原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/tJHO5cl8Grw5ViE-5qrtTA
王成亮教授
华中科技大学光电学院、武汉光电国家研究中心,教授,博导。
2005年本科毕业于南京大学,2010年博士毕业于中科院化学所。随后依次在香港中文大学、德国明斯特大学和伊尔梅瑙理工大学从事研究工作。2016年通过国家海外高层次人才引进,加入华中科技大学。一直从事于有机高分子材料及其在有机电子学和储能电池中的应用研究。发表第一和通讯论文30余篇,包括Chem. Rev.,Chem.Soc. Rev.,Chem,Adv. Mater.,Angew. Chem.,J. Am. Chem. Soc.,EnergyChem,Energy Storage Mater.,Energy Environ. Mater.等,单篇最高被引超过2000次。
EnergyChem:请简单介绍一下您的科研工作。
王老师:共轭有机高分子材料是一类具有大共轭体系、电荷可以离域的功能材料,可以被用作半导体,带动了有机电子和柔性电子的快速发展。另一方面,由于能源和环境污染问题以及电子设备和电动汽车的大规模普及,锂电池等储能器件的需求日益增加。在此情况下,以国家的新能源战略和柔性电子产业中的柔性储能为导向,我们认为共轭有机高分子材料(柔性、稳定得失电子态、良好电荷传输性能等)用于储能领域具有得天独厚的优势,因此将前期在有机电子学(场效应晶体管)中的材料设计和电荷传输调控的经验拓展到储能领域,希望能够实现知识的移植和跨界创新。
EnergyChem:您的研究领域面临哪些挑战,您对该领域有何展望?
王老师:利用有机高分子材料来获得高性能的储能电池仍然面临着很多挑战,比如如何设计高比容量的材料、如何提高电池的稳定性(包括材料本身得失电子态的稳定性、嵌入离子后材料结构的稳定性、材料在电解液中的溶解性等)、如何获得良好的电子传输和离子传输以实现快速充放电等等。而利用有机高分子材料本身的柔性实现柔性电池是下一步面临的更大挑战,包括如何获得具有高离子导电性的柔性固态电解液材料、如何获得良好的电极与电解液界面、如何保证弯曲与折叠等条件下结构的稳定等等。对于获得高性能的储能电池,目前已取得了很多经验,而如何利用有机高分子材料本身的柔性来实现柔性电池还有很长的路要走。
EnergyChem:简单介绍一下您最近发在EnergyChem期刊上的一个工作。
王老师:基于我们前期在有机高分子材料及其在储能电池领域的研究,我们很荣幸的得到了EnergyChem期刊主编徐强教授的邀请,撰写了关于聚合物在可充电池中的应用“Redox polymers for rechargeable metal-ion batteries”方面的长篇综述。在该综述中,我们详细分析了各类聚合物材料应用于电池中时存在的优点和挑战,并阐述了可能的解决办法,总结了普遍性的指导方针,并展望了有机高分子作为电极材料的未来发展趋势(EnergyChem 2020, 2, 100030)。
EnergyChem:您最喜欢您的哪部分研究工作,为什么?
王老师:基于我们前期在共轭有机高分子材料(π-π共轭)及其在储能电池领域的研究,我们进一步将研究方向从π-π共轭拓展到了π-d共轭的配位聚合物材料。这一类材料近几年得到了很多关注,但其结构还存在很多不清楚的地方,不同的文献众说纷纭,并且在我们开始此领域研究的时候,还没有应用于储能电池领域的报道。诺贝尔奖获得者范霍夫指出“研究个别化合物或具体过程,目的在于找出普遍规律”。我们通过对镍与氮的配位聚合物的深入研究,揭示了这一类材料的结构和储能机理等普遍规律,并将其应用于钠离子电池,获得了较高的容量和快速充放电性能(Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 14731;Chem. Commun. 2019, 55, 10856)。
EnergyChem:您从事科研工作的最大动力什么?
王老师:做有用、有趣、有新意的事情,探索未知、创造新的可能!
EnergyChem:分享一件您在科研中碰到的有趣的事情。
王老师:材料的结构和机理一直是科学研究中的一个关注点,也是最难解决的一个问题。利用各种表征手段,有时也不能解决这个问题。实验可能带来虚假的现象,数据可能带来错误推论,如何正确地分析数据、让数据说话是研究人员必须要慎重对待的事情。在上面所述的共轭配位聚合物材料研究中,我们就遇到了这样的问题。我们通过各种分析表征,认为材料在充放电时会得失3个电子。但从结果来看,在此区间内,配体只可能被还原、得到2个电子,不会被氧化、失去电子。文献中已有很多金属氧化物和金属配合物的报道,认为金属离子可以得到电子,甚至变为0价。然而非原位的XPS测试表明Ni一直为+2价。直到有一天,一个意外的实验让我们有了眉目。为了表征其机理,我们花了大量时间准备样品。在一次实验中,放电电极样品用溶剂洗涤后,取出手套箱时发生了明显的冒烟和起火现象。我们通过分析,认为起火的原因是该样品取出前,没有被彻底干燥。经反复验证,所有的放电样品未彻底干燥时,移到空气中都会发生冒烟和起火;而所有的充电样品都不发生。这给我们带来了灵感:材料中的Ni可能发生了氧化还原,得到电子,变成了高活性的一价或零价镍。为此,我们利用该冒烟现象对充放电过程进行了详细分析,并结合其它手段,揭示了样品在放电后,镍被还原到了+1价。样品在有溶剂存在的情况下,在空气中剧烈氧化,造成溶剂着火冒烟;而干燥的情况下,样品在空气中氧化,并不表现出肉眼可见的变化,从而产生了XPS表征的错误假象。
EnergyChem:您对有志于从事科研工作的学生有什么建议?
王老师:勤奋。主动思考。尽信书不如无书,用挑刺、批判、辩证的眼光看文献。认真对待实验数据、慎重给出结论。认真观察实验过程中的细节,遇到特别的现象、自认为“失败”的结果,尽早跟导师沟通、讨论。
EnergyChem:做好科研有什么“诀窍”?
王老师:多看相关的专业书籍、厚实基础。万物互联,多与人交流沟通,多思考与自己工作的相关性,他山之石可以攻玉,从他人他事中寻找灵感。踏实做事,深入做研究。
EnergyChem:您在选择研究生时更看重哪些方面?为什么?
王老师:对科研有热情,能主动的思考。
EnergyChem:您觉得您有哪些日常生活中的习惯或爱好对您的工作/研究产生了积极的影响?
王老师:按事情的“轻重缓急”,合理安排自己的时间。事情尽量及早完成,不拖到deadline之前。
EnergyChem:在科研之外,您有什么爱好?
王老师:打羽毛球。
EnergyChem:科研工作心得体会分享。
王老师:交叉是创新的源泉,从事交叉学科研究。在国家社会需求与自己知识特长之间寻找平衡点。
EnergyChem:您能否用简单的一句话形容一下拥有快乐的实验室生活的关键。
王老师:团结、做好分内事、主动帮助他人。
关于EnergyChem:
联系我们:
EnergyChemMEO@hotmail.com (邮箱)
EnergyChemMEO-Zhang (微信号)