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灣區逐夢 | 喻學鋒:做材料科學的“顛覆式創新”帶頭人

時間:2019-10-25  來源:光明日報記者 黨文婷 文本大?。骸?a href="javascript:doZoom(16)">大 |  | 】  【打印

  【慶祝新中國成立70周年,獻禮中科院建院70周年,深圳先進院推出“引領科學風尚 傳承科學精神”系列人物報道,樹立先進典型,凝聚榜樣力量,講述科技工作者的精彩故事及取得的最新成果,弘揚他們胸懷祖國、服務人民的愛國精神,勇攀高峰、敢為人先的創新精神,追求真理、嚴謹治學的求實精神,淡泊名利、潛心研究的奉獻精神,集智攻關、團結協作的協同精神,甘為人梯、獎掖后學的育人精神?!?/p>

 

  以石墨烯為代表的二維材料“顛覆”了世界對于物理和電子的認知,展現出眾多優異的理化性質和廣闊的應用前景,被譽為21世紀的超級材料。2014年,二維材料領域發生了一件大事——黑磷問世了,其在光學、電學方面優越的功能性和在催化、能源、醫藥等領域的廣闊應用前景,使得這一新的二維材料備受研究者和產業界的關注。

  2014年,對于中國科學院深圳先進技術研究院材料所(籌)副所長、黨總支副書記喻學鋒研究員來說,同樣也發生了一件“大事”——37歲的他,放棄了高校的教職和相對安穩的生活,毅然南下深圳從事黑磷的研究。

△ 深圳先進院材料所(籌)副所長、黨總支副書記喻學鋒研究員

  五年來的辛勤耕耘,喻學鋒從一個人和幾臺借來的實驗儀器,已經發展為擁有70多名成員和幾千萬元科研設備的研究中心,實現了一系列黑磷制備和應用技術的突破,發表了50多篇高水平論文、申請了60多項黑磷發明專利,成為國際上該領域專利布局最多的課題組,寫下了從科學研究到“產業報國”的精彩篇章。

  五年探索實現規?;票訃際?/strong>

  磷資源在工業中扮演著重要的角色。然而,各種磷化工產品的附加值長期保持在較低水平?!澳殼罷雋墜ひ狄雜謝孜?,無機磷并沒有得到很好的發展?!庇餮Х嫠?,黑磷作為最穩定的單質磷和最薄的直接帶隙半導體,一方面它有很多光學、電學、生物化學方面的性質,在光電器件、電池、催化和醫藥等領域具有很好的應用價值;另一方面,黑磷的出現也可以啟發人們開展無機磷功能材料的開發,使得磷未來也能跟碳一樣成為一個工業體系的核心材料。

△ 黑磷:最穩定的單質磷(資料圖)

  然而,白磷易燃易爆有劇毒,限制了磷工業的地理位置,很多的下游產業都得在礦山附近。如何加強磷的穩定性,成為需要解決的關鍵問題。2015年,喻學鋒與香港城市大學朱劍豪教授等合作,制備出黑磷烯和黑磷量子點;隨后幾年,團隊發展了系列界面調控技術,實現了黑磷的穩定性強化和功能拓展,為黑磷的規?;票負陀τ玫於嘶?。

  “今年具體進展就是利用黑磷的化學活性,發展了鉑磷和鈀磷等新型催化劑,鉑是燃料電池和很多工業催化的核心材料,黑磷可以快速有效的調節鉑的電子結構,從而極大提升鉑的催化活性,而成本又只增加一點?!庇餮Х娓嫠嘸欽?,這是一個很好的工業級產品,團隊正在依托合作企業進行相關的工業測試,有望實現產業推廣。此外,團隊在黑磷的生物活性和醫學應用方面也取得了很好的進展。

  顛覆式創新改變材料產業現狀

  我國磷礦儲量位居世界第二位,由于此前磷基功能材料的核心技術大部分被外國掌握,曾一度以低附加值出口磷礦,再進口高附加值的磷基功能材料。白磷價格約一萬元每噸,紅磷為三萬元每噸,而黑磷則遠高于前兩者。在此背景下,黑磷有望作為整個磷工業重要的新支點。

  “不僅磷工業面臨這樣的問題,我國的材料工業普遍存在這個問題,當前大部分高端功能材料仍然需要依賴進口?!庇餮Х嬡銜?,磷是重要的戰略稀缺資源,特別是目前國際科技競爭和限制日趨激烈的形式下,從國家需求層面上來說,更要加強在這種材料底層技術的創新。

△ 喻學鋒團隊所獲榮譽

  而想要解決“卡脖子”問題,在喻學鋒看來,不能說現在卡什么就只做什么,科研工作者們也應當布局未來,發展一些新的顛覆性技術。

  實際上,2014年喻學鋒剛開始研究黑磷時,整個領域才有幾篇論文,現在一年能有一千多篇論文,我國在這一領域基本和世界其他國家同時起步。由于很早意識到這將是一種很好的技術,團隊有了先發優勢,進展很快,目前技術上已經走通了從紅磷到黑磷規?;票傅募際趼廢?,可以大大降低成本,有望在兩三年內實現生產。

  “盡管黑磷是一個越來越熱的材料,但還處于產業的非常早期階段。我們還是得保持一個平和的心態,扎扎實實地圍繞著一個方向持續地做下去?!庇餮Х嫠?,團隊想做的就是盡快把黑磷制備和應用技術發展起來,一方面真正能夠工業化制備,另一方面能夠切切實實地開發出工業級產品,在國際競爭中取得領先地位。

  以應用為目標做“全能型”科學家

  從基礎研究到應用研究,再到實現產業化,對于一名昔日的純科研工作者來說,同樣是巨大的挑戰,不僅要有新的研究路徑,更要重新定義科研者所要具備的能力。

  對于喻學鋒的團隊來說,發論文是與科技同行的交流,而不是科研團隊的唯一工作?!骯腋宋頤薔閻С?,我們希望做出來的東西能夠回饋工業回饋國家,變成產業界認可的技術跟產品,”喻學鋒常常這樣激勵團隊成員們,“材料科學本來就是應用科學,我們應該把目標從論文變成一項一項有用的技術?!?/p>

△ 喻學鋒團隊合照

  而深圳先進院良好的“研學產資”生態系統,與國際接軌的首席科學家負責制、科技成果轉化的激勵機制等科研體制,也給予了他有所作為的廣闊空間。2016年6月,在深圳先進院為黑磷成果召開的專場對接會上,團隊接觸到了相關企業。2016年8月,深圳先進院與湖北興發集團合作,共同投資組建了中科墨磷科技有限公司。喻學鋒團隊的黑磷制備技術就這樣在兩年的時間內以2500萬元實現產業化轉讓。

  如今,繁忙依然是喻學鋒工作和生活的主題,對他來說,實現產業化不是一件容易的事情,不僅需要專業知識,還需要同上下游企業、投資機構、政府部門等各行各業的人打交道,不斷學習新的知識,然而他卻更加充滿希望和干勁。

  “比較樂觀的是目前企業的觀念也在轉變,更加鼓勵技術創新和產學研合作,我們科研人員也要一起轉變觀念,更多地與企業互動,成為國家科技創新的驅動力,在科學上占領制高點,同時也面向產業、服務產業,支持國家經濟的高質量發展?!庇餮Х嫠?。 

 

  中共黨員喻學鋒:作為一名科研工作和和黨總支副書記,要牢記使命,不忘初心,堅持探索,為科技強國而努力奮斗。