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掌上温州客户端:把杨梅做成电池电极,用碳打造超级电容器 温州化学领军人物王舜的“碳秘”人生

发布时间:2019-11-26    来源:化材学院    作者:    点击次    [点击关闭]

编者按:时代洪流,瓯江潮涌。温州探路,青年当先。

“青年一代有理想、有本领、有担当,国家就有前途,民族就有希望。”在十九大报告中,习近平总书记对广大青年提出了殷切希望。

100年前,《新青年》杂志启蒙了一代中国青年,在民族崛起史上留下历久弥新的印记。新时代里,温州都市报全媒体开出《新青年》专栏,通过挖掘一批既传承温州精神又创业创新的青年典型,讲述他们勇当新时代“探路者”的责任和担当,展现温州青年的新气象、新作为。

人物名片

王舜,1970年出生,温州人。教授,博导,温州大学化学与材料工程学院院长,温州大学新材料与产业技术研究院院长,浙江省微纳结构碳材料技术国际科技合作基地负责人。英国皇家化学会会士,《Carbon Energy》主编,百千万人才工程国家级人选,国家有突出贡献中青年专家,中国电化学会委员,国际电化学能源科学院理事会理事,浙江省化学一流学科(A类)负责人。

古有卖炭翁,伐薪烧炭南山中。

今有师王舜,俯身科研碳中求。

今年8月当选英国皇家化学会会士,9月牵头创办的国际学术刊物《Carbon Energy》(译为碳能源)正式发行,10月入选“2019年国家百千万人才工程”并获“有突出贡献中青年专家”荣誉称号……一年之内,温州大学化学与材料工程学院院长王舜已悄然为温州化学界刷新了多个纪录,而这一切皆因他与“碳”结缘。

渔家娃儿遇良师,悄悄种下“化学梦”

1970年11月,王舜出生在瑞安高楼的一个渔民家庭。虽然家境艰苦,但父母对他的教育却格外重视。“我哥哥是下半年出生的,离学龄还差一年,我母亲就急着送他去上小学。刚进校时他连笔都还拿不好,学校就想让母亲把他领回去。没想到几个月后,老师却上门来,一直夸我哥聪明。”王舜的妹妹王张红说,“我哥不仅学习好,还是个‘孩子王’,鬼点子多,能折腾,总能想出很多新鲜的玩法儿。我想,这个性格也是他之后爱上科研的原因。”

而在王舜的记忆中,小时候虽然求学条件差,但一路走来却总有良师指引。至今,他仍记得初中班主任李永泉(现为浙江大学求是特聘教授),是如何领他走进化学的缤纷世界的。“我初中就读高楼中学,那会儿办学条件很差。可化学课的实验设备、试纸却一样不少。李老师带着我们做各种实验,像溶液的酸碱度测试、铜和铁的氧化、喷泉实验等。看着那些神奇的化学变化,我一下就被吸引住了。”巧的是,王舜高中班主任郑平(浙江省特级教师)也是化学老师,将他带向更广袤的化学天地。“我就是受两位恩师影响,对自己的未来隐约有了方向——‘老师’+‘化学’。记得高二时,学校决定保送我去温州师范学院(现温州大学)化学教育专业。可没想到高考前竟通知我保送取消。没办法,我恶补了几天去参考,结果还是考进了温州师范学院化学教育专业。这就是命中注定吧!”

大学毕业后,王舜留校成了一名化学老师。对于专业的追求督促他继续深造,先后拿下了硕博学位。在北京大学学习进修时,他遇上了对他影响最深的导师——赵振国教授。“你要知道,化学实验结果没有正确、错误之分。实践才能出真知,一切都可以大胆地去尝试”,这句话是赵老师经常告诫王舜的,激励他不断探索。而现在,他也常用这句话去鼓励学生。

“碳材料”神操作:

把杨梅做成电池电极

在普通人眼中,杨梅只能用来做成杨梅酒、杨梅干,但王舜却把杨梅做成了电池电极。

“杨梅是温州的特色水果,每年很多杨梅掉到地上不能吃,很浪费。于是我就想让杨梅变废为宝。”2017年,他和同事把很多掉落的杨梅拿回实验室,用900摄氏度高温燃烧后碳化,获得多孔纳米碳球、碳片。再把这些碳球、碳片作为电极装进超级电容器。“很惊喜,它的储能性非常好,还创造了生物质碳基材料的最长循环寿命——可大电流充放10万次以上。”他说,碳导电性好、成本低,是电池电极材料的最佳选择。而为了获得可再生、更廉价的碳源,学界开始用秸秆、米等植物来制备碳基材料。“一来是觉得好玩,化学嘛,就是玩出来的。二来是以我们的经验,我们分析杨梅富含硫、磷等化学成分,并具有较好的吸附性,所以预判它碳化后肯定能形成杂原子掺和的碳材料。而这种杂原子碳材料的储能性能普遍较好。所以预测试验效果会很好。”就这样,这个杨梅实验不仅登上了SCI国际学术期刊,还为王舜拿下了一项国际专利。

《温州都市报》2019年11月26日第8版

“碳能源”再升级:制造“高密度碳超级电容器”

其实,早在2005年王舜就与碳结缘。那时,作为温大化材学院物理化学研究所所长的他,负责在全国为温大招揽科研人才。他引进了当时国际碳纳米管研究领域的精英——黄少铭教授,并协助黄教授引领全院开拓碳材料研究。

随着碳材料家族的不断发展壮大,如今的碳纳米管、石墨烯、多孔碳、高密度碳等碳材料,已经逐渐在新型电池、传感器等领域被赋予新功能。而王舜对碳材料的研究也在不断拓展和深化。“2005~2010年我研究碳基传感器;2015年至今,我主攻碳材料的能源应用研究。新型电池是新能源中的一个关键领域,对新能源汽车、高端装备等新兴产业具有十分重要的支撑作用。一块电池主要由电极、隔膜、电解质等构成,其中电极成本占电池总成本的30%。所以我们就抓住这个关键部件,试验发明多种碳基电极,并研究其在各种电池上的应用可能性。”

截至目前,在能源材料研究领域,王舜已组建由国际知名专家、教授、博士在内的16人研究团队,并下设2个省级实验室;在《Nature Communication》《Journal of the American Chemical Society》等全球权威学术期刊发表高水平学术论文100余篇;拥有国家发明专利31项,PCT国际发明专利2项;获得教育部自然科学奖二等奖、浙江省科学技术奖一、二等奖等奖项。

“接下来,我的研究重点将会放在高密度碳超级电容器上。”王舜介绍,超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置,它既具有电容器快速充放电的特性,同时又具有电池的储能特性,还拥有功率密度高、循环寿命长、绿色环保等特点。而他的团队则制备了一类新型高密度杂原子掺杂多孔碳,作为水基超级电容器的电极材料。“这种超级电容器可以在1分钟内完成充电,且体积小储能量大,还可充放电循环5万次至10万次,但续航短;所以非常适合作为公共汽车的电池材料。如电动公交车到达一站时可快速充电,行驶到下一站再充电,实现间歇性循环供能运行。”目前,王舜已经与部分企业展开应用试验,不断推进高密度碳超级电容器的产业化。

挑战“学术话语权”:为温州创办第一本国际能源类学术刊物

今年9月,第一期《Carbon Energy》(译为碳能源)英文学术期刊正式发行,刊发了来自新加坡南洋理工大学、澳大利亚悉尼大学等国际高校研究者的11篇文章。一经发行,在国内化学界引发不少关注。

然而,谁都料想不到,这本国际能源类学术刊物竟出自王舜之手。“西方在学术上一直掌握着话语权,这与他们创办和垄断着世界一流科技学术期刊、学术数据库紧密相关。作为学术人,我们总是削尖脑袋想上SCI(即美国《科学引文索引》,美国科学信息研究所创办出版的引文数据库);可我总在想,我们能不能创办自己的、有国际影响力的高水平期刊,抢占学术话语权。”作为该期刊的牵头创办人及主编,王舜坦言他一直梦想着国际化学界最前沿的科研人才、成果能在中国汇聚,能在温州集结。而创办一本高影响力的国际学术期刊,能为实现这一目标,开拓出一条捷径。

2015年,王舜和他的团队走上了开拓之路。“我们学院在碳能源研究领域已经摸索了很多年,无论是在国际人才汇聚,还是科研成果上都有了一定的积累。而碳能源研究作为新能源与新材料研究的交叉领域,正越发受到国家和学术界的重视。因此,我最先想到就是从碳能源入手。”之后,他率领团队对国际上材料及能源领域的顶级期刊、碳能源的相关论文、作者群进行分析,发现以“Carbon energy”为关键词检索出的2010~2018年全球发表论文总数接近20万篇,其中约26.9%来源于中国,且目前国际上还没有以“Carbon+Energy”为主题的专业期刊。

“这就给了我们很大的信心。而之后最难的就是找国际出版商和专业的审稿人团队。但在这一方面,我们基于以往的积累,进行得很顺利。”他坦言,由于温大近年来不断开拓与国际学术界的交流,一批“豪华”专家很快就邀请到位:由新加坡南洋理工大学化学与生物医药工程学院院长王昕,韩国延世大学化学与生物分子工程系教授Jong Hyeok Park等4名科学家担任副主编;由美国阿贡国家实验室高水平学者、中美电池联合研究中心负责人Khalil Amine教授,加拿大最年轻的国家科学院院士、国家工程院院士、温州大学双聘教授陈忠伟等32名科学家出任顾问编委。同时,他们还与全球历史最悠久﹑最知名的学术出版商之一的Wiley达成出版合作。

今年10月,《Carbon Energy》一鸣惊人,成功入选由中科协、财政部、教育部等多部门联合实施的“中国高科技期刊卓越行动计划”的“高起点新刊”名录。“这可以说获了国家级最高荣誉,开了个好头。我希望通过3年努力,争取让《Carbon Energy》成长为聚焦‘碳+能源’领域研究的高影响因子旗舰杂志(影响因子是目前国际上通用的期刊评价指标,影响因子越高代表期刊影响力越大)。”王舜对此信心满满。

他眼中的新青年:

不忘初心,永怀梦想,砥砺前行,超越自我!

温都记者 张新彤

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