本刊記者 李玉琨

陳元振：和電化學(xué)較真的人

本刊記者 李玉琨

陳元振

隨著社會的快速發(fā)展和環(huán)保意識的增強，人們迫切希望發(fā)展新型電源技術(shù)來替代化石燃料和對環(huán)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(shù)得到了廣泛研究并逐步應(yīng)用。其中，超級電容器因具有功率密度高、循環(huán)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(yōu)勢，在諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用，并具有廣闊的市場前景。

陳元振作為西安交通大學(xué)材料物理與化學(xué)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)功能化與電化學(xué)應(yīng)用、水系電化學(xué)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)?！捌垷o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(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)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(xué)這條路后，他就根據(jù)現(xiàn)實生活需要，調(diào)整研究方向，為解決現(xiàn)實問題服務(wù)。從博士期間主要從事碳材料儲氫的研究，到畢業(yè)以后將研究方向投向電化學(xué)儲能，再到汽車的啟動電源，這些研究無一不是根據(jù)時代、生活所需研發(fā)的。

有感于生活中楓木的結(jié)構(gòu)特點，陳元振的項目“具有生物質(zhì)孔道形態(tài)三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)的制備及儲能應(yīng)用”成功申請到國家自然科學(xué)基金的支持。該項目準備以生物質(zhì)碳塊體為模板，通過鎳鹽浸漬—燒結(jié)—還原法復(fù)制其結(jié)構(gòu)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(zhì)孔道形態(tài)石墨烯網(wǎng)絡(luò)。研究影響鎳骨架尺寸及結(jié)構(gòu)連續(xù)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(zhì)基石墨烯骨架網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化制備的方法論。以其為基體生長活性材料并測試復(fù)合電極的電化學(xué)性能，研究三維石墨烯骨架網(wǎng)絡(luò)對活性材料生長、載量及電容性能的影響規(guī)律，為高能量密度復(fù)合電極的制備提供理論指導(dǎo)。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(yīng)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(xué)到許多知識，為以后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。陳元振攻讀博士學(xué)位期間就已經(jīng)從事聚苯胺與多孔碳材料制備與儲氫應(yīng)用研究，積累了大量聚苯胺材料的制備經(jīng)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(jié)果其最大儲氫量可達到5.2wt%，并且研究結(jié)果已在氫能研究的權(quán)威期刊International Journal of Hydrogen Energy上發(fā)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(jié)果已在電化學(xué)權(quán)威期刊Electrochimica ACTA上發(fā)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(quán)威期刊International Journal of Hydrogen Energy上發(fā)表。

為減少燃燒石油的內(nèi)燃機尾氣排放對環(huán)境的污染，研究者們已經(jīng)進行混合動力、燃料電池、化學(xué)電池產(chǎn)品及應(yīng)用的研究與開發(fā)，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(xué)電池污染環(huán)境、系統(tǒng)復(fù)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(yōu)點，現(xiàn)在已成為世界各國（特別是西方發(fā)達國家）研究與開發(fā)的熱點。

陳元振也在不遺余力地研發(fā)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(huán)性能差的問題。主要的原因是電極材料機構(gòu)穩(wěn)定性差，導(dǎo)致循環(huán)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的材料，這種材料不僅表現(xiàn)出超高比容量（1800F/g），而且循環(huán)性能高達10000次，保持率為84%，遠達到工業(yè)化應(yīng)用水平。該研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在國際頂級期刊Nano Letters上，并得行業(yè)學(xué)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(xué)習(xí)，實驗，再學(xué)習(xí)，再實驗，是陳元振工作循環(huán)的軌跡。5年來，僅一本《電化學(xué)原理》陳元振就看了無數(shù)遍。“書需要反復(fù)看，很多細節(jié)的東西我們要多推敲，這樣在實際操作中才會更加順利?！笔澜缟蠜]有天生的才氣，才氣必須經(jīng)過磨練?？蒲幸彩牵仨毥?jīng)過反復(fù)無數(shù)次的實驗才會尋得曲徑通幽處。

山重水復(fù)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?！?/p>

陳元振說，馬克思不僅是一個偉大的哲學(xué)家，還是一個偉大的數(shù)學(xué)家。馬克思在做哲學(xué)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(xué)，轉(zhuǎn)而研究數(shù)學(xué)。某個時候，靈光一現(xiàn)，哲學(xué)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(zhuǎn)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?！翱磩e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?！痹谧鯨i-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(jīng)過無數(shù)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(yīng)該專教書，他的責任是教人做人；學(xué)生不應(yīng)該專讀書，他的責任是學(xué)習(xí)人生之道。身為導(dǎo)師，陳元振和學(xué)生既是師生關(guān)系又是朋友、工作伙伴關(guān)系。在陳元振心中，科研重要，但教書育人、授業(yè)解惑才是第一位的?！拔覍ξ业膶W(xué)生最大的期望是他們都品質(zhì)高尚，只有品質(zhì)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?！贬槍ΜF(xiàn)在有些學(xué)生把導(dǎo)師直呼老板，陳元振極其反對?！霸谖铱磥?。我的第一角色永遠是導(dǎo)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(shù)學(xué)上或?qū)嶒炆系募寄芏眩岢鲂碌膯栴}，卻需要有創(chuàng)造性的想像力，而且標志著科學(xué)的真正進步?！标愒衿珢巯矚g提問的學(xué)生，他很樂意學(xué)生推著老師走。于學(xué)生而言，提問多，說明思考多，腦袋越用越聰明。于老師而言，學(xué)生的問題有時會帶來新想法，開拓思路?！叭诵?，必有我?guī)熝伞?，在學(xué)生面前，陳元振不會擺出一副高姿態(tài)，就如他說的“亦師亦友?！?/p>

“科研是一種嚴謹?shù)膽B(tài)度，用發(fā)表論文的數(shù)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?！边@是陳元振對科研的態(tài)度，5年過去了，陳元振對電化學(xué)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(huán)境，造不出時代的偉人?！拔沂寝r(nóng)村長大的孩子，吃苦精神可以說與生俱來?！闭驗樵陉愒裆砩嫌幸环N能吃苦的精神，所以他才無所畏懼，在材料物理與化學(xué)領(lǐng)域不斷探索，一路向前。