遇見電化學之美
——記重慶大學化工學院教授范興

本刊記者 王 輝

遇見電化學之美
——記重慶大學化工學院教授范興

本刊記者 王 輝

和學生一起討論（范興為左一）

電化學是一門與人們日常生產生活息息相關的學科。人們不僅可以通過電化學反應過程來獲取能源，還可將這一過程應用于新型功能材料的研究。電化學專業出身的范興長期以來在該領域勤勞耕耘，圍繞提高電反應過程效率、開發新型功能材料等方面不斷創新。

沒有付出，就沒有收獲。正是因為多年來在電化學領域辛勤的付出，才讓范興取得了令學界和媒體矚目的成績。

結緣電化學，開展奇思妙想

與電化學的結緣可以追溯到范興上中學的時候。那時，數理化成績均出色的他對化學極其熱愛，尤其是他的中學化學老師對他十分支持，在高考填報志愿時給了他很多建議。于是在考上重慶大學后，范興便順理成章地進入應用化學專業學習。

電化學是應用化學的一個分支方向，主要研究內容便是如何用電化學的轉化過程獲取能源，以及如何將其應用于新型功能材料方面。在重慶大學學習了4年電化學理論基礎知識后，范興于2000年考上了北京大學，從事高分子材料方向的學習。在此期間，卻意外地在電化學與高分子纖維材料方向之間碰撞出了思想的火花。

在北京大學跟隨導師鄒德春教授攻讀博士學位期間，范興從事的第一個創新研究是柔性纖維結構電池的發明。2005年，范興在因循傳統平板疊層結構光伏功能材料及器件研究了一段時間后，突然產生了一個新的想法。他說：“傳統的平板疊層結構光伏電池都是像玻璃窗一樣的結構，難以折疊彎曲，在應用方面存在著很大限制。而我想探索、研發一種柔性的、像紗窗結構一樣的可折疊纖維功能器件，使其在日常的生產生活中應用更加廣泛。”

想到即要做到。接下來的日子里，范興便全神貫注地投入到了這項在當時來說比較獨特的研究中。因為在當時，無論是國內還是國外的相關學術報刊上，都沒有報道過類似的研究。然而幸運的是，2008年，范興發表了初步的研究成果，并引起了美國化學會等權威學術結構的關注，專門在其一個名叫“Noteworthy Chemistry”的學術專欄中對他的研究成果進行了報道。范興也憑借新型電池方面的研究成果在畢業之際獲評北京大學優秀博士論文。

看到自己的科研成果引起國內國際學界的注意，范興感到無比地興奮和開心。但與此同時，他也面臨著畢業后的抉擇。在別人眼里，出國開展博士后工作是一種熱潮，但范興卻更傾向于留在國內。“因為重慶是我的故鄉，而重慶大學是我的母校，我愿意回到母校，扎根在那里繼續我所熱愛的電化學領域研究。”

發明新材料，創新智能穿戴

團隊研制的智能能源織物

電化學不僅可以應用在新型功能材料研發方面，在很多奠定國民經濟基礎的重工業冶金行業中，也有著重要貢獻。2009年回到重慶大學后，范興緊接著開展了他在提高化工行業電反應效率方面的研究。的世界頂尖研究團隊——王中林教授課題組進行了為期一年的學習訪問。期間，通過跟隨王中林教授學習納米發電技術，范興又產生了一個新的想法：過去，他發明的柔性纖維光伏電池曾引起人們的關注；如今，他想要在這一研究基礎上進一步同納米發電技術結合起來，形成可穿戴發電織物。

“傳統的光伏電池在陰天或室內無法正常發電，而我在美國學到的納米發電技術正好可以彌補這一

在傳統的電反應過程中，由于電極板局部電場線密集、微擾強烈等影響，普遍存在著電反應過程遠遠偏離熱力學平衡狀態的現象，對化工行業的能耗、產品質量造成了不利影響。然而，現有工藝研究對這一現象卻沒有廣泛重視。范興在重慶大學期間，通過走訪專家、學習新理論，從非線性動力學理論源頭創新，開發電反應過程強化新技術。受之前工作的啟發，他首先引入高界面曲率纖維微電極，減少電反應中湍流等因素的干擾，系統考察非線性動力學機制；其次，他基于非線性動力學機制對電反應過程影響的深刻理解，建立起一套電反應過程強化集成技術，可顯著提高電化工行業的產品效益、降低過程能耗。他的成果在重慶許多大型資源礦廠企業得到應用，并推廣到攀鋼集團以及廣西中信大錳公司等。范興也因此榮獲2014年重慶市科技進步獎一等獎。

同時，正是基于“非線性電反應過程強化”對曲面自組裝結構的調控，范興所在團隊也開發出了系列高性能的纖維功能新材料。在拓展材料新應用的思考中，他也萌發了想要出國去看一看，了解國外最新材料技術進展的想法。于是在2014～2015年期間，范興來到了美國佐治亞理工學院，在材料工程方面短板，如果將光能與機械能結合起來，并且以一種柔性的可穿戴織物材料的形式呈現，這樣一來，無論是在下雨還是晴天，人們穿戴上這樣的織物都可以隨時隨身發電。”

這一空前的設想令范興興奮不已。在美國訪問結束后，范興馬不停蹄地回到國內，全力開展該方面的研究。他在之前纖維微電極技術研究的基礎上，開發了新型的飛梭編織技術，研發出一種可同時采集兩種形式能量的能源織物。其后，他還將光伏織物與纖維儲能元件編織在一起，形成可裁剪的采儲一體化織物。

2016年，范興和其團隊圍繞“智能織物”所取得的系列成果得到了雅虎、新浪、搜狐等多家媒體報道。不僅如此，Nature還在“Research Highlights”專欄對此進行了評述。美國化學會、美國科學促進會、華盛頓郵報及彭博社等多家單位和媒體也對這項技術成果進行了專門報道。這種智能織物有三大優點：一是結合了太陽能和機械能兩種形式來發電；二是具備持續的供電能力；三是既可以剪裁又可以隨身穿戴。這一成果使得范興及其所在的重慶大學研究團隊在國內外聲名大振。

談及智能可穿戴能源織物未來的發展用途，范興篤定地說：“智能可穿戴能源織物的用途太多了，小到手機、智能手表等人們日常生活中的常用電器，大到國防軍工、航空航天的精密設備，智能可穿戴能源織物未來的發展空間可謂無限。”

辛勤付出，遇困難百折不撓

多年來在電化學領域里辛勤勞作、付出，雖說取得了一些成績，但回憶起在科研中曾遇到的困難，范興仍記憶猶新。在回到重慶大學之初，范興從普通講師做起，面對資金和人力上的缺乏，抱著一種百折不撓的心理，在教學之余努力從各方面爭取支持，并親自動手設計加工裝置，動手改造二手設備等，逐步搭建起實驗平臺。天道酬勤，他很快得到了國家自然科學基金青年項目支持。如今，已承擔過國家自然科學基金面上項目、國家“973”項目子課題及教育部新世紀優秀人才項目等的范興接下來還會在電化學的領域里繼續前行。

除科研外，在日常教學中范興也頗獲心得。在他看來，學生能給他帶來巨大的驚喜。因此，在培養學生方面，他會非常有耐心地培養他們的能力，挖掘他們的潛力，期待著有一天他們能夠在科研中取得突破的創新成績。另外，盡管教學占據了他很多的時間，但在范興看來，教學不僅可以對科研起到促進作用，更令他在課堂上與學生們的互動中感到放松。

范興是一位意氣風發的年輕導師。雖然已經從事科研多年，但或許因為平日里經常與學生們待在一起，他看上去還像一個“學生”。范興明白，科研這條道路是永無止境的。盡管前方還有很多未知的困難，但既然“選擇了遠方，便只顧風雨兼程”。未來，范興會繼續在電化學的領域里徜徉下去，感知更多綺麗的風景。