坡國立大學(xué)、新加坡南洋理工大學(xué)從事博士后研究。2013年至2014年，他于德國馬克思普朗克膠體與界面研究所任洪堡學(xué)者。2016年2月，任澳大利亞新南威爾士大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院訪問學(xué)者。于2016年中旬加入我國成都電子科技大學(xué)微電子與固體電子學(xué)院任教授。

通過幾年的科研工作，陳俊松在納米材料的設(shè)計和在高性能儲能設(shè)備中的應(yīng)用等方面開展了深入的研究。經(jīng)過艱辛的拼搏，他在該領(lǐng)域取得了初步的科研成果。

建立體系 提供依據(jù)

陳俊松利用溶劑熱法制備了富含暴露晶面為（001）高能面的銳鈦礦型二氧化鈦（TiO2）納米片。作為常見的金屬氧化物，TiO2在生產(chǎn)生活中應(yīng)用極廣。TiO2在鋰離子電池中作負(fù)極，它是通過鋰離子的可逆嵌入/脫出實現(xiàn)充放電反應(yīng)的。在銳鈦礦TiO2晶體結(jié)構(gòu)中，鋰離子主要沿著c軸方向擴散，從而儲存了能量。

根據(jù)上述儲鋰機理，鋰離子的脫嵌過程中對TiO2所產(chǎn)生的體積形變很小，這樣就使電極材料的穩(wěn)定性得到了提高，從而使電池的循環(huán)性能得到了增強。但是，由于TiO2自身的導(dǎo)電性能較差，其在高倍率下的充放電性能就受到了限制。如果能合成出富含暴露晶面為（001）面的TiO2納米結(jié)構(gòu)，對鋰離子脫嵌反應(yīng)的發(fā)生極為有利，TiO2在高倍率下的儲鋰性能也會得到提高。相關(guān)的計算結(jié)果顯示，由（001）面嵌入的鋰離子需要逾越的勢壘明顯比其他各晶面小，但是，其在銳鈦礦TiO2各晶面中具有最高的表面能，因此，TiO2的晶體在生長時，（001）面將會被其他表面能較低的晶面迅速替代，這也是實際合成過程中的重大難題。

為了解決這個難題，陳俊松建立了一個溶劑熱體系，使用異丙氧基鈦作為前驅(qū)體，在二亞乙基三胺存在的情況下于異丙醇中采用溶劑熱方法進行反應(yīng)，成功合成出了接近100%的暴露晶面為（001） 高能面的銳鈦礦TiO2納米片。二亞乙基三胺在此合成系統(tǒng)中體現(xiàn)出了對（001）面極好的穩(wěn)定作用，其在c軸方向上的生長得到了極強的抑制，誘導(dǎo)銳鈦礦TiO2晶體在ab面上進行擴展，形成了厚度約3納米、寬度為上百納米的薄片。薄片通過自組裝形成微米球，保證了它在溶液體系中的穩(wěn)定性。這種微米球比表面積較高，且由于二亞乙基三胺的穩(wěn)定作用，接近100的納米薄片暴露晶面為（001）面。正因為此微米球有此特性，在充放電過程中為鋰離子提供了更多的活性位；（001）納米片作為其功能/結(jié)構(gòu)單元有著極薄的厚度，使鋰離子在c軸上的擴散距離大大縮短。這兩大優(yōu)勢使該微米球在不同電流密度下的可逆容量較高，高倍率充放電性能也很好。

陳俊松建立的溶劑熱體系不僅可以合成純相的銳鈦礦型TiO2納米片，還能夠通過引入不同的模板/基底來制備多功能復(fù)合材料。使用該方法誘導(dǎo)TiO2納米片在具有較高導(dǎo)電性的碳納米管或石墨烯表面均勻地生長，即可得到一維或二維TiO2-C復(fù)合材料，進而提高產(chǎn)物的電化學(xué)性能。

此外，這種TiO2納米片也能包覆于二氧化硅納米球表面，形成SiO2@TiO2核殼結(jié)構(gòu)，用NaOH或HF選擇性蝕溶SiO2內(nèi)核，就能得到由TiO2納米片組成的微米空心球。如果把有磁性的四氧化三鐵引入空心內(nèi)腔，就能夠得到可磁性分離的同時具有優(yōu)越的降解有機染料催化活性的多功能光催化劑。這些工作無論是從產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、組份還是功能方面都體現(xiàn)了該溶劑熱體系的多樣性，為合成含暴露晶面為（001）高能面的銳鈦礦型TiO2及其多功能復(fù)合材料提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。

深入研究 獨辟蹊徑

在科研中，陳俊松開創(chuàng)性地利用草酸“由上至下”對阿爾法三氧化二鐵（α-Fe2O3）進行選擇性刻蝕制備了多孔材料。

長久以來，多孔材料都是材料領(lǐng)域備受人們關(guān)注的一種材料，具有密度較低、比表面積較大等特點。活性炭和多孔SiO2在此類材料中比較常見，有著極高的比表面積以及很強的吸附能力。然而，它們的制備方法比較復(fù)雜。通常情況下，活性炭要將碳源與具有高腐蝕性的強堿在高溫下進行活化，而多孔SiO2則要在硅源水解過程中引入有機造孔劑，然后再把造孔劑于高溫下分解去除。多孔金屬氧化物的制備與它們不同，除了要考慮孔隙的形成之外，還要精準(zhǔn)地控制晶體生長的過程。因此，制備這類材料需要的合成條件極為嚴(yán)格。在制備多孔α-Fe2O3時，陳俊松用草酸對其進行“自上而下”的選擇性刻蝕，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)時間，獲得了形貌/孔隙可控的α-Fe2O3材料。草酸比醋酸的酸性更強，它與氧化鐵發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，這和無機強酸HCl、H2SO4等相比，其反應(yīng)過程更溫和，選擇性較高，這樣就不會與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，避免造成損傷。

為了實現(xiàn)刻蝕反應(yīng)的方向可控，陳俊松首先將水熱法合成的α-Fe2O3納米顆粒作為刻蝕對象，加入磷酸二氫根離子作為覆蓋劑對α-Fe2O3的某些特定晶面進行包覆，這樣就達(dá)到了控制刻蝕方向僅沿（001）晶面的效果。α-Fe2O3納米顆粒在通過選擇性刻蝕之后形成了結(jié)構(gòu)完整、厚度均勻的單晶納米片，并且納米片的厚度可直接通過改變刻蝕時間進行控制。陳俊松還把該刻蝕方法延伸到α-Fe2O3微米顆粒上，通過調(diào)節(jié)刻蝕時間就能夠得到孔徑及總孔體積可控的多孔微米顆粒。當(dāng)作為鋰離子電池負(fù)極材料時，在特殊多孔結(jié)構(gòu)存在的前提下，此微米顆粒比刻蝕之前的樣品表現(xiàn)出了更為優(yōu)異的循環(huán)性能。他采用了全新且簡單的方法完成了功能性多孔金屬氧化物的制備，通過對材料的形貌結(jié)構(gòu)和孔隙的控制，顯著地提高該材料的物理化學(xué)性能，材料領(lǐng)域新的科研途徑也從而得以產(chǎn)生。endprint

主持科研 規(guī)劃未來

在平時的科研中，陳俊松積極承擔(dān)，勇于實踐。他曾在德國與新加坡主持或參與了多個能源材料相關(guān)的重要項目。他在學(xué)術(shù)方面也取得了一定的成績，發(fā)表學(xué)術(shù)論文62篇，其中第一作者32篇，被業(yè)內(nèi)同行廣泛引用，SCI他引達(dá)到9290次，其中多篇入選ESI高被引文章，H-index為44。2015年、2016年分別入選材料科學(xué)領(lǐng)域湯森路透全球3000位高被引科學(xué)家，推進了我國的科技創(chuàng)新和科技進步。此外，他還非常注重學(xué)術(shù)交流，曾參加過多個國際會議，并擔(dān)任多個學(xué)術(shù)期刊的審稿人。

在科研方面取得的優(yōu)異成績使陳俊松入選中組部第13批“千人計劃”青年項目，于2016年入選四川省“千人計劃青年人才”，2011年獲得“2010年國家優(yōu)秀自費留學(xué)生獎學(xué)金”。2013年，獲得了德國洪堡基金會博士后獎學(xué)金。他還榮獲了多個雜志頒發(fā)的“審稿人突出貢獻(xiàn)獎”等多項榮譽證書。

雖然獲得了多項獎勵，但是陳俊松仍然保持著謙虛的優(yōu)良品質(zhì)。在科研中勤奮不輟的他，還把目光緊緊聚焦于鋰硫電池。因為它有著很高的理論能量密度，在多種新型儲能設(shè)備當(dāng)中，很快成為高性能電池的研究熱點。與傳統(tǒng)的鋰離子電池不同，鋰硫電池是通過金屬鋰與單質(zhì)硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成不同鏈長的鋰硫化物來完成對鋰離子的儲存與釋放。現(xiàn)在的鋰硫電池一般存在著兩大技術(shù)瓶頸：一是單質(zhì)硫是非金屬，其導(dǎo)電性低導(dǎo)致電池的充放電可逆性以及容量保持率較差；二是在充放電過程中，正極活性物質(zhì)的放電產(chǎn)物多硫化物易溶于電解液，這樣就使電解液的導(dǎo)電率以及活性物質(zhì)的利用率大大降低，電池循環(huán)性能也從而變差。這種現(xiàn)象就是多硫化物的“穿梭效應(yīng)”。這兩大技術(shù)瓶頸阻擋了鋰硫電池發(fā)展的進程。因此，要想增強鋰硫電池充放電性能，就要大幅度提高硫正極的導(dǎo)電性，并有效抑制“穿梭效應(yīng)”。對此，陳俊松決定從新型納米材料的設(shè)計為出發(fā)點，以電子科大的多種改性與合成技術(shù)為依托，對充放電過程中的電化學(xué)反應(yīng)及其產(chǎn)物的物化性質(zhì)進行深入細(xì)致的研究，努力尋找能有效提高鋰硫電池循環(huán)性的方法。

陳俊松在國外期間，積累了許多關(guān)于高性能電極材料的研究經(jīng)驗，并取得了多項創(chuàng)新性的科研成果。他決定在此基礎(chǔ)之上，依托電子科大“電子薄膜與集成器件國家重點實驗室”和“協(xié)同創(chuàng)新中心”，對鋰硫電池高性能正極材料展開細(xì)致的研究。由于他對材料化學(xué)深為熟悉，將開拓新穎的材料制備方法，并通過對所得材料進行改性，建立材料的微觀結(jié)構(gòu)、表面特性與其電化學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系，促進鋰硫電池正極材料所面臨的性能瓶頸問題的解決。

美好的科研征程中，陳俊松努力創(chuàng)新，開拓進取，不斷追求，拼搏不止。在科研的道路上，陳俊松滿懷信心地行走著。對科研事業(yè)的熱愛和不懈的追求，激勵著他一步步走向成功，走向明天。他用自己的忠誠和信念為祖國的科研事業(yè)描繪著美好的藍(lán)圖，創(chuàng)新著美好的科研未來，書寫著自己的快意人生。endprint