日前，復(fù)旦大學(xué)第十五屆“學(xué)術(shù)之星”特等獎(jiǎng)揭曉。高分子科學(xué)系碩轉(zhuǎn)博研究生韓善濤憑借在全固態(tài)聚合物電解質(zhì)領(lǐng)域的突破性研究，成為6名獲獎(jiǎng)?wù)咧弧?span style="display:none">9SB即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
“離子電導(dǎo)率低”是全固態(tài)聚合物電解質(zhì)長(zhǎng)期面臨的“卡脖子”難題，韓善濤代表性科研工作圍繞這一問(wèn)題，以獨(dú)立第一作者身份，開發(fā)陰離子型含氟聚合物電解質(zhì)，首次闡述高分子序列與離子傳導(dǎo)的構(gòu)效關(guān)系，突破全固態(tài)聚合物電解質(zhì)領(lǐng)域的電導(dǎo)率記錄，成果發(fā)表在全球材料類頂刊Nature Materials。
手機(jī)爆炸、新能源汽車自燃背后，電池“失控”往往是主要原因。全固態(tài)聚合物電解質(zhì)有望解決這類安全問(wèn)題。“全固態(tài)聚合物鋰電池”是全球范圍內(nèi)電池領(lǐng)域的下一代目標(biāo)。
用3年時(shí)間
攻堅(jiān)全固態(tài)聚合物電解質(zhì)難題
“做科研挺有意思?！?020年，入學(xué)高分子科學(xué)系2年后，韓善濤申請(qǐng)碩轉(zhuǎn)博，迎來(lái)在復(fù)旦的博士生生涯。期間，他舍棄研究生前兩年積累的大多數(shù)研究經(jīng)驗(yàn)，開啟新方向的科學(xué)研究——將含氟聚合物合成用于新能源領(lǐng)域研究，重點(diǎn)攻堅(jiān)“全固態(tài)聚合物鋰電池”。
在眾多聚合物體系中，含氟聚合物有安全性好、穩(wěn)定性高的優(yōu)勢(shì)。然而，我國(guó)含氟聚合物市場(chǎng)低端產(chǎn)品過(guò)剩，高端依賴進(jìn)口，亟需國(guó)產(chǎn)自研的功能性含氟聚合物材料。在這片新藍(lán)海中開展科學(xué)研究，韓善濤既興奮又膽怯。
彎道超車，韓善濤開始夜以繼日地閱讀文獻(xiàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)摸索，與導(dǎo)師陳茂教授敲定研究選題“離子型含氟聚合物”，隨后開始一步步“升級(jí)打怪”。沒(méi)有設(shè)備，他就調(diào)研、選購(gòu)實(shí)驗(yàn)所需儀器；不懂電化學(xué)知識(shí)，他就廣泛閱讀專業(yè)文獻(xiàn)和書籍；組內(nèi)在電池方面背景薄弱，師兄師姐指不了路，他就重復(fù)開展各類實(shí)驗(yàn)以探求細(xì)節(jié)；沒(méi)有計(jì)算模擬經(jīng)驗(yàn)，他就買教程看視頻自學(xué)相關(guān)原理……
“讀文獻(xiàn)，做實(shí)驗(yàn)”是韓善濤的日常。早上9點(diǎn)到實(shí)驗(yàn)室，看文獻(xiàn)、做實(shí)驗(yàn)、寫文章、溝通課題，晚上11點(diǎn)回寢室，鍛煉半小時(shí)。碰到趕進(jìn)度，他擠壓周末休息，早早來(lái)到實(shí)驗(yàn)室。
在文獻(xiàn)涉獵過(guò)程中，他發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn)經(jīng)常提及離子的均勻分布有利離子傳導(dǎo)。什么程度的“均勻”更高效？他開始思考“微觀序列結(jié)構(gòu)”與電導(dǎo)率之間的具體關(guān)聯(lián)?！斑@是一個(gè)獨(dú)特的想法，當(dāng)時(shí)并無(wú)相關(guān)文獻(xiàn)能夠提供類似的表征借鑒?！焙铣?、表征、測(cè)試，他研究高分子序列與離子傳導(dǎo)之間的微觀聯(lián)系，提出交替序列促進(jìn)離子傳導(dǎo)的新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)全固態(tài)聚合物電解質(zhì)電導(dǎo)率的大幅提升。
2023年10月，他的研究論文“Sequencing Polymers to Enable Solid-State Lithium Batteries”（注：《聚合物序列研究以實(shí)現(xiàn)固態(tài)鋰電池》），發(fā)表在Nature Materials上。
“做科研如大海行舟”
2018年，韓善濤成為復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系一名碩士生。彼時(shí)，他的導(dǎo)師陳茂教授加入復(fù)旦大學(xué)僅兩年。七八個(gè)年輕人，在年輕的課題組里遨游科研世界。
▲韓善濤（右）與導(dǎo)師（左）合照
在導(dǎo)師的指引下，韓善濤對(duì)組內(nèi)的空白方向“含氟聚合物自組裝”展開研究。在實(shí)驗(yàn)初期，他就經(jīng)歷了3個(gè)月的實(shí)驗(yàn)瓶頸，嘗試文獻(xiàn)中的各種方法，得不到預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
一天，他照常來(lái)到實(shí)驗(yàn)室，不巧用于聚合實(shí)驗(yàn)的光源都在使用中。韓善濤隨手將光照聚合的反應(yīng)瓶放置在窗臺(tái)邊，第二天意外發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溶液變得異常渾濁。這個(gè)反應(yīng)現(xiàn)象讓他激動(dòng)不已。隨后，他對(duì)溶液進(jìn)行分析表征，發(fā)現(xiàn)是太陽(yáng)光（弱光）促使形成全新形貌的樹莓狀含氟納米粒子。
通過(guò)研究形成機(jī)理，他產(chǎn)出學(xué)術(shù)生涯的第一篇科研成果，發(fā)表在英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)旗艦期刊Chemical Science（注：《化學(xué)科學(xué)》）?！斑@段經(jīng)歷讓我燃起科研興趣。我意識(shí)到科研注重細(xì)微之處。要善于發(fā)現(xiàn)?！?span style="display:none">9SB即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
寫作《聚合物序列研究以實(shí)現(xiàn)固態(tài)鋰電池》論文，累計(jì)超過(guò)150次的文章修改編號(hào)，見證了團(tuán)隊(duì)對(duì)實(shí)驗(yàn)、文字、圖表的反復(fù)打磨。經(jīng)歷上百次課題討論，成功投稿。
一個(gè)多月后，針對(duì)文中的模擬計(jì)算，審稿人提出大量理論計(jì)算問(wèn)題?！斑@些問(wèn)題超出我的知識(shí)范圍，我無(wú)法理解并回答這些專業(yè)問(wèn)題。”導(dǎo)師陳茂為韓善濤提供專業(yè)資料和網(wǎng)課培訓(xùn)。去年“五一”前后，韓善濤在江灣圖書館連續(xù)泡15天，惡補(bǔ)基礎(chǔ)模擬知識(shí)，尋找解決策略。
歷經(jīng)3個(gè)月的推敲修改，韓善濤所在的課題組團(tuán)隊(duì)提交1.5萬(wàn)余字、50余頁(yè)的回復(fù)意見，得到審稿人的一致認(rèn)可。在收到接收郵件時(shí)，韓善濤緊繃著的弦松弛下來(lái)。回首那段時(shí)光，他說(shuō)，“那是一段挑戰(zhàn)自我的時(shí)光。我切身體驗(yàn)到‘萬(wàn)丈高樓平地起’的艱辛和‘梅花香自苦寒來(lái)’的成就感。”
除了開發(fā)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的陰離子型含氟聚合物，韓善濤還開發(fā)了新型結(jié)構(gòu)的陽(yáng)離子型含氟聚合物電極涂層，實(shí)現(xiàn)10 C倍率下3900圈的鋰金屬電池充放電循環(huán)，單次充放電可在4-6分鐘內(nèi)進(jìn)行，助力電池實(shí)現(xiàn)更久的使用壽命。相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際著名期刊Angewandte Chemie International Edition，被雜志評(píng)為VIP論文。
▲韓善濤參加學(xué)術(shù)會(huì)議墻報(bào)展示
在復(fù)旦的6年間，韓善濤累計(jì)發(fā)表SCI論文11篇，其中獨(dú)立第一作者論文4篇，還以學(xué)生第一作者申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利4項(xiàng)。走出實(shí)驗(yàn)室，他在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)會(huì)議報(bào)告7次，榮獲RSC Rising Star（注：英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)化學(xué)新星）榮譽(yù)稱號(hào)。
在他看來(lái)，“做科研如大海行舟”。在前中期，利用知識(shí)儲(chǔ)備駐船，鞏固基礎(chǔ)；出行后，持續(xù)努力，為出行提供動(dòng)力。“你可以永遠(yuǎn)期待航行后的驚喜，收獲‘長(zhǎng)風(fēng)破浪會(huì)有時(shí)，直掛云帆濟(jì)滄?！南矏偂！?span style="display:none">9SB即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
在復(fù)旦
最熟悉的地方是導(dǎo)師辦公室
當(dāng)被問(wèn)及，“在復(fù)旦最熟悉的地方是哪里？”韓善濤的回答是：“導(dǎo)師辦公室”。
韓善濤和陳茂教授的日常交流非常頻繁，幾乎是平均每天一次?！皩?dǎo)師經(jīng)常跟我們說(shuō)，做科研要安、專、迷——安得下心、專心致志、迷戀至深。”有時(shí)韓善濤對(duì)實(shí)驗(yàn)小細(xì)節(jié)死摳不放，陷入鉆牛角尖時(shí)，導(dǎo)師總能為他指明大方向。
高分子合成偏“體力活”、產(chǎn)出慢，需要科研工作者甘坐冷板凳。韓善濤的研究方向難度大、工作強(qiáng)度大，長(zhǎng)時(shí)間的研究和屢試屢敗的實(shí)驗(yàn)打擊下，容易疲憊麻木。導(dǎo)師常常從情和理上督促。
科研路上會(huì)遇到許多艱難險(xiǎn)阻，有時(shí)候會(huì)在航行中迷失方向?！瓣惷蠋熆偰茏鳛榻?jīng)驗(yàn)豐富的船長(zhǎng)，及時(shí)引路，幫助實(shí)現(xiàn)有效航行。”
目前，韓善濤在推進(jìn)離子型含氟聚合物的電解質(zhì)研究的產(chǎn)品化和成果轉(zhuǎn)化工作?！耙稽c(diǎn)點(diǎn)靠近目標(biāo)，是我非常享受的科研狀態(tài)。”不久后，韓善濤將以博士后的身份，繼續(xù)從事高分子等方面的科學(xué)研究。
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