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陈元振:和电化学较真的人

来源:论文联盟  作者:李玉琨 [字体: ]

陈元振:和电化学较真的人

  随着社会的快速发展和环保意识的增强,人们迫切希望发展新型电源技术来替代化石燃料和对环境有害的、效率低的电源类型。最近十几年来,锂电池、超级电容器和燃料电池等新电源技术得到了广泛研究并逐步应用。其中,超级电容器因具有功率密度高、循环寿命长、能瞬间大电流快速充放电、工作温度范围宽等其他储能器件不能比拟的优势,在诸多领域得到应用,并具有广阔的市场前景。 
  陈元振作为西安交通大学材料物理与化学研究室的一名教师,致力于锂离子电池、超级电容器、新型石墨烯网络结构功能化与电化学应用、水系电化学催化等新能源储能器件研究,如氢析出(HER)、氧析出(OER)和氧还原(OER)。“苟无济代心,独善亦何益”,这便是他做科研的最大动力。 
  操千曲而后晓声,观千剑而后识器 
  2012年,陈元振进入西安交通大学材料科学与工程学院工作,至今已有5年的光阴。陈元振说,走上物理材料与化学这条路后,他就根据现实生活需要,调整研究方向,为解决现实问题服务。从博士期间主要从事碳材料储氢的研究,到毕业以后将研究方向投向电化学储能,再到汽车的启动电源,这些研究无一不是根据时代、生活所需研发的。 
  有感于生活中枫木的结构特点,陈元振的项目“具有生物质孔道形态三维石墨烯网络的制备及储能应用”成功申请到国家自然科学基金的支持。该项目准备以生物质碳块体为模板,通过镍盐浸渍—烧结—还原法复制其结构制备镍骨架。采用CVD法在其表面上沉积碳层,然后通过酸蚀的方法除掉镍骨架,最终制得三维生物质孔道形态石墨烯网络。研究影响镍骨架尺寸及结构连续性的主要因素,揭示石墨烯在微米级镍骨架上的生长机制,建立三维生物质基石墨烯骨架网络优化制备的方法论。以其为基体生长活性材料并测试复合电极的电化学性能,研究三维石墨烯骨架网络对活性材料生长、载量及电容性能的影响规律,为高能量密度复合电极的制备提供理论指导。陈元振表示,这个项目的研究会在电池材料、催化剂等方向有广阔的应用空间,极具实用性。 
  陈元振说,攻读博士的这几年时间,无论是在理论上还是在实践上都学到许多知识,为以后的工作打下了坚实的基础。陈元振攻读博士学位期间就已经从事聚苯胺与多孔碳材料制备与储氢应用研究,积累了大量聚苯胺材料的制备经验,已成功制备出一系列矩形截面的聚苯胺管,通过对其碳化和活化得到了比表面积大的聚苯胺基矩形碳管,结果其最大储氢量可达到5.2wt%,并且研究结果已在氢能研究的权威期刊International Journal of Hydrogen Energy上发表。同时,陈元振对矩形碳管材料进行了超级电容器研究,其中最大的比电容可以达到220Fg-1,研究结果已在电化学权威期刊Electrochimica ACTA上发表。除此以外,陈元振还对聚苯胺颗粒掺杂F e纳米颗粒的儲氢性能也做了研究,以二茂铁做为造孔剂,制备了比表面积巨大的多孔碳材料,其值可达到3200m2g-1,其低温77K储氢量可达到6.3wt%。该研究成果也在氢能研究的权威期刊International Journal of Hydrogen Energy上发表。 
  为减少燃烧石油的内燃机尾气排放对环境的污染,研究者们已经进行混合动力、燃料电池、化学电池产品及应用的研究与开发,并取得了一定的成效。但是由于它们固有的使用寿命短、温度特性差、化学电池污染环境、系统复杂、造价高昂等致命弱点,一直没有很好的解决办法。超级电容器以其突出的优点,现在已成为世界各国(特别是西方发达国家)研究与开发的热点。 
  陈元振也在不遗余力地研发高能量高密度的超级电容器。陈元振说,赝电容电极材料的能量密度高,但是普遍面临着循环性能差的问题。主要的原因是电极材料机构稳定性差,导致循环过程中材料性能衰退。通过分析研究,陈元振研制出一种利用支柱作用(BO2-)增强层状(α-Ni(OH)2)结构稳定性的材料,这种材料不仅表现出超高比容量(1800F/g),而且循环性能高达10000次,保持率为84%,远达到工业化应用水平。该研究结果已经发表在国际顶级期刊Nano Letters上,并得行业学者的认可。 
  从早上8点进入研究所,不到深夜12点不会回家,学习,实验,再学习,再实验,是陈元振工作循环的轨迹。5年来,仅一本《电化学原理》陈元振就看了无数遍。“书需要反复看,很多细节的东西我们要多推敲,这样在实际操作中才会更加顺利。”世界上没有天生的才气,才气必须经过磨练。科研也是,必须经过反复无数次的实验才会寻得曲径通幽处。 
  山重水复疑无路,柳暗花明又一村 
  “在科研中,我时常会掉进死胡同,在苦思不得其解时,有时会因为别人的一句话豁然开朗。” 
  陈元振说,马克思不仅是一个伟大的哲学家,还是一个伟大的数学家。马克思在做哲学研究碰到难题时,一时间找不到解决方法,他会暂时放下哲学,转而研究数学。某个时候,灵光一现,哲学难题就迎刃而解了。陈元振也是如此,在科研遇到瓶颈时,陈元振会暂时放下手中的研究,转向另外一个研究,常常问题就在做另外一个研究时得到解决。 
  在陈元振眼中,读别人的文献、论文也是解决问题的一种方法。“看别人的文献,反过来思考自己的问题,寻找最佳的解决方法,再回到自己实验中。”通过读别人的文章来寻找问题的突破口是许多科研者推崇的方法。在读他人文章时会带给人一些灵感,所谓“一语点醒梦中人”,说的正是如此。 
  对于科研,陈元振有种较劲的精神。用他的话说:“我是个倔脾气,常常还有点‘自负’,我坚持的东西,我会坚持到把它做出来为止。”在做Li-S电池时,陈元振弃人们常用的正极用硫,负极用锂片。锂片非常不安全。怎样改变这种情况?陈元振把正极换成硫化锂,负极换成石墨。力排众议,经过无数次的实验,陈元振证明出自己的想法是可行的。他说,在接下来的实验里会牵扯到做硫化锂,硫化锂遇到空气中的水分会分解出硫化氢和氢氧化锂,硫化氢在空气中有臭鸡蛋的味道。虽然这一问题目前还未解决,但是陈元振依然坚持自己的想法,努力寻找解决问题的最佳方法。 
  我不是老板,是老师 
  先生不应该专教书,他的责任是教人做人;学生不应该专读书,他的责任是学习人生之道。身为导师,陈元振和学生既是师生关系又是朋友、工作伙伴关系。在陈元振心中,科研重要,但教书育人、授业解惑才是第一位的。“我对我的学生最大的期望是他们都品质高尚,只有品质高尚的人无论是在科研中还是在其他工作中才能有所成就。”针对现在有些学生把导师直呼老板,陈元振极其反对。“在我看来。我的第一角色永远是导师”。 
  陈元振引用爱因斯坦的话说:“提出一个问题往往比解决一个更重要。因为解决问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已,而提出新的问题,却需要有创造性的想像力,而且标志着科学的真正进步。”陈元振偏爱喜欢提问的学生,他很乐意学生推着老师走。于学生而言,提问多,说明思考多,脑袋越用越聪明。于老师而言,学生的问题有时会带来新想法,开拓思路。“三人行,必有我师焉”,在学生面前,陈元振不会摆出一副高姿态,就如他说的“亦师亦友。” 
  “科研是一种严谨的态度,用发表论文的数量是衡量不出来的,有时候一篇科研论文要花几年的时间来完成。”这是陈

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元振对科研的态度,5年过去了,陈元振对电化学的研究仍有初恋般的热情。平静的湖面,炼不出精悍的水手;安逸的环境,造不出时代的伟人。“我是农村长大的孩子,吃苦精神可以说与生俱来。”正因为在陈元振身上有一种能吃苦的精神,所以他才无所畏惧,在材料物理与化学领域不断探索,一路向前。

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