中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院童葉翔教授電化學(xué)團(tuán)隊面向新能源材料與器件的國際前沿，開展納米能源材料及其應(yīng)用的原創(chuàng)性研究，為納米能源材料的設(shè)計與大面積可控制備、新型儲能器件的研發(fā)提供了重要的科學(xué)基礎(chǔ)。

近日，記者采訪了童葉翔教授電化學(xué)團(tuán)隊，并請該團(tuán)隊就在納米能源材料及其應(yīng)用的原創(chuàng)性研究上取得的進(jìn)展作相關(guān)介紹。

電化學(xué)研究團(tuán)隊（左起：盧錫洪、李高仁、童葉翔、方萍萍）

記者（以下簡稱“記”）：“雙核殼結(jié)構(gòu)電極材料用于高能量密度柔性鋰離子電池”研究的思路是如何提出的？

童葉翔教授電化學(xué)團(tuán)隊（以下簡稱“童”）：柔性鋰離子電池由于其高能量密度等優(yōu)點，在柔性電子設(shè)備領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。其中柔性鋰離子電池的設(shè)計開發(fā)不僅對柔性電極的設(shè)計，更對整體電池器件的力學(xué)和電化學(xué)性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)柔性電極中，柔性基底材料低的容量貢獻(xiàn)以及柔性基底與活性物質(zhì)之間弱的相互作用都會導(dǎo)致整體電極材料的比容量偏低，進(jìn)而影響電池器件的能量密度。此外，傳統(tǒng)的柔性基底 (如鋼網(wǎng)、鈦片等)在整體電極中質(zhì)量占比遠(yuǎn)高于活性物質(zhì)，會進(jìn)一步限制器件的整體比容量和能量密度。

為了解決這一問題，設(shè)計開發(fā)具有高活性柔性基底、同時具有高比重活性物質(zhì)的柔性電極材料被認(rèn)為是一種有效的解決途徑。目前已有研究人員報道合成了一系列質(zhì)輕且具有柔性的碳納米管基、石墨烯基電極材料，但這類材料仍然受限于穩(wěn)定的機(jī)械性能。研究發(fā)現(xiàn)碳布經(jīng)過表面改性和刻蝕之后可以降低材料的比重、提升材料的電導(dǎo)率和更多有效的活性位點，同時不影響其機(jī)械穩(wěn)定性。因此，這類改性后的碳布在柔性電極材料領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但如何將其他高活性物質(zhì)（如過渡金屬氧化物、氮化物、硫化物等）材料通過強(qiáng)的相互作用力與其復(fù)合以提升材料的比容量仍然面臨著一些挑戰(zhàn)。

在這里，我們以表面刻蝕剝離處理的碳布為基底(CC@EC)，水熱法生長NiCo2O4(NCO)納米線陣列。當(dāng)其應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極時，表現(xiàn)出了優(yōu)異的儲鋰性能。作者通過DFT計算發(fā)現(xiàn)，NCO與CC@EC具有強(qiáng)的相互電子作用、在鋰離子傳輸過程中具有更低的反應(yīng)能壘。此外，我們進(jìn)一步通過原位拉曼光譜闡明了CC@EC基底對電極材料儲鋰性能提升的貢獻(xiàn)因素。在此基礎(chǔ)上，獲得了具有高載量下高能量密度 (314 Wh/kg) 的全柔性鋰離子電池(總重量為281 mg)，具有出色的柔韌性和良好的儲能性能，為未來的便攜能源開啟了新的方向。

記：請介紹一下團(tuán)隊的主要研究成果及其應(yīng)用價值或?qū)W術(shù)影響。

童：電化學(xué)團(tuán)隊面向新能源材料與器件的國際前沿，針對如何在保持高功率密度下提高儲能材料的能量密度的關(guān)鍵科學(xué)問題，開展了大面積可控制備低成本、高性能納米能源材料及其應(yīng)用的原創(chuàng)性研究。通過將界面結(jié)構(gòu)與一維納米材料相結(jié)合，揭示了一維納米結(jié)構(gòu)的金屬/金屬氧化物、金屬氧化物/金屬氧化物界面結(jié)構(gòu)等與儲能性質(zhì)的關(guān)系，為提高電極材料中的活性物種和電子傳輸速率開辟了新思路；闡明了過渡金屬基納米儲能材料結(jié)構(gòu)與容量的關(guān)系，發(fā)展了幾種大容量的柔性電極材料的大面積可控制備方法；發(fā)現(xiàn)了超電容器件電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性和正負(fù)極匹配性存在的科學(xué)問題，并提出了有效的解決方案；設(shè)計和研制了多款柔性超電容器件。研究成果增進(jìn)了納米尺度下儲能材料的材料物理與化學(xué)知識，為納米能源材料的設(shè)計與可控制備、新型柔性超電容器件的研發(fā)提供了重要的科學(xué)基礎(chǔ)。部分成果獲2015年廣東省科技成果一等獎和2017年廣東省科技成果一等獎，并于2018年被提名申報國家自然科學(xué)二等獎。

陳春聲書記和李焯芬院士為電化學(xué)團(tuán)隊帶頭人童葉翔教授頒獎

電化學(xué)團(tuán)隊近年來在國際重要學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表SCI收錄論文400余篇，其中IF >10的論文50余篇，包括Adv.Mater.，JACS，Energy Environ.Sci.，Angew.Chem.Int.Ed.等；SCI 他引次數(shù)超過20,600 次，H-index = 77；54 篇論文入選 ESI-Highly Cited Papers，獲授權(quán)國家發(fā)明專利10件。童葉翔獲得廣東省“教學(xué)名師”獎和中山大學(xué)首屆“卓越教學(xué)名師”獎，并入選科睿唯安2017年及2018年“全球高被引科學(xué)家”和愛思唯爾2017年“中國高被引作者”。團(tuán)隊成員李高仁教授獲得了“中國化學(xué)會青年化學(xué)家獎”和“中國電化學(xué)青年獎”，并入選教育部“新世紀(jì)人才”和“青年長江學(xué)者”；盧錫洪獲得中國科協(xié)“青年人才托舉工程”和廣東省“杰出青年基金”資助，并獲得了廣東特支計劃科技創(chuàng)新青年拔尖人才等獎勵；方萍萍獲得廣東省“珠江青年學(xué)者”和“珠江科技新星”稱號。電化學(xué)團(tuán)隊已成為年齡結(jié)構(gòu)合理、在國際上有較大學(xué)術(shù)影響的課題組，為中山大學(xué)的學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)做出了積極貢獻(xiàn)。

記：團(tuán)隊如何克服研究過程中遇到的困難？

童：科研大多數(shù)時候是一條曲折上升的線條，研究過程中幾乎每時每刻都有可能會遇到各種各樣的困難，而重要的是如何去解決這些難題。在面對困難時，團(tuán)隊會：

（1） 保持學(xué)生的科研動力

科研需要科研人員自身近乎嚴(yán)苛的要求，但是面對學(xué)生實驗中的挫折卻不能同樣嚴(yán)苛。需要采用“放”多于“管”的管理方式：讓學(xué)生放手去試，更多的時候是點撥，而不是灌輸，讓學(xué)生喜歡上化學(xué)，讓學(xué)生有夢想有追求，這樣學(xué)生都特別有動力，因為可以按照自己的想法去嘗試，更利于問題的解決。

童葉翔教授在指導(dǎo)學(xué)生做實驗

（2）從最基礎(chǔ)的地方獲取靈感

博士的研究領(lǐng)域又專又細(xì)，而給本科生上基礎(chǔ)課《物理化學(xué)》，不斷重復(fù)的都是經(jīng)過時間沉淀的最重要的原理。只要教師對化學(xué)學(xué)科中各個細(xì)分領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識諳熟于心，在指導(dǎo)學(xué)生從事科研活動時往往能有意外之喜，“本科生充滿創(chuàng)意，問的問題千奇百怪，和他們思想碰撞的時候往往會有新的靈感。”童葉翔在講述太陽能中光能和熱能共同對催化作用產(chǎn)生作用時，引用了武俠小說中楊過和小龍女“雙劍合璧”的說法，形象地闡釋了光和熱產(chǎn)生作用時的互補(bǔ)聯(lián)合關(guān)系。這個創(chuàng)意正是由童葉翔指導(dǎo)的本科生提出的，最終這個光熱協(xié)同催化的創(chuàng)意產(chǎn)生的兩篇成果發(fā)表在國際重要學(xué)術(shù)期刊Angew. Chem. Int. Ed.（2015, 127, 11624 -11628.）和JACS（2016, 138, 16204?16207.）上。

記：請談一談對納米能源材料及其應(yīng)用研究發(fā)展的體會與展望。

童：我們電化學(xué)團(tuán)隊目前雖然取得了一些可喜的成果，但仍處在探索的階段，對納米能源材料的組成、納米形貌、相結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系的研究尚需進(jìn)一步加強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)和總結(jié)相關(guān)規(guī)律。

2017年中國在化學(xué)領(lǐng)域的論文數(shù)量已經(jīng)超過了美國，但高質(zhì)量的論文還不多。而在化學(xué)領(lǐng)域，目前很多青年化學(xué)工作者撰寫研究論文時只是就事論事，缺乏求真思想，不去探究基本原理和規(guī)律，也就是“他們不知道或者說未深入了解過‘論文’中最重要的‘論’字究竟代表著什么。論文不是實驗報告，應(yīng)對研究對象和實驗結(jié)果究其根源，找出現(xiàn)象背后的原理和科學(xué)規(guī)律才算是大功告成。”

總的來說，在納米能源材料及其應(yīng)用研究發(fā)展方面，需要更多地去探究基本原理和規(guī)律。因此電化學(xué)研究團(tuán)隊未來希望能面向新能源材料與器件的國際研究前沿，針對高效納米復(fù)合儲能材料的大面積宏量可控制備和柔性混合超電容器件設(shè)計及研制這一關(guān)鍵科學(xué)問題，以納米材料宏量制備和電化學(xué)技術(shù)為牽引，從物理化學(xué)領(lǐng)域著眼，從納米材料及其表界面構(gòu)效關(guān)系著手，開展新型納米儲能材料及柔性儲能器件的基礎(chǔ)研究。在綠色的水溶液體系中，以商用的碳布、導(dǎo)電PET/ITO膜、柔性鈦片(網(wǎng))或自制備的導(dǎo)電聚合物和多孔碳薄膜作為柔性導(dǎo)電基體，系統(tǒng)深入地研究低成本和豐產(chǎn)元素的過渡金屬基納米儲能新材料(如MnO2，F(xiàn)e2O3，Co3O4，NiO，TiO2/MnO2等)及其與柔性導(dǎo)電基體的多尺度納米復(fù)合設(shè)計理論和可控宏量制備方法，對其納米結(jié)構(gòu)和新體系進(jìn)行理論預(yù)測和篩選，實現(xiàn)新型納米儲能材料在柔性宏觀導(dǎo)電基體上的大面積直接可控宏量制備；通過歸納和總結(jié)其組成、形貌、結(jié)構(gòu)和儲能性質(zhì)的關(guān)系，探討儲能機(jī)理與相應(yīng)的調(diào)控機(jī)制，建立零維到三維多尺度納米復(fù)合材料的分子設(shè)計理論，闡明復(fù)合結(jié)構(gòu)表界面調(diào)控規(guī)律。通過對柔性儲能器件和光電轉(zhuǎn)換器件進(jìn)行設(shè)計和研制，開展陽光驅(qū)動的柔性光電轉(zhuǎn)換及儲存一體化器件集成的探索研究，旨在跨越“炒菜”方式的制備研究，把高性能、低成本納米儲能材料的研究層次由“材料制備”提升到“柔性器件研制”的層次，為陽光驅(qū)動的柔性光電轉(zhuǎn)換及儲存一體化器件(陽光驅(qū)動的柔性混合型超電容器件)的研發(fā)提供理論和實驗依據(jù)，以期為研發(fā)綠色高效柔性新能源提供新的理論支撐和技術(shù)儲備。

記：團(tuán)隊的未來目標(biāo)是什么？

童：我們電化學(xué)團(tuán)隊未來希望能在科學(xué)研究及人才培養(yǎng)兩大方面進(jìn)行努力，努力探索在高校“雙一流”建設(shè)的背景下，如何平衡教學(xué)與科研的關(guān)系，實現(xiàn)二者相互促進(jìn)。教學(xué)有助于教師將知識系統(tǒng)化且掌握得更扎實，教學(xué)有助于拓展知識面，使教師知識更廣博；教學(xué)中與學(xué)生的互動有利于理清科研思路，實現(xiàn)創(chuàng)新思維的正反饋，激發(fā)新思路、催生新的科研生長點?？蒲杏兄诮處熂皶r將科學(xué)技術(shù)前沿知識引入課堂，更新教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量；有助于教師用創(chuàng)新的思維方法引導(dǎo)學(xué)生，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識。做到與學(xué)生的“大膽設(shè)想”相結(jié)合，教師要“知識廣博”，通過科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亍靶⌒那笞C”，與學(xué)生一起“將大膽設(shè)想和不確定性轉(zhuǎn)化為新的學(xué)術(shù)增長點”，以期實現(xiàn)科教融合，教學(xué)相長。

在科學(xué)研究方面，未來團(tuán)隊希望圍繞新能源材料和器件的社會發(fā)展需求，針對高性能、低成本納米能源材料大面積可控制備和器件設(shè)計及研制這一關(guān)鍵科學(xué)問題，從電極材料制備及其表界面構(gòu)效關(guān)系著手，系統(tǒng)開展過渡金屬基電極材料納米陣列的設(shè)計和可控制備、電極性能和界面電子傳輸機(jī)制探索、電化學(xué)能源器件研制的基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究。旨在跨越“炒菜”方式的制備研究，把新型電極材料的研究層次由“材料制備”提升到“器件研制”的層次，為新型能源材料的研發(fā)提供理論和實驗依據(jù)，以期為我國新能源戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)突破提供科學(xué)基礎(chǔ)和技術(shù)儲備。

在人才培養(yǎng)方面，人才培養(yǎng)是大學(xué)的主題和根本，一流的教學(xué)應(yīng)當(dāng)始終圍繞大學(xué)人才培養(yǎng)目標(biāo)來進(jìn)行。高水平的大學(xué)教育應(yīng)該堅持把科研創(chuàng)新與人才培養(yǎng)融合統(tǒng)一起來。這需要教師投入大量的時間和精力與學(xué)生討論，認(rèn)真指導(dǎo)研究生的學(xué)位論文，個性化地關(guān)注研究生學(xué)業(yè)的進(jìn)展。科學(xué)研究是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，高素質(zhì)教師對提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力有著不可替代的作用。很難想象，一位自己不從事創(chuàng)新活動的教師，會具有“培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力的人才”的水平和能力?！扒喑鲇谒{(lán)而勝于藍(lán)”，教師只有“藍(lán)”，學(xué)生才能“青”。

中山大學(xué)“德才兼?zhèn)?、領(lǐng)袖氣質(zhì)、家國情懷”的人才培養(yǎng)目標(biāo)，不僅是對學(xué)生的希望，更是對校內(nèi)所有老師的要求?！坝苏弑叵刃袨槭婪丁?，老師舉手投足，會對學(xué)生產(chǎn)生潛移默化的影響?！暗虏偶?zhèn)洹㈩I(lǐng)袖氣質(zhì)”的目標(biāo)要求提高學(xué)生的學(xué)術(shù)鑒賞力和培養(yǎng)他們的自信心，老師應(yīng)該時刻正確引導(dǎo)學(xué)生樹立長遠(yuǎn)發(fā)展的觀念。而“家國情懷”的培育應(yīng)滲透到老師日常的教學(xué)與科研工作中。在中山大學(xué)這個優(yōu)秀的平臺，我們研究團(tuán)隊希望能為年輕人提供充足的經(jīng)費和優(yōu)良完備的科研條件，“給實驗室年輕人足夠的機(jī)會，給他們最大的支持，做他們最堅實的后盾”。作為前輩，只有給予后輩廣闊的發(fā)展平臺，才能使整個團(tuán)隊更具凝聚力和創(chuàng)造力，產(chǎn)出更多優(yōu)秀的科研成果。

菁我造士，追求卓越，這是電化學(xué)研究團(tuán)隊在科研和教學(xué)上矢志不渝的追求。