本文轉(zhuǎn)載自募格學(xué)術(shù)，來 源： 上海交通大學(xué)材料學(xué)院
國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Science
2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給了化學(xué)家約翰·古迪納夫、M·斯坦利·威廷漢和吉野彰三人，以表彰他們在鋰電池發(fā)展上所做的貢獻(xiàn)。40多年來，科學(xué)家對電池技術(shù)研究不輟，產(chǎn)品不斷升級迭代。在新能源儲(chǔ)存方面， 可充電的金屬負(fù)極電池 是一個(gè)嶄新的發(fā)展方向。
這類金屬電極在能量密度方面具有顯著的優(yōu)勢，卻無法控制電池充電時(shí)金屬的生長方式。為了解決這一問題， 上海交通大學(xué)材料學(xué)院17屆本科畢業(yè)生鄭景旭 引入了外延生長（epitaxy）的概念來調(diào)控金屬的沉積形貌，以鋅金屬負(fù)極為示例，使得鋅沉積/溶解的可逆性達(dá)到了99.9%，循環(huán)壽命達(dá)到了傳統(tǒng)鋅電極的100倍。 日前，論文以“Reversible epitaxial electrodeposition of metals in battery anodes”為題，發(fā)表在Science 雜志上發(fā)表，鄭景旭為第一作者 。
https://science.sciencemag.org/content/366/6465/645/tab-pdf
這項(xiàng)研究成果是關(guān)于什么？
未來發(fā)展方向在何處？
目前能源是人類社會(huì)面臨的關(guān)鍵問題之一，傳統(tǒng)化石能源被不斷消耗。有研究指出，石油資源將在未來約30年內(nèi)枯竭，我們急需開發(fā)相關(guān)的科技，構(gòu)建以可再生能源為主導(dǎo)的能源結(jié)構(gòu)。 然而，不少可再生能源的收集是間斷的，如太陽能和風(fēng)能，到了夜間或無風(fēng)之日則無法收集。因此，還需要可靠的儲(chǔ)能技術(shù)，將收集到的可再生能源以電化學(xué)的形式儲(chǔ)存起來，以便在任何我們需要的時(shí)候進(jìn)行利用。 可充電的金屬負(fù)極電池是一個(gè)比較新的概念，相比于商用的嵌入式負(fù)極，這類金屬電極的最大優(yōu)勢是在于能量密度高，但問題是，在電池充電時(shí)，金屬會(huì)以不可控的方式生長，也就是我們通常說的“枝晶”。這是很危險(xiǎn)的，因?yàn)檫@種生長方式會(huì)讓金屬刺穿隔膜，導(dǎo)致正負(fù)極直接連接，發(fā)生短路——輕則電池失效，重則發(fā)生火災(zāi)。 這篇文章中， 鄭景旭及同事引入了外延生長（epitaxy）的概念來調(diào)控金屬的沉積形貌。 其靈感很大部分來源于在上海交通大學(xué)本科階段的研究。 期間，他經(jīng)常利用透射電鏡觀察金屬材料中的各種共格界面，這些界面是在冶金的過程中形成的，使得某一相（secondary phase）和基體（matrix）具有某種特定的位向關(guān)系。事實(shí)上，這種關(guān)系也可以在電化學(xué)沉積中實(shí)現(xiàn)。于是，他利用暴露特定晶面的基底（substrate），通過這種共格界面外延生長的方式，在原子級別調(diào)控金屬的電化學(xué)沉積，從而獲得了非常規(guī)律、平整的金屬沉積形貌。 文章以鋅金屬負(fù)極為示例，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，鋅沉積/溶解的可逆性達(dá)到了99.9%，循環(huán)壽命是傳統(tǒng)鋅電極的100倍。
可充電的金屬負(fù)極電池是一個(gè)極富潛力的領(lǐng)域。針對自己的工作，鄭景旭也做好了一些未來的設(shè)想。
以本次 Science 論文的發(fā)表為契機(jī)，鄭景旭首次以校友的身份接受上海交通大學(xué)材料學(xué)院材風(fēng)新媒體的專訪。 就讓我們通過本期訪談，一起走近鄭景旭，看看能寫出 Science的頭腦，到底屬于怎樣的一個(gè)人。 鄭景旭其人，就如同他的經(jīng)歷一般，令人驚訝，轉(zhuǎn)折又有驚喜。 當(dāng)鄭景旭第一次回復(fù)消息，接受材風(fēng)專訪邀請的時(shí)候，是在北京時(shí)間的下午3點(diǎn)40分，險(xiǎn)些顛覆了筆者記憶里中美12小時(shí)時(shí)差的常識。他解釋說，這是自己正常的作息，不必在意，于是便在大洋彼岸的凌晨，精神抖擻地和筆者交流起來。 他說自己比較習(xí)慣于晚上工作，早上休息，這是多年以來養(yǎng)成的習(xí)慣，從高中時(shí)候就開始了—— 因?yàn)橥砩习察o，雜事比較少，辦事效率較高。 “尤其是寫文章，夜深人靜時(shí)才文思泉涌?！编嵕靶袢缡钦f。 另外，他還提到，本科的時(shí)候的主要研究是利用透射電鏡表征材料，所以晚上工作不用搶設(shè)備，并且擾動(dòng)少，成像質(zhì)量好。現(xiàn)在雖身在康奈爾大學(xué)，但情形也類似。所以如果要總結(jié)原因的話，一方面是出于個(gè)人的習(xí)慣，另一方面，工作上的需求也促使了這種作息習(xí)慣的長久養(yǎng)成和延續(xù)。 有別于一些對于科研大佬的刻板印象，鄭景旭是一個(gè)很健談的人，易于交流，為人隨和，和他溝通的過程令人十分愉快?；蛟S，榮譽(yù)與高光在他身上留下的痕跡，已經(jīng)隨時(shí)間轉(zhuǎn)化成了一顆不驕不躁、淡然豁達(dá)的心。 又或許，正是這種心境注定了他將收獲更多的高光時(shí)刻。 鄭景旭本次被Science雜志接收的論文，主要方向是關(guān)于電池金屬負(fù)極。 他說， 這篇文章最初的靈感是來源于今年的1月，但更深層面上的源頭，是從本科期間在交大就開始積淀的。 當(dāng)時(shí)他在導(dǎo)師陳彬老師的指導(dǎo)下，開展透射電鏡的研究，積累了關(guān)于晶體的知識，才有了這篇文章的靈感，這是至關(guān)重要的。 鄭景旭花了一陣子時(shí)間工作，在3月份中旬寫好了文章，4月初便投了稿。“雖然研究進(jìn)行的過程比較順利，但是投稿的過程比較煎熬?！彼f。最開始覺得投Science只是試試看，導(dǎo)師之前也沒有發(fā)表過Science。但看到文章被送審之后，他反而緊張了起來。 “這是對心態(tài)很大的考驗(yàn)，因?yàn)橥瑫r(shí)還在進(jìn)行其他的工作，思想上老是牽掛著這篇Science投稿會(huì)耽誤其他事情，”他解釋說， “到了后期，其實(shí)心里的壓力挺大。 不過文章被接收的那瞬間，一切便煙消云散了。 ” 鄭景旭表示， 雖然這篇文章接收時(shí)是挺開心的，但其實(shí)遠(yuǎn)不比2015年3月，也就是他大二第二學(xué)期人生第一篇SCI被接收時(shí)的興奮 ，甚至也不比2014年12月第一次操作透射電鏡的激動(dòng)。 “這算是一個(gè)特別的體會(huì)吧。 ”鄭景旭說。 放在普通人身上，這種體會(huì)恐怕完全不能僅僅用“特別”二字來形容吧。一想到他那些從本科期間就累累的碩果，筆者便問起了他這么多年來在學(xué)術(shù)探索之路上的心路歷程和心境變化。 “我覺得心境幾乎沒有什么變化，”鄭景旭簡單地總結(jié)了下，隨后解釋說：“從上初中之后，其實(shí)只是一直在干自己想干事情。有些時(shí)候， 人就是會(huì)對特定的問題產(chǎn)生好奇心。 科研和生活里其他的事情并無兩樣，想做的時(shí)候就去做，不想做的時(shí)候也不會(huì)勉強(qiáng)?！?/span> 他還補(bǔ)充道：“發(fā)表論文的感覺也是這樣，最終發(fā)與不發(fā)只是一個(gè)方面，更有意思的是這投稿的過程里，心情起起落落，是很有意思的人生體驗(yàn)?！?/span> 在學(xué)術(shù)成就方面，鄭景旭珍視自己的成果——但成果沒有改變他。 當(dāng)人們開始知道一個(gè)人，緣由一定是他最為人熟知的特質(zhì)；但當(dāng)人們想要了解這個(gè)人，緣由一定是他身上能引起人好奇的反差性或矛盾性。 鄭景旭就能給人帶來這樣的反差感。他在科研之外，還有著廣泛的興趣愛好。在曾經(jīng)交大學(xué)生年度人物的介紹中，就能得知，他從初中起練習(xí)美聲唱法，在高中合唱隊(duì)擔(dān)任領(lǐng)唱、獨(dú)唱的角色，獲得廣東省金獎(jiǎng)，并通過了上海音樂學(xué)院聲樂九級考試（最高級）。在體育方面，他熱愛長跑，多次參加全程（42千米）或半程馬拉松比賽（21千米），半程最好成績?yōu)?小時(shí)38分。此外，他還通過了國家司法考試、證券從業(yè)人員資格考試、期貨從業(yè)人員資格考試、程序員考試（該次全國前50名）等考試。 于是筆者在采訪中問起鄭景旭，現(xiàn)在身在美國攻讀博士的他，這些愛好是否都還有繼續(xù)，或者有沒有什么新的愛好。 “都還有繼續(xù)，”他給了一個(gè)非?？隙ǖ拇饛?fù)， “前幾個(gè)月剛發(fā)表了一篇法律方面的論文。 這周末打算去紐約跑馬拉松。關(guān)于新的愛好，大概是開車吧，如果算的話。美國這邊高速路上車比較少，開起來很爽快，我喜歡開長途去各種神奇的地方玩?！?/span> 我們可能都驚異于他充沛的精力，能分割出不少時(shí)間留給愛好。但鄭景旭卻說 ： “科研本就是我的愛好之一，大概和我的其他興趣是平行的關(guān)系?！?/span> 他比較喜歡集中地高強(qiáng)度地開展一段工作，然后再放松一段時(shí)間。在那段工作的時(shí)間里，他幾乎會(huì)全身心專注于業(yè)務(wù)；而在放松的期間，就會(huì)全身心做其他事情，幾乎不會(huì)去想工作。對他而言，這二者之間的轉(zhuǎn)化是自然的，純粹取決于那時(shí)的自己想做什么。 采訪接近尾聲，鄭景旭同筆者聊了會(huì)兒母校。交大材料學(xué)院是鄭景旭開始正式科研的起點(diǎn)，也是很多思維和學(xué)習(xí)方法養(yǎng)成的地方。 “我在交大，收獲有非常多，很難說出最大的收獲是什么。一定要概括的話，大概有兩個(gè)方面。第一是學(xué)校開設(shè)了豐富的課程，所以大一大二的時(shí)候我選修了很多通識課，這既滿足了興趣，也有助于培養(yǎng)普遍性的思辨意識，不囿于專業(yè)。第二方面則是遇到了許多幫助過我的老師和同學(xué)——尤其是陳彬老師，在此我也想特別感謝一下他！” “一路之上，貴人相助，” 鄭景旭感慨道，“飲水思源，不勝感激！” 如今他在康奈爾大學(xué)深造，在心儀的導(dǎo)師麾下做著心儀領(lǐng)域的探索，但仍對交大存著深深的感恩之心?！敖淮蟮目蒲性O(shè)備還是比較先進(jìn)的，康奈爾的設(shè)備不少還是上個(gè)世紀(jì)購置的，有些還是從我老家深圳買的，”鄭景旭笑說，“交大的同學(xué)要珍惜國內(nèi)的硬件條件啊！生活上差別其實(shí)不大，國內(nèi)的生活條件要更好些，尤其是美食?！?/span> 最后，筆者問起他對在科研生活中掙扎的學(xué)弟學(xué)妹們有沒有什么寄語，鄭景旭恢復(fù)了正經(jīng)，吟了幾句詩，出自毛主席的《七律·到韶山》： “為有犧牲多壯志，敢教日月?lián)Q新天。喜看稻菽千重浪，遍地英雄下夕煙?！?/span>
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