陳元振：和電化學較真的人

本刊記者 李玉琨

陳元振：和電化學較真的人

本刊記者 李玉琨

陳元振

隨著社會的快速發展和環保意識的增強，人們迫切希望發展新型電源技術來替代化石燃料和對環境有害的、效率低的電源類型。最近十幾年來，鋰電池、超級電容器和燃料電池等新電源技術得到了廣泛研究并逐步應用。其中，超級電容器因具有功率密度高、循環壽命長、能瞬間大電流快速充放電、工作溫度范圍寬等其他儲能器件不能比擬的優勢，在諸多領域得到應用，并具有廣闊的市場前景。

陳元振作為西安交通大學材料物理與化學研究室的一名教師，致力于鋰離子電池、超級電容器、新型石墨烯網絡結構功能化與電化學應用、水系電化學催化等新能源儲能器件研究，如氫析出(HER)、氧析出（OER）和氧還原(OER)。“茍無濟代心，獨善亦何益”，這便是他做科研的最大動力。

操千曲而后曉聲，觀千劍而后識器

2012年，陳元振進入西安交通大學材料科學與工程學院工作，至今已有5年的光陰。陳元振說，走上物理材料與化學這條路后，他就根據現實生活需要，調整研究方向，為解決現實問題服務。從博士期間主要從事碳材料儲氫的研究，到畢業以后將研究方向投向電化學儲能，再到汽車的啟動電源，這些研究無一不是根據時代、生活所需研發的。

有感于生活中楓木的結構特點，陳元振的項目“具有生物質孔道形態三維石墨烯網絡的制備及儲能應用”成功申請到國家自然科學基金的支持。該項目準備以生物質碳塊體為模板，通過鎳鹽浸漬—燒結—還原法復制其結構制備鎳骨架。采用CVD法在其表面上沉積碳層，然后通過酸蝕的方法除掉鎳骨架，最終制得三維生物質孔道形態石墨烯網絡。研究影響鎳骨架尺寸及結構連續性的主要因素，揭示石墨烯在微米級鎳骨架上的生長機制，建立三維生物質基石墨烯骨架網絡優化制備的方法論。以其為基體生長活性材料并測試復合電極的電化學性能，研究三維石墨烯骨架網絡對活性材料生長、載量及電容性能的影響規律，為高能量密度復合電極的制備提供理論指導。陳元振表示，這個項目的研究會在電池材料、催化劑等方向有廣闊的應用空間，極具實用性。

陳元振說，攻讀博士的這幾年時間，無論是在理論上還是在實踐上都學到許多知識，為以后的工作打下了堅實的基礎。陳元振攻讀博士學位期間就已經從事聚苯胺與多孔碳材料制備與儲氫應用研究，積累了大量聚苯胺材料的制備經驗，已成功制備出一系列矩形截面的聚苯胺管，通過對其碳化和活化得到了比表面積大的聚苯胺基矩形碳管，結果其最大儲氫量可達到5.2wt%，并且研究結果已在氫能研究的權威期刊International Journal of Hydrogen Energy上發表。同時，陳元振對矩形碳管材料進行了超級電容器研究，其中最大的比電容可以達到220Fg-1，研究結果已在電化學權威期刊Electrochimica ACTA上發表。除此以外，陳元振還對聚苯胺顆粒摻雜F e納米顆粒的儲氫性能也做了研究，以二茂鐵做為造孔劑，制備了比表面積巨大的多孔碳材料，其值可達到3200m2g-1，其低溫77K儲氫量可達到6.3wt%。該研究成果也在氫能研究的權威期刊International Journal of Hydrogen Energy上發表。

為減少燃燒石油的內燃機尾氣排放對環境的污染，研究者們已經進行混合動力、燃料電池、化學電池產品及應用的研究與開發，并取得了一定的成效。但是由于它們固有的使用壽命短、溫度特性差、化學電池污染環境、系統復雜、造價高昂等致命弱點，一直沒有很好的解決辦法。超級電容器以其突出的優點，現在已成為世界各國（特別是西方發達國家）研究與開發的熱點。

陳元振也在不遺余力地研發高能量高密度的超級電容器。陳元振說，贗電容電極材料的能量密度高，但是普遍面臨著循環性能差的問題。主要的原因是電極材料機構穩定性差，導致循環過程中材料性能衰退。通過分析研究，陳元振研制出一種利用支柱作用（BO2-）增強層狀（α-Ni(OH)2）結構穩定性的材料，這種材料不僅表現出超高比容量（1800F/g），而且循環性能高達10000次，保持率為84%，遠達到工業化應用水平。該研究結果已經發表在國際頂級期刊Nano Letters上，并得行業學者的認可。

從早上8點進入研究所，不到深夜12點不會回家，學習，實驗，再學習，再實驗，是陳元振工作循環的軌跡。5年來，僅一本《電化學原理》陳元振就看了無數遍。“書需要反復看，很多細節的東西我們要多推敲，這樣在實際操作中才會更加順利。”世界上沒有天生的才氣，才氣必須經過磨練。科研也是，必須經過反復無數次的實驗才會尋得曲徑通幽處。

山重水復疑無路，柳暗花明又一村

“在科研中，我時常會掉進死胡同，在苦思不得其解時，有時會因為別人的一句話豁然開朗。”

陳元振說，馬克思不僅是一個偉大的哲學家，還是一個偉大的數學家。馬克思在做哲學研究碰到難題時，一時間找不到解決方法，他會暫時放下哲學，轉而研究數學。某個時候，靈光一現，哲學難題就迎刃而解了。陳元振也是如此，在科研遇到瓶頸時，陳元振會暫時放下手中的研究，轉向另外一個研究，常常問題就在做另外一個研究時得到解決。

在陳元振眼中，讀別人的文獻、論文也是解決問題的一種方法。“看別人的文獻，反過來思考自己的問題，尋找最佳的解決方法，再回到自己實驗中。”通過讀別人的文章來尋找問題的突破口是許多科研者推崇的方法。在讀他人文章時會帶給人一些靈感，所謂“一語點醒夢中人”，說的正是如此。

專注做實驗

對于科研，陳元振有種較勁的精神。用他的話說：“我是個倔脾氣，常常還有點‘自負’，我堅持的東西，我會堅持到把它做出來為止。”在做Li-S電池時，陳元振棄人們常用的正極用硫，負極用鋰片。鋰片非常不安全。怎樣改變這種情況？陳元振把正極換成硫化鋰，負極換成石墨。力排眾議，經過無數次的實驗，陳元振證明出自己的想法是可行的。他說，在接下來的實驗里會牽扯到做硫化鋰，硫化鋰遇到空氣中的水分會分解出硫化氫和氫氧化鋰，硫化氫在空氣中有臭雞蛋的味道。雖然這一問題目前還未解決，但是陳元振依然堅持自己的想法，努力尋找解決問題的最佳方法。

我不是老板，是老師

先生不應該專教書，他的責任是教人做人；學生不應該專讀書，他的責任是學習人生之道。身為導師，陳元振和學生既是師生關系又是朋友、工作伙伴關系。在陳元振心中，科研重要，但教書育人、授業解惑才是第一位的。“我對我的學生最大的期望是他們都品質高尚，只有品質高尚的人無論是在科研中還是在其他工作中才能有所成就。”針對現在有些學生把導師直呼老板，陳元振極其反對。“在我看來。我的第一角色永遠是導師”。

陳元振引用愛因斯坦的話說：“提出一個問題往往比解決一個更重要。因為解決問題也許僅是一個數學上或實驗上的技能而已，而提出新的問題，卻需要有創造性的想像力，而且標志著科學的真正進步。”陳元振偏愛喜歡提問的學生，他很樂意學生推著老師走。于學生而言，提問多，說明思考多，腦袋越用越聰明。于老師而言，學生的問題有時會帶來新想法，開拓思路。“三人行，必有我師焉”，在學生面前，陳元振不會擺出一副高姿態，就如他說的“亦師亦友。”

“科研是一種嚴謹的態度，用發表論文的數量是衡量不出來的，有時候一篇科研論文要花幾年的時間來完成。”這是陳元振對科研的態度，5年過去了，陳元振對電化學的研究仍有初戀般的熱情。平靜的湖面，煉不出精悍的水手；安逸的環境，造不出時代的偉人。“我是農村長大的孩子，吃苦精神可以說與生俱來。”正因為在陳元振身上有一種能吃苦的精神，所以他才無所畏懼，在材料物理與化學領域不斷探索，一路向前。