肖延勝

長(zhǎng)期致力于具有新型納米結(jié)構(gòu)的金屬氧/硫化物以及碳基復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與合成，并努力開拓這類材料在以鋰離子電池為代表的新型高性能儲(chǔ)能器件中的應(yīng)用，取得了顯著的科研成果。他，就是成都電子科技大學(xué)微電子與固體電子學(xué)院教授陳俊松。

涉足科研 初獲成功

1984年，陳俊松出生于四川省成都市。2004年至2008年，他就讀于新加坡南洋理工大學(xué)化學(xué)與生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院生物工程系獲學(xué)士學(xué)位。2012年，他于同所院校獲博士學(xué)位。

博士畢業(yè)以后，陳俊松先后在新加坡國(guó)立大學(xué)、新加坡南洋理工大學(xué)從事博士后研究。2013年至2014年，他于德國(guó)馬克思普朗克膠體與界面研究所任洪堡學(xué)者。2016年2月，任澳大利亞新南威爾士大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院訪問(wèn)學(xué)者。于2016年中旬加入我國(guó)成都電子科技大學(xué)微電子與固體電子學(xué)院任教授。

通過(guò)幾年的科研工作，陳俊松在納米材料的設(shè)計(jì)和在高性能儲(chǔ)能設(shè)備中的應(yīng)用等方面開展了深入的研究。經(jīng)過(guò)艱辛的拼搏，他在該領(lǐng)域取得了初步的科研成果。

建立體系 提供依據(jù)

陳俊松利用溶劑熱法制備了富含暴露晶面為（001）高能面的銳鈦礦型二氧化鈦（TiO2）納米片。作為常見的金屬氧化物，TiO2在生產(chǎn)生活中應(yīng)用極廣。TiO2在鋰離子電池中作負(fù)極，它是通過(guò)鋰離子的可逆嵌入/脫出實(shí)現(xiàn)充放電反應(yīng)的。在銳鈦礦TiO2晶體結(jié)構(gòu)中，鋰離子主要沿著c軸方向擴(kuò)散，從而儲(chǔ)存了能量。

根據(jù)上述儲(chǔ)鋰機(jī)理，鋰離子的脫嵌過(guò)程中對(duì)TiO2所產(chǎn)生的體積形變很小，這樣就使電極材料的穩(wěn)定性得到了提高，從而使電池的循環(huán)性能得到了增強(qiáng)。但是，由于TiO2自身的導(dǎo)電性能較差，其在高倍率下的充放電性能就受到了限制。如果能合成出富含暴露晶面為（001）面的TiO2納米結(jié)構(gòu)，對(duì)鋰離子脫嵌反應(yīng)的發(fā)生極為有利，TiO2在高倍率下的儲(chǔ)鋰性能也會(huì)得到提高。相關(guān)的計(jì)算結(jié)果顯示，由（001）面嵌入的鋰離子需要逾越的勢(shì)壘明顯比其他各晶面小，但是，其在銳鈦礦TiO2各晶面中具有最高的表面能，因此，TiO2的晶體在生長(zhǎng)時(shí)，（001）面將會(huì)被其他表面能較低的晶面迅速替代，這也是實(shí)際合成過(guò)程中的重大難題。

為了解決這個(gè)難題，陳俊松建立了一個(gè)溶劑熱體系，使用異丙氧基鈦?zhàn)鳛榍膀?qū)體，在二亞乙基三胺存在的情況下于異丙醇中采用溶劑熱方法進(jìn)行反應(yīng)，成功合成出了接近100%的暴露晶面為（001） 高能面的銳鈦礦TiO2納米片。二亞乙基三胺在此合成系統(tǒng)中體現(xiàn)出了對(duì)（001）面極好的穩(wěn)定作用，其在c軸方向上的生長(zhǎng)得到了極強(qiáng)的抑制，誘導(dǎo)銳鈦礦TiO2晶體在ab面上進(jìn)行擴(kuò)展，形成了厚度約3納米、寬度為上百納米的薄片。薄片通過(guò)自組裝形成微米球，保證了它在溶液體系中的穩(wěn)定性。這種微米球比表面積較高，且由于二亞乙基三胺的穩(wěn)定作用，接近100的納米薄片暴露晶面為（001）面。正因?yàn)榇宋⒚浊蛴写颂匦?，在充放電過(guò)程中為鋰離子提供了更多的活性位；（001）納米片作為其功能/結(jié)構(gòu)單元有著極薄的厚度，使鋰離子在c軸上的擴(kuò)散距離大大縮短。這兩大優(yōu)勢(shì)使該微米球在不同電流密度下的可逆容量較高，高倍率充放電性能也很好。

陳俊松建立的溶劑熱體系不僅可以合成純相的銳鈦礦型TiO2納米片，還能夠通過(guò)引入不同的模板/基底來(lái)制備多功能復(fù)合材料。使用該方法誘導(dǎo)TiO2納米片在具有較高導(dǎo)電性的碳納米管或石墨烯表面均勻地生長(zhǎng)，即可得到一維或二維TiO2-C復(fù)合材料，進(jìn)而提高產(chǎn)物的電化學(xué)性能。

此外，這種TiO2納米片也能包覆于二氧化硅納米球表面，形成SiO2@TiO2核殼結(jié)構(gòu)，用NaOH或HF選擇性蝕溶SiO2內(nèi)核，就能得到由TiO2納米片組成的微米空心球。如果把有磁性的四氧化三鐵引入空心內(nèi)腔，就能夠得到可磁性分離的同時(shí)具有優(yōu)越的降解有機(jī)染料催化活性的多功能光催化劑。這些工作無(wú)論是從產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、組份還是功能方面都體現(xiàn)了該溶劑熱體系的多樣性，為合成含暴露晶面為（001）高能面的銳鈦礦型TiO2及其多功能復(fù)合材料提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。

深入研究 獨(dú)辟蹊徑

在科研中，陳俊松開創(chuàng)性地利用草酸“由上至下”對(duì)阿爾法三氧化二鐵（α-Fe2O3）進(jìn)行選擇性刻蝕制備了多孔材料。

長(zhǎng)久以來(lái)，多孔材料都是材料領(lǐng)域備受人們關(guān)注的一種材料，具有密度較低、比表面積較大等特點(diǎn)?；钚蕴亢投嗫譙iO2在此類材料中比較常見，有著極高的比表面積以及很強(qiáng)的吸附能力。然而，它們的制備方法比較復(fù)雜。通常情況下，活性炭要將碳源與具有高腐蝕性的強(qiáng)堿在高溫下進(jìn)行活化，而多孔SiO2則要在硅源水解過(guò)程中引入有機(jī)造孔劑，然后再把造孔劑于高溫下分解去除。多孔金屬氧化物的制備與它們不同，除了要考慮孔隙的形成之外，還要精準(zhǔn)地控制晶體生長(zhǎng)的過(guò)程。因此，制備這類材料需要的合成條件極為嚴(yán)格。在制備多孔α-Fe2O3時(shí)，陳俊松用草酸對(duì)其進(jìn)行“自上而下”的選擇性刻蝕，通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)時(shí)間，獲得了形貌/孔隙可控的α-Fe2O3材料。草酸比醋酸的酸性更強(qiáng)，它與氧化鐵發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，這和無(wú)機(jī)強(qiáng)酸HCl、H2SO4等相比，其反應(yīng)過(guò)程更溫和，選擇性較高，這樣就不會(huì)與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，避免造成損傷。

為了實(shí)現(xiàn)刻蝕反應(yīng)的方向可控，陳俊松首先將水熱法合成的α-Fe2O3納米顆粒作為刻蝕對(duì)象，加入磷酸二氫根離子作為覆蓋劑對(duì)α-Fe2O3的某些特定晶面進(jìn)行包覆，這樣就達(dá)到了控制刻蝕方向僅沿（001）晶面的效果。α-Fe2O3納米顆粒在通過(guò)選擇性刻蝕之后形成了結(jié)構(gòu)完整、厚度均勻的單晶納米片，并且納米片的厚度可直接通過(guò)改變刻蝕時(shí)間進(jìn)行控制。陳俊松還把該刻蝕方法延伸到α-Fe2O3微米顆粒上，通過(guò)調(diào)節(jié)刻蝕時(shí)間就能夠得到孔徑及總孔體積可控的多孔微米顆粒。當(dāng)作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，在特殊多孔結(jié)構(gòu)存在的前提下，此微米顆粒比刻蝕之前的樣品表現(xiàn)出了更為優(yōu)異的循環(huán)性能。他采用了全新且簡(jiǎn)單的方法完成了功能性多孔金屬氧化物的制備，通過(guò)對(duì)材料的形貌結(jié)構(gòu)和孔隙的控制，顯著地提高該材料的物理化學(xué)性能，材料領(lǐng)域新的科研途徑也從而得以產(chǎn)生。endprint

主持科研 規(guī)劃未來(lái)

在平時(shí)的科研中，陳俊松積極承擔(dān)，勇于實(shí)踐。他曾在德國(guó)與新加坡主持或參與了多個(gè)能源材料相關(guān)的重要項(xiàng)目。他在學(xué)術(shù)方面也取得了一定的成績(jī)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文62篇，其中第一作者32篇，被業(yè)內(nèi)同行廣泛引用，SCI他引達(dá)到9290次，其中多篇入選ESI高被引文章，H-index為44。2015年、2016年分別入選材料科學(xué)領(lǐng)域湯森路透全球3000位高被引科學(xué)家，推進(jìn)了我國(guó)的科技創(chuàng)新和科技進(jìn)步。此外，他還非常注重學(xué)術(shù)交流，曾參加過(guò)多個(gè)國(guó)際會(huì)議，并擔(dān)任多個(gè)學(xué)術(shù)期刊的審稿人。

在科研方面取得的優(yōu)異成績(jī)使陳俊松入選中組部第13批“千人計(jì)劃”青年項(xiàng)目，于2016年入選四川省“千人計(jì)劃青年人才”，2011年獲得“2010年國(guó)家優(yōu)秀自費(fèi)留學(xué)生獎(jiǎng)學(xué)金”。2013年，獲得了德國(guó)洪堡基金會(huì)博士后獎(jiǎng)學(xué)金。他還榮獲了多個(gè)雜志頒發(fā)的“審稿人突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”等多項(xiàng)榮譽(yù)證書。

雖然獲得了多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)，但是陳俊松仍然保持著謙虛的優(yōu)良品質(zhì)。在科研中勤奮不輟的他，還把目光緊緊聚焦于鋰硫電池。因?yàn)樗兄芨叩睦碚撃芰棵芏?，在多種新型儲(chǔ)能設(shè)備當(dāng)中，很快成為高性能電池的研究熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)的鋰離子電池不同，鋰硫電池是通過(guò)金屬鋰與單質(zhì)硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成不同鏈長(zhǎng)的鋰硫化物來(lái)完成對(duì)鋰離子的儲(chǔ)存與釋放?，F(xiàn)在的鋰硫電池一般存在著兩大技術(shù)瓶頸：一是單質(zhì)硫是非金屬，其導(dǎo)電性低導(dǎo)致電池的充放電可逆性以及容量保持率較差；二是在充放電過(guò)程中，正極活性物質(zhì)的放電產(chǎn)物多硫化物易溶于電解液，這樣就使電解液的導(dǎo)電率以及活性物質(zhì)的利用率大大降低，電池循環(huán)性能也從而變差。這種現(xiàn)象就是多硫化物的“穿梭效應(yīng)”。這兩大技術(shù)瓶頸阻擋了鋰硫電池發(fā)展的進(jìn)程。因此，要想增強(qiáng)鋰硫電池充放電性能，就要大幅度提高硫正極的導(dǎo)電性，并有效抑制“穿梭效應(yīng)”。對(duì)此，陳俊松決定從新型納米材料的設(shè)計(jì)為出發(fā)點(diǎn)，以電子科大的多種改性與合成技術(shù)為依托，對(duì)充放電過(guò)程中的電化學(xué)反應(yīng)及其產(chǎn)物的物化性質(zhì)進(jìn)行深入細(xì)致的研究，努力尋找能有效提高鋰硫電池循環(huán)性的方法。

陳俊松在國(guó)外期間，積累了許多關(guān)于高性能電極材料的研究經(jīng)驗(yàn)，并取得了多項(xiàng)創(chuàng)新性的科研成果。他決定在此基礎(chǔ)之上，依托電子科大“電子薄膜與集成器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”和“協(xié)同創(chuàng)新中心”，對(duì)鋰硫電池高性能正極材料展開細(xì)致的研究。由于他對(duì)材料化學(xué)深為熟悉，將開拓新穎的材料制備方法，并通過(guò)對(duì)所得材料進(jìn)行改性，建立材料的微觀結(jié)構(gòu)、表面特性與其電化學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系，促進(jìn)鋰硫電池正極材料所面臨的性能瓶頸問(wèn)題的解決。

美好的科研征程中，陳俊松努力創(chuàng)新，開拓進(jìn)取，不斷追求，拼搏不止。在科研的道路上，陳俊松滿懷信心地行走著。對(duì)科研事業(yè)的熱愛(ài)和不懈的追求，激勵(lì)著他一步步走向成功，走向明天。他用自己的忠誠(chéng)和信念為祖國(guó)的科研事業(yè)描繪著美好的藍(lán)圖，創(chuàng)新著美好的科研未來(lái)，書寫著自己的快意人生。endprint