于樂：納米的世界不僅好看這么簡單

杜月嬌

于樂

作為一個長度單位，“納米”一詞從最早出現(xiàn)至今不過半個世紀，但在地球演化的進程中，納米技術(shù)及現(xiàn)象實際上已存在了億萬年。五彩斑斕的蝴蝶、飛檐走壁的壁虎、一塵不染的荷葉……大自然中，處處可見納米的身影。

“生活中，我們看到的一些美麗的事物往往都存在納米的影子，比如蝴蝶的翅膀、蜥蜴的腳等都是納米結(jié)構(gòu)。但納米的美不僅存在于宏觀世界，更美妙的還在微觀世界。納米結(jié)構(gòu)非常特殊，如果能在微觀環(huán)境下觀測到納米結(jié)構(gòu)的話就會發(fā)現(xiàn)這真的是美學上一個非常值得欣賞的部分。因為它太漂亮了，我們就想能不能將它合成出來，這就是我最開始研究納米材料的初衷。”北京化工大學化學工程學院教授于樂說。在日漸加深的鉆研、了解中，于樂漸漸發(fā)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)絕不只是好看這么簡單，它還有更多神奇的功能價值，等待著人們?nèi)ネ诰?、探索?/p>

但個人的力量始終有限，這樣一個神奇的嶄新世界需要更多人加入。正是深刻意識到這一點，2018年，在新加坡南洋理工大學留學、工作多年的于樂選擇了回國?！拔蚁Ｍ転樽鎳囵B(yǎng)更多的科研人才，讓納米事業(yè)薪火相傳。”于樂說。

歸國赤子心

興趣是一切動力的源泉。在于樂看來，人生最幸福的莫過于把自己的興趣愛好和個人職業(yè)統(tǒng)一起來，但很多時候，興趣也是需要激發(fā)的。

于樂還記得自己第一次對納米產(chǎn)生興趣就是因為一場報告的分享。那還是在山東大學高分子材料科學與工程專業(yè)就讀本科期間，時任中國科學院常務副院長的白春禮在“百家講壇”上做了一個關于納米材料及其應用的報告，演講內(nèi)容極其生動精彩，立刻激起了于樂對納米材料的強烈興趣。在此驅(qū)動下，后來他在考研究生時便選擇了上海大學納米中心就讀。

讀研期間，在導師的帶領下，于樂對納米材料的認識逐漸加深，也越來越感受到納米材料的魅力。從航空、航天到能源、交通、醫(yī)學，再到環(huán)境污染防治，納米材料在各個領域的應用可謂“上天入地，各顯神通”。也因此，于樂深刻體會到從事納米材料的科研是一件極具意義的事情。尤其它在能源、污染防治方面有著非常獨到的用途。讀研期間，于樂就對納米材料在能源及水污染治理方面進行了相關研究。

懷抱著對納米材料科學的無限探索精神，2011年8月，于樂踏上了海外求學之路——跟隨新加坡南洋理工大學化學與生物工程系教授樓雄文攻讀博士學位，主要專注于新能源材料與器件研究。

“納米材料在能源存儲及轉(zhuǎn)化兩大領域的應用前景都非常廣泛?！庇跇方榻B。也就是在讀博期間，他真正從一個對納米感興趣的新人蛻變?yōu)闈撔你@研納米材料及其應用的學者。在導師的帶領下，他還開始嘗試利用納米結(jié)構(gòu)設計鋰離子電池電容器，還有能夠吸附儲氫的納米碳管等。2014年，因在學業(yè)上取得的優(yōu)異成績，于樂獲得了國家優(yōu)秀自費留學生獎學金。

2015年11月，于樂開始從事博士后工作。從南洋理工大學博士再到博士后，在新加坡的求學之路一走就是7年。這里與中國一脈相承的文化和開放包容的學術(shù)環(huán)境，讓于樂深受感染。新加坡給他帶來的不光是科研上的積累，還有嚴謹?shù)膶W術(shù)精神，尤其是導師樓雄文教授在學術(shù)上一絲不茍的態(tài)度對他產(chǎn)生了深遠的影響。

“導師對待科學工作非常嚴謹，對我們的要求也非常嚴格，當時作為一個學生可能會覺得很辛苦，但現(xiàn)在回過頭再看的話就會發(fā)現(xiàn)，正是因為之前的嚴格要求才有了今天的我，所以我現(xiàn)在也是在用同樣嚴謹?shù)膽B(tài)度對待科學。”于樂介紹，在嚴謹之外，導師對待事業(yè)的拼搏精神更令他記憶猶新。往往到凌晨時分，學生們都已經(jīng)休息，他還在伏案工作；出差路上，哪怕是坐飛機也不影響他寫文章……“這么多年他始終堅持著，這樣的精神難能可貴。”于樂感嘆。

在這樣的精神感召下，于樂也對自己提出了更高要求，對待科研孜孜不倦，一絲不茍。2016—2018年，于樂連續(xù)3年被評為《材料化學雜志》（Journal of Materials Chemistry A)杰出審稿人；2017年度他還被評為《化學工程雜志》（Chemical Engineering Journal）杰出審稿人。然而，盡管在新加坡工作與生活的前景都非?？善?，2018年8月，于樂還是選擇了回國。

“在新加坡的7年，我深刻地感受到了祖國的變化與強大，同時也深受感召。剛開始在國外的時候，大家都說英文，后來隨著國家慢慢崛起，說中文的人越來越多，最后一年基本周圍人都在說中文，這正是國家強大贏來的尊重?！庇跇氛f，這些年國家在一些領域已經(jīng)走到了國際前列，但在新能源、新材料等領域還需要持續(xù)突破，尤其是作為21世紀三大尖端技術(shù)的納米科學領域，需要更多的專業(yè)人才加入。

“只要祖國需要，我必全力以赴?！痹诤Ｍ庥螌W多年的于樂這樣說道。

求知啟蒙

2018年9月，于樂加入了北京化工大學化學工程學院擔任教授。這一選擇的背后同樣飽含著他對祖國的一片赤子之心?；瘜W工程是經(jīng)濟現(xiàn)代化最基礎的產(chǎn)業(yè)之一，涉及人民生產(chǎn)與生活的方方面面，近年來發(fā)展非常迅速，給人類的生活帶來了極大的便利，對人類生活方式產(chǎn)生了深遠影響?！拔磥碓诖髧偁幹?，新能源將是非常重要的一個領域，我們國家要想實現(xiàn)新能源的發(fā)展，首先就要取得能源化工領域的突破，因此確定回國后，我就選擇了在北京化工大學能源化工領域任教?！庇跇方榻B。

大學教授的責任是什么？3年來，于樂也時刻在問自己這個問題?！霸谖铱磥?，教學應該放在科研的前面?！庇跇氛f，“身為大學教授，我們的身份首先是老師，然后是科研工作者，培養(yǎng)更多的青年人才是我們最重要的責任。”

21世紀是信息爆炸的年代，大學生往往更容易分散注意力，對于未來的規(guī)劃感到迷茫。同時，和平、繁榮的生活也讓他們?nèi)鄙倭艘环?0世紀八九十年代的人們對于美好生活的奮斗、追求精神。

“今年的熱播劇《覺醒年代》曾發(fā)出一個疑問，改造中國如何改？首先是改造民眾的思想。而現(xiàn)在我們大學老師要培養(yǎng)人，首先面臨的就是如何激發(fā)學生的求知欲?！?年的教學生涯，于樂深刻體會到了這一點，越來越多的年輕人失去了求知還有求職的熱情，課本上的知識已經(jīng)激發(fā)不了他們的興趣。第一年上課時，他所帶的班級還包含了數(shù)十個重修課程的學生。

到底該如何激起學生對于課程的興趣？為此，他開始精心設計教學內(nèi)容，從電池的發(fā)展到表面科學的故事，再到中外科學家的奇聞異事……在于樂的課堂上，這樣的典故總是隨手拈來。將蝴蝶的翅膀等日常生活中的事物引入到納米結(jié)構(gòu)，他將科學前沿完美地融入到本科教學中，不僅極大激發(fā)了學生的求學熱情，也同時啟蒙了他們的科研夢想。

“我最開始上課也沒有采用這樣的授課方式，就是因為一個星期之內(nèi)突然來了20多個重修的學生，感到了很大的壓力。書本上這些知識他們可能都看到過，但沒有興趣，我就在想他們?yōu)槭裁礇]有興趣？可能就是因為教學形式不夠新穎?！敝匦薜膶W生通過網(wǎng)絡上課，但也不影響于樂感受到的教學“壓力”。為了重新激發(fā)學生的熱情，他開始絞盡腦汁設計“第一堂課”。當時正好英國影片《電力之戰(zhàn)》上映不久，他就以此為切入點，聲情并茂地還原了這場激烈而偉大的電力之戰(zhàn)，同時將電池知識融入其中，最終獲得了滿堂喝彩。課后，很多學生家長都通過群聯(lián)系方式找到了于樂。原來，那些通過網(wǎng)絡上課的學生很多都在家里上課，家長們也被這堂別開生面的課程吸引了，紛紛向他表達感謝。

“這堂課給我的印象也非常深刻，興趣是真的可以被激發(fā)的，我自己最初對納米科學的興趣就來源于一場報告分享。因此，在后來的教學中，我總是會將新材料、新發(fā)現(xiàn)等科學前沿知識融入課程中，用潤物細無聲的方式啟迪同學們，這也是我現(xiàn)在秉持的本科教學理念?！庇跇氛f道。

更重要的是，在這一過程中，他更能向同學們普及科學的價值與意義，培養(yǎng)青年學子的責任感還有愛國情懷?！翱茖W無國界，但科學家卻有祖國。”在日益浮躁的時代，于樂覺得更應該繼承老一輩科學家無私奉獻的愛國主義精神，樹立正確的人生觀和價值觀。

“國無德不興，人無德不立。就像習近平總書記曾說的，我們?yōu)檎l培養(yǎng)人？要培養(yǎng)什么樣的人？其實就是要樹立學生的愛國主義情懷，明確我們的責任跟擔當，這是最關鍵的事情。”于樂說。

以國家需求為導向

自工業(yè)革命以來，隨著各國二氧化碳排放量持續(xù)增長，氣候異?，F(xiàn)象與日俱增，對生命系統(tǒng)形成了嚴重威脅。在此背景下，“碳中和”“碳達峰”目標首次出現(xiàn)后即席卷全球，這是中國對世界做出的重大承諾，對保護全球氣候和環(huán)境有著重大和積極的意義，但是實現(xiàn)這個目標需要多方和長時間的努力。

“要實現(xiàn)碳中和、碳達峰目標，一個非常關鍵的地方就在于國家能源化工的轉(zhuǎn)型。作為能源化工領域的科研工作者，我們能為這一目標貢獻什么？這是我們需要思考的關鍵問題。”在于樂看來，科學研究不僅要面向國家戰(zhàn)略需求，也要面向世界科技前沿，兩者之間應該是緊密結(jié)合、相輔相成的關系?；谶@一背景，他將研究領域定位于新型微納米結(jié)構(gòu)功能材料設計與合成，尤其是中空納米功能材料的優(yōu)化設計與合成探索方面，研究功能納米材料在電化學儲能轉(zhuǎn)化領域，如鋰/鈉離子電容器、電池、電催化等的應用問題，為我國能源轉(zhuǎn)型奠定了有利基礎。

“中空納米結(jié)構(gòu)在美學上是一個極具魅力的造型，同時在能源存儲及轉(zhuǎn)化方面又有著潛在的巨大應用前景。”于樂介紹，如電池離子沉積/剝離過程帶來的巨大的體積形變是影響電池壽命的關鍵原因，而中空納米結(jié)構(gòu)則可以有效緩解體積的變化，保護材料的穩(wěn)定性。

為此，于樂帶領團隊聚焦于無枝晶金屬鋰負極的表界面工程問題，通過國家自然科學基金青年項目“基于鈦酸鉀三維自支撐微納結(jié)構(gòu)的鈉離子電容器負極的可控構(gòu)筑及性能優(yōu)化”等，通過在微納尺度上對三維碳基載體進行中空結(jié)構(gòu)設計、表界面親鋰性組分調(diào)控，設計了一種獨特的NCH@CFs用作鋰金屬負極載體，其高度分散的雙金屬Ni-Co顆粒均勻分布在N摻雜的碳纖維內(nèi)外表面，可有效降低鋰成核過電勢，為三維鋰金屬復合負極的設計提供了新的思路。

課題組2021年寒假聚餐

同時，在全球更加關注和積極應對氣候變化之際，尤其是我國提出2030年前實現(xiàn)碳達峰和2060年實現(xiàn)碳中和的目標之時，更需要大幅提升能源利用效率，大力發(fā)展可再生能源。氫能所具有的清潔、高能量密度特點，使其成為一種未來的理想能源。

在面向這一未來新能源制備方面，于樂也創(chuàng)新性地將中空納米結(jié)構(gòu)與電催化水分解制氫有效結(jié)合了起來，通過自模板法輔以表界面工程調(diào)控，設計制備高效的析氫電催化劑，主要通過微納尺度上對中空碳基催化劑進行結(jié)構(gòu)設計、表面高度分散的活性位點的引入，改善活性位點對反應中間體的吸脫附行為，實現(xiàn)新型高性能析氫催化劑的構(gòu)筑。

中空納米結(jié)構(gòu)在能源領域的巨大前景，也讓于樂團隊的研究在國內(nèi)外受到廣泛關注。近年來，他以第一作者/通信作者身份在《自然通訊》（Nature Communications）等國際高水平材料化學類期刊發(fā)表論文36篇，引用次數(shù)超過7400次；以共同作者身份共發(fā)表S C I論文總數(shù)80余篇，他引次數(shù)超過17000次；2018年起，于樂連續(xù)3年被科睿唯安評為材料領域與化學領域全球“高被引科學家”……

“很多人說我們做的中空納米結(jié)構(gòu)是藝術(shù)品，但其實它不僅僅是好看這么簡單，還有著更加廣泛的應用空間，潛力無窮。未來，我們?nèi)詫⒁試倚枨鬄閷?，將前沿技術(shù)與國家需求相結(jié)合，為我國經(jīng)濟社會發(fā)展、全球環(huán)境保護做出自己的貢獻?！庇跇氛f道。