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奔跑在燃料电池领域前沿——访广西大学高端人才沈培康教授

来源: 作者:唐静/文 顾佩璇/摄影 发布时间:2016年03月09日 17:06 浏览次数:

  

  2001年他从海外回到了祖国,十几年来他给人留下的印象总是“行色匆匆”,总有想不完的问题,总有做不完的实验。如今,他在燃料电池领域独树一帜,成为业界的引领者。
  他是沈培康,中国电化学委员会燃料电池分会主席,2013年国家自然科学奖二等奖(排名第一)获得者,2014年以杰出人才的身份引进广西大学。

天道酬勤苦亦甘 累累硕果香自溢

  “一入师门,从此偶像便只一人。”2014级硕士研究生朱鹏程直言对导师沈培康的崇拜。作为沈培康在广西大学招收的第一批弟子,他希望在沈教授的带领下,迈入科研领域的尖端。
  说起个人成就沈培康笑称“我没什么大成就”,但问及求学路,他却如数家珍。1977年,沈培康成为恢复高考后的第一批大学生,在他看来人的选择可能源于巧合,但选择的结果却直接影响了后面的发展。
  “我是浙江湖州人,当时全市就两个高中班。”那个年代的高中毕业生面临两条路,一条是进工厂,另一条是做老师。沈培康选择了后者,随后的5年,他在家乡的省重点中学当起了民办化学教师。这段经历对他考大学起了关键作用,“我一直没有离开过书本,化学考了当时的第一名。”沈培康做了个“2”的手势,他说全市仅2人成为77级的大学生。
  沈培康认为进入厦门大学电化学专业本科学习阶段才开启了他科研道路的大门,电化学专业至今是他主攻的方向,而他的主要成就也集中于新能源材料与技术,这其中包含电化学材料与技术。
  沈培康依然记得为何会选择厦门大学,他说当年他也有个北大梦,母亲以厦门更接近南方人生活习惯为由促使他最终填报了厦门大学。因其本科阶段成绩优异,沈培康毕业后留在了厦门大学任教。
  1989年是他人生中的另一个转折点,这一年也是他留校任教的第七个年头,学校给了他一次去英国埃塞克斯大学(University of Essex)交换的机会。“我是以高级访问学者的身份出去了,当时我在国内还只是个讲师。”半年后,沈培康得到了一个免费读博的机会。
  沈培康很感激博士期间的导师,这期间他涉猎了电化学方面的许多工作,如海水电磁研究、酒精传感器研究等。但这些都离不开燃料电池,他就选择了燃料电池研究作为自己的博士毕业论文。
  仅仅两年时间,沈培康已经发表了11篇论文,完成4个项目,沈培康认为自己已经达到博士毕业的要求。“我邀请了时任国际电化学学会主席、南普顿大学教授Roger Paresons作为答辩主席。”沈培康直言选择业内最权威的专家参与答辩是为了能够申请提前毕业,可他没想到的是他被当场宣布通过答辩。此后他留在英国继续从事燃料电池领域的研究工作。
  又是一次机缘巧合,2001年沈培康应一位香港的投资人的邀请来到广州考察,时任中山大学物理科学与工程技术学院院长许宁生教授邀请他到中山大学任教。“去中山大学并没有什么特别的理由。”沈培康说,恰好他想在广州定居,他便以“百人计划”引进到中山大学。
  “人家邀请了我,我肯定要做出一点东西来的。”在中山大学的沈培康做的远不止他口中形容的“一点”,他独自筹建的先进能源材料研究室,做出的科研成果引领着燃料电池催化剂领域。
  2014年是沈培康丰收的一年,在北京2013年度国家科学技术奖励大会上,他的实验室完成的《纳米电催化能源材料的功能定向制备和协同效应机理研究》获得了国家自然科学奖二等奖。“总有学生说我在国外更出名,这个奖可不正是国内对我的肯定嘛。”
  当问及沈培康发了多少篇SCI论文,他自己也记不清确切的数字了。沉思了片刻他给出了“300多”这一数字。而他累计共有21篇论文入选ESI工程、化学和材料学领域的高被引论文排名榜。ESI是基本科学指标数据库的简称,它是一项文献评价分析工具,“ESI是评价学校科研水平的重要指标。”沈培康说。
  “我的论文大多都在专业性期刊上发,最近有一篇研究论文已经发给《Natures》了。”这是来到广西大学后,沈培康前期所做的工作之一。

燃料电池领军人 潜心钻研敢为先

  2014年12月15日,日本丰田汽车公司生产的燃料电池汽车在东京正式向普通消费者出售。此前,丰田在洛杉矶车展上展示了一款名为Mirai的燃料电池汽车,并预计2015年会进行大批量的投产。本田汽车也有所行动,相关报道显示,本田将会在2016年年底推出燃料电池汽车。随后韩国现代也在2015年宣称接下来会集中转战燃料电池汽车领域。“不仅仅有这些,现在也有中国车企在往燃料电池汽车方向走。”沈培康说,燃料电池因其环保性将成为汽车发展的趋势。
  据悉,2015年被称为燃料电池元年。时间回拨到15年前的1990年,正在准备博士毕业论文的沈培康选择了燃料电池催化剂领域作为自己的论文方向。“我老板给的是海水电磁等方向,后来我自己选了这个。”说起为何会另辟蹊径,沈培康再次提及“偶然”,但他强调科班出身的电化学专业背景起了关键作用。
  “我的最大特长就是燃料电池。”沈培康兴奋地谈起他最拿手也是最具代表性的研究领域。有资料显示,2004年以来沈培康在钯基电催化剂的研究方面取得重要突破,他带领的研究组发现钯能够代替铂来做催化剂。在2014年底南非开普敦举行的国际会议上,沈培康提出了一种全通透的框架结构的纳米催化剂材料。
  对于燃料电池催化剂的研究目前很大程度上集中于催化剂的替换材料上。沈培康说,常用的钯、铂等贵金属材料受到资源的控制,比如75%的铂来自南非。但他指出,现阶段钯和铂仍为主要材料。“铂已经久经考验,一般企业不愿意冒然更换新的材料。”沈培康说随着今年燃料电池电动车大量出现,铂的使用量肯定会上升。
  在科学研究领域,燃料电池催化剂的材料研究上还需要寻找创新。“第一要摆脱依耐性,第二就是降低成本。”沈培康觉得虽然现在铂的价格不算很高,可一旦燃料电池汽车形成产业化,那么铂的价格肯定会成倍地上涨。
  “我们今年在做一个非常特别的催化剂,现在正在形成一篇大的文章。”沈培康说如果研究成功后将直接受益于产品的性能,较之当前,在催化剂的活性会提高几十倍的前提下,也考虑了如何兼顾稳定性。虽然不可避免还是会用到铂,但铂的成分可降低几十倍。
  燃料电池汽车产业化发展这一话题备受争议,有人质疑其产业化发展并不现实。“现在的燃料电池汽车一次性能达到600公里,和汽油汽车一样了。”沈培康对燃料电池汽车产业化十分有信心。
  燃料电池已经发明了很久,但它的产业化之路似乎遇到瓶颈。未来,如果非要给出一个影响产业化的负面因素,沈培康毫不犹豫地指出,目前的焦点还是在价格上,造成价格昂贵的原因还是铂的使用。此外,他认为如果世界上1%的汽车使用燃料电池,面临的困境必然是铂资源的匮乏。沈培康说,这些都提高了研究替代材料的紧迫性。目前,对于非贵金属催化剂的研究正是该领域的热门话题。

协同创新大刀阔斧 理论应用双管齐下

  沈培康有时也会回忆留学英国给他带来哪些学术研究上的财富,特别是在刚回国组建中山大学先进能源材料研究室的时候。“我会和我老板喝杯咖啡,聊聊项目。”读博期间,沈培康参与了和企业的谈判,帮助他的导师争取到了多个项目。
  与企业合作的丰富经验使他能够迅速改变其实验室的运作模式。“我很少拿国家的钱,企业每年给我的钱足够整个实验室运作了。”2008年,美国通用汽车与沈培康实验室合作至2014年。2010年,日本第二大铅酸电池企业ShinKobe公司也与其签订合作项目。现在,沈培康主要与广州汽车集团股份有限公司开展合作项目,围绕燃料电池催化剂领域进行研究。
  2014年,沈培康在广西大学组建了“可再生能源材料协同创新中心”,他将中心的第一阶段定位为以电化学能源材料与技术研究为主。沈培康将中山大学实验室的经验带到了广西大学,创建了又一个以应用为导向的技术研究中心。
  沈培康说他的定位符合国家的大的改革背景。明确定位之后,沈培康给协同创新中心提出了三个具体目标——致力于基础研究、符合国家重大需求、走产业化道路。沈培康认为,产业化是科研的重要意义。“现在有些科学家是几毫克地做材料,我们则是要成吨地做出来。”沈培康认为,能达到量产投入市场,为经济效益服务才是真正实现应用型研究的目的,这也是沈培康在指导学生时反复强调的。
  有人提出质疑,是否理论研究更是科研的应有之道呢?沈培康直言在电化学领域已经非常成熟,很难有新的突破,因此他认为应用型的研究在该领域还是能够产生价值的。但这并不代表沈培康忽视基础研究,有人评价他的实验室“上天入地”——基础研究和应用研究双管齐下。“没有理论基础是做不出来应用研究的。”沈培康这样叮嘱他的学生们。
  如今,沈培康已经以广西大学为单位申请获得与丹麦合作的1个国际项目,将于2015年11月在广西大学召开1次大型国际会议。他想得更多的还有如何更好地完善可再生能源材料协同创新中心。“这一次不能单枪匹马了”,沈培康时常懊悔,如果在中山大学能组建起一个团队,那么至今他的研究论文起码能突破1000篇。
  “我现在在招一些有潜力的博士和邀请年轻老师加入。”沈培康想,可再生能源材料协同创新中心应该要组建成20人的团队,多了左膀右臂的他能在学术研究上走得更宽。

情商智商齐并举 教书育人有妙招

  “科研工作者要致力于报效社会。”每年沈培康迎接新加入的硕士、博士研究生时都要亲自给他们上一堂情商课,他说一个人的成功情商占了60%。今年,在广西大学招收第一批弟子后,沈培康也按照惯例对他们进行了情商教育。
  沈培康常在嘴边唠叨学生们要做诚实守信、心怀祖国、有责任心的人。在他看来,自私自利、斤斤计较的人永远难有大作为。从小事做起是培养情商的重要方式。沈培康安排实验室学生轮流当起“值日生”,通过检查仪器和实验操作等,培养学生的责任心和团队意识。
  “每个月沈老师都让我们写计划书,做一些汇报工作。”可再生能源材料协同创新中心的学生这样说到。沈培康常琢磨如何才能培养起学生独立思考的科研能力,写计划书正是自己的妙方。他让学生们自主思考“有什么科学问题想研究”或者“看到了哪些别人研究的科学问题产生了什么新的想法”。这些思考落到笔尖形成书面报告,才有进一步进行下去的可能。
  “严厉”是沈培康给学生的第一印象,他坚信“严师出高徒”总归是有一定道理的。“现在的孩子都太懒散,搞科研不整天泡在实验室怎么能出结果。”沈培康会拿自己两个月吃喝拉撒睡在实验室只为完成一项科研项目的经历来教导学生“科研要沉下心去”。
  当然沈培康也有学生眼中的可爱一面,他爱和学生聊天,爱和学生聚餐,也爱和学生唱KTV“吼几嗓子”。他说,无论是学术还是生活,他都想和学生们打成一片,融入到青年学生的群体当中去。

(新闻传播学院新闻与传播专业2014级专硕班研究生唐静/文 顾佩璇/摄影 陶湘露/编辑)

 

本文发表于《广西大学校报》2015年9月下半月第528期2版
http://news.gxu.edu.cn/UploadFiles/2015/12/201512011540106256.pdf

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