李開喜：多孔炭材料研究的“領(lǐng)頭雁”

隋萌　劉娜

近日，山西煤化所李開喜研究員被中國(guó)科學(xué)院大學(xué)授予“領(lǐng)雁銀獎(jiǎng)·振翅獎(jiǎng)”，以表彰他在2023年度教學(xué)科研工作中的杰出表現(xiàn)。中國(guó)科學(xué)院大學(xué)于2020年特別設(shè)立“中國(guó)科學(xué)院大學(xué)領(lǐng)雁獎(jiǎng)”，旨在進(jìn)一步激發(fā)教師立德樹人的積極性和創(chuàng)造性，成為“有理想信念、有道德情操、有扎實(shí)學(xué)識(shí)、有仁愛(ài)之心”的優(yōu)秀老師。本次獲獎(jiǎng)也是山西煤化所研究生指導(dǎo)教師首次榮獲該獎(jiǎng)項(xiàng)。3月12日，《科學(xué)導(dǎo)報(bào)》記者走進(jìn)山西煤化所，近距離了解這位深耕炭材料30年的科技工作者。

為打破壟斷 甘坐科研“冷板凳”

李開喜，博士生導(dǎo)師，山西煤化所研究員，中國(guó)科學(xué)院炭材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室課題組組長(zhǎng)。主要研究方向?yàn)樘胤N多孔活性炭如超級(jí)活性炭、球形活性炭和活性炭纖維等的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用。

在李開喜研究員的辦公室里，擺放著琳瑯滿目的多孔炭材料制品，有大小不同、顏色各異的酚醛樹脂球、超級(jí)活性炭、球形活性炭等樣品，也有血液灌流器、慢性腎不全用劑等應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域的產(chǎn)品，他一邊向記者介紹這些產(chǎn)品的用途，一邊回憶著研制它們的艱辛歷程：“我1995年來(lái)到煤化所，30年來(lái)就干了這一件事——研究多孔活性炭材料。別人都去研究熱門材料時(shí)，我一直堅(jiān)守在自己的領(lǐng)域，這些就像是我的孩子，這些年，再苦再難我也沒(méi)想過(guò)要放棄。”

多孔炭材料作為重要的吸附材料，應(yīng)用范圍廣泛，幾乎滲透到所有的領(lǐng)域，可以被賦予新的光、電、磁等各種功能。特別是球形活性炭，它在諸如神舟飛船、天和核心艙、化學(xué)激光、防化服、核潛艇等軍事國(guó)防領(lǐng)域和諸如芯片制造、化學(xué)傳感器、血液凈化等民用高科技領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

“球形炭材料我國(guó)曾一度依靠進(jìn)口，20世紀(jì)90年代被斷供，我們面臨著‘無(wú)米下鍋的窘境，嚴(yán)重影響我國(guó)國(guó)防安全和國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)的順利開展。”李開喜回憶道，“從那時(shí)起，我就決定坐穩(wěn)活性炭研究的‘冷板凳，往小了說(shuō)是為爭(zhēng)口氣，往大了說(shuō)就是為了服務(wù)國(guó)家大戰(zhàn)略。”

功夫不負(fù)有心人，在李開喜和同事們的不懈努力下，終于突破了特種多孔炭如超級(jí)活性炭和球狀活性炭等的技術(shù)和裝備“難關(guān)”，為國(guó)家“863計(jì)劃”作出重大貢獻(xiàn)。2008年，李開喜主持建成了國(guó)內(nèi)首條超級(jí)活性炭的30噸/年連續(xù)化生產(chǎn)線，2015年建成了國(guó)內(nèi)到目前為止唯一一條以瀝青為含炭前驅(qū)體的20噸/年球狀活性炭生產(chǎn)線，所生產(chǎn)的產(chǎn)品性能與國(guó)際水平同步。至此，徹底打破了國(guó)外技術(shù)封鎖、夯實(shí)了自主創(chuàng)新之基。

持續(xù)深耕 提高產(chǎn)品附加值

目前，國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)日益重視，環(huán)保領(lǐng)域迅猛發(fā)展，新能源汽車的發(fā)展勢(shì)頭也愈發(fā)強(qiáng)勁，為多孔活性炭材料提供了良好機(jī)遇。多孔炭材料中，目前主要的高端材料為活性炭纖維、球形活性炭和超級(jí)活性炭三大類，三者尤以球形活性炭制備難度最大。

球形活性炭屬高科技、高附加值產(chǎn)品，其制備需要多學(xué)科的知識(shí)，目前歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在炭球制造技術(shù)方面已完成大型化、自動(dòng)化、連續(xù)化、無(wú)公害化制造體系，做到了品種的專用化和多樣化。我國(guó)仍然存在產(chǎn)品性能可控性差、生產(chǎn)規(guī)模小、資源浪費(fèi)等問(wèn)題。面對(duì)球形活性炭這一關(guān)鍵性、基礎(chǔ)性材料，亟需突破其規(guī)?；苽浼夹g(shù)。

焦化行業(yè)產(chǎn)生大量低值的煤瀝青副產(chǎn)品，如何使其高附加值化一直是各方關(guān)注的焦點(diǎn)，李開喜通過(guò)多年研究發(fā)現(xiàn)利用其灰分低、殘?zhí)柯矢叩忍攸c(diǎn)而制備的多孔電極炭，可用于電化學(xué)儲(chǔ)能等新興能源領(lǐng)域。然而煤瀝青高溫成炭過(guò)程中需經(jīng)歷液相炭化，故對(duì)其微觀形貌和孔隙結(jié)構(gòu)的調(diào)控極其困難，加之稠環(huán)分子的反應(yīng)惰性又使其炭產(chǎn)品表面化學(xué)性質(zhì)難以裁剪。

近年來(lái)，李開喜研究員及其帶領(lǐng)的702課題組科研團(tuán)隊(duì)，通過(guò)對(duì)瀝青分子精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，無(wú)模板構(gòu)筑了一系列納米結(jié)構(gòu)電極材料，組裝了高性能柔性全固態(tài)電容器和非對(duì)稱電容器，實(shí)現(xiàn)其能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性的顯著提升，且交聯(lián)自組裝策略還成功應(yīng)用于瀝青基球形活性炭生產(chǎn)線上，取得了基礎(chǔ)和應(yīng)用雙突破，為探索大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能電極材料的低成本制備開辟了新的視野，并得到了國(guó)家自然科學(xué)——山西省低碳聯(lián)合重點(diǎn)基金和山西省煤基重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目的支持。

李開喜說(shuō)：“我很享受工作的狀態(tài)，我的生活大多數(shù)時(shí)候就是單位和家的‘兩點(diǎn)一線，所有的事情我都愿意親力親為，只有這樣，我才能看到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的細(xì)微變化，獲得第一手資料，習(xí)慣了自己動(dòng)手，停下來(lái)反而渾身不自在?！?h3>嘔心瀝血 當(dāng)好團(tuán)隊(duì)“領(lǐng)頭雁”

習(xí)近平總書記指出，科技自立自強(qiáng)是國(guó)家強(qiáng)盛之基，是國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐。當(dāng)前，我國(guó)正從科技大國(guó)向加快建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)，培養(yǎng)造就一批具有國(guó)際水平的戰(zhàn)略科技人才、科技領(lǐng)軍人才、創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，對(duì)于我們深入實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略、全面建成社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)具有重要意義。

30年扎根炭材料行業(yè)，李開喜研究員獲得多項(xiàng)科研成果：在國(guó)際學(xué)術(shù)刊物發(fā)表論文92篇，獲得授權(quán)發(fā)明專利130項(xiàng)。同時(shí)也承擔(dān)了更多社會(huì)責(zé)任：他身兼《新型炭材料》編委，中國(guó)科學(xué)院（山西）炭材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、山西省能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)委員，山西省新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才，國(guó)防科工委評(píng)審專家，國(guó)家科技部國(guó)家獎(jiǎng)和國(guó)際合作項(xiàng)目以及國(guó)家基金委評(píng)審專家數(shù)職。他還獲得中國(guó)科學(xué)院朱李月華優(yōu)秀教師稱號(hào)。

年近花甲未伏櫪，仍向后輩寄深情。在自我提升的過(guò)程中，李開喜研究員甘當(dāng)人梯，從未間斷對(duì)后輩的培養(yǎng)。他所在的炭材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的前身是中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所炭材料研究室，創(chuàng)建于1962年，是我國(guó)最早從事新型碳材料研發(fā)的機(jī)構(gòu)之一。自實(shí)驗(yàn)室建設(shè)以來(lái)，相繼承擔(dān)了來(lái)自國(guó)家科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、總裝備部、國(guó)防科工局、中國(guó)科學(xué)院、山西省科技廳、太原市科技局、企業(yè)橫向委托等多項(xiàng)研制任務(wù)。2002年，李開喜擔(dān)任實(shí)驗(yàn)室702課題組組長(zhǎng)，在他的帶領(lǐng)下，702課題組在高性能炭材料的研究方面獲得多項(xiàng)研究成果，在一些重要研究方向已達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先或國(guó)際先進(jìn)水平。

李開喜說(shuō)：“在我的團(tuán)隊(duì)中，一直把人才資源開發(fā)放在科技創(chuàng)新最優(yōu)先的位置，在人才培養(yǎng)、引進(jìn)、使用等機(jī)制上，我們也在不斷改進(jìn)，注重培養(yǎng)一線創(chuàng)新人才和青年科技人才，因此也培養(yǎng)出一支高水平的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。”在他的指導(dǎo)下，畢業(yè)了碩士研究生16人、博士研究生18人。

“中國(guó)的科技發(fā)展依然任重道遠(yuǎn)，我將一如既往從國(guó)家大戰(zhàn)略出發(fā)，盡個(gè)人微薄之力，和大家一起把炭材料事業(yè)搞好，完成好我們這一代人的歷史使命?！崩铋_喜如是說(shuō)，亦如是做。他的經(jīng)歷，正如其工作服背后所繡的八個(gè)字“科研很苦 堅(jiān)持很酷”。