以“材料”為矛 為新能源而戰(zhàn)
——記四川大學制造科學與工程學院副教授劉文博

本刊記者 陳 浩

能源危機、環(huán)境污染和溫室效應(yīng)是當今世界面臨的三大難題，更是我國日益突顯和亟需解決的主要矛盾。據(jù)統(tǒng)計，到2020年我國燃油汽車消耗能源將占到石油總量的50%以上，石油對外依存度將超過60%。聯(lián)合國開發(fā)計劃署發(fā)布的《中國人類發(fā)展報告》指出，目前全球20個空氣污染最為嚴重的城市中，中國占16個。毋庸置疑，汽車在消耗有限能源的同時更危害人類健康。在此背景下，發(fā)展低能耗、無污染、高安全的綠色新能源電動汽車將成為汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，目前世界各國都在不斷加大對電動汽車的投入力度。

而電動汽車的發(fā)展，離不開持久耐用的蓄電池作為動力。據(jù)《2013—2017年中國鋰電池行業(yè)產(chǎn)銷需求與投資預(yù)測分析報告》數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2012年我國新能源汽車、電網(wǎng)儲能等領(lǐng)域的成品鋰電池組市場規(guī)模為35億元，比2011年增長34.6%，其中新能源汽車的應(yīng)用占比達57%。可見，近年來鋰電池正逐步成為新能源汽車發(fā)展的主要動力。

2010年，劉文博團隊在加拿大召開的國際電化學會議上首次公布了將納米多孔金屬材料應(yīng)用于鋰電池的可喜成果，開創(chuàng)了納米多孔金屬的一個全新應(yīng)用領(lǐng)域。多年來，他一直從事納米多孔金屬材料的非傳統(tǒng)制備方法、納米結(jié)構(gòu)精確調(diào)控、重要影響因素、電化學加工技術(shù)、孔結(jié)構(gòu)成形原理及其在鋰電池中的創(chuàng)新應(yīng)用研究，并取得了一系列突出成果。在采訪中，劉文博說：“希望通過我們這代人的不懈努力，能夠為子孫后代營造一個更良好的生存環(huán)境，這是我們不可推卸的責任。”

結(jié)緣材料科學，創(chuàng)多項突出成果

新材料在諸多領(lǐng)域都具有廣闊應(yīng)用前景，特別是工業(yè)領(lǐng)域。近年來，納米多孔金屬材料因其獨特而優(yōu)異的理化性質(zhì)被視為“21世紀最有前途的新材料之一”。對材料工作者而言，納米多孔金屬材料的制備科學是面向應(yīng)用首要研究和解決的關(guān)鍵問題。“應(yīng)該注意到，多孔金屬材料的特征尺寸如要降到納米尺度，采用過去傳統(tǒng)的技術(shù)手段和方法是很難實現(xiàn)的。”身為一名材料人，劉文博坦言。

當談到與納米材料學結(jié)緣以及當前的研究時，劉文博說這主要受益于博士期間，得到四川大學和北京航空航天大學的聯(lián)合培養(yǎng)機會，從那時起他就開始系統(tǒng)從事納米多孔金屬材料和鋰電池的相關(guān)研究工作。經(jīng)過多年的潛心鉆研和創(chuàng)新研究，劉文博在該領(lǐng)域取得了一系列首創(chuàng)性突出成果：發(fā)展出多種均一和特殊結(jié)構(gòu)納米多孔金屬材料的化學/電化學制備方法，首次提出了一種納米多孔Cu/AlCu復合材料的形成機制，認識了均相和多相體系中多孔產(chǎn)物形成的腐蝕與鈍化行為，首次揭示了相構(gòu)成與比例對多孔結(jié)構(gòu)形成的決定性影響，闡明了孔結(jié)構(gòu)演化過程與形成機理，并將其首次應(yīng)用于鋰離子電池，改善了高理論容量活性材料的電化學性能，開創(chuàng)了納米多孔金屬的一個全新應(yīng)用領(lǐng)域。相關(guān)成果得到了國內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注，多次被本學科頂級刊物正面評價和引用。

2011年，劉文博發(fā)表在冶金工程領(lǐng)域頂級期刊Corros.Sci.上的研究論文首次揭示出相構(gòu)成與比例是多相體系中多孔結(jié)構(gòu)形成的決定性因素，得到了國內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注，被國際著名出版集團Elsevier統(tǒng)計為2013年度該領(lǐng)域下載量最高的研究工作并在Corros.Sci.官網(wǎng)主頁亮點報道。

2012年，他發(fā)表在Corros.Sci.上的研究工作通過對去合金化過程中的腐蝕和擴散動力學進行協(xié)同調(diào)控，首次發(fā)展出一種納米多孔化合物以及不同結(jié)構(gòu)納米多孔金屬材料的連續(xù)制備方法，揭示了去合金化不同階段的動力學控制因素，建立了相應(yīng)孔結(jié)構(gòu)演化模型，得到了國內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注。

2013年，劉文博及團隊成員在Corros.Sci.上再次發(fā)表重要研究工作，通過對典型納米多孔金屬材料在乙酸溶液中的多孔演化動力學行為進行系統(tǒng)研究，首次揭示出均相前驅(qū)體合金在有機弱酸性腐蝕體系中多孔產(chǎn)物的形成規(guī)律。

2015年，劉文博發(fā)表在Corros.Sci.上的研究工作首次揭示出分級異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米多孔金屬材料的制備過程、顯微結(jié)構(gòu)與多孔屬性對不同腐蝕體系的依賴關(guān)系與作用機制；同年，其關(guān)于納米多孔金屬可控制備及在先進器件中創(chuàng)新應(yīng)用的研究成果榮獲香港學者協(xié)會頒發(fā)的香江學者獎（海外學術(shù)獎）。

2017年，劉文博作為第一完成人關(guān)于自成形納米多孔銅的設(shè)計、可控制備及在鋰電池中應(yīng)用基礎(chǔ)研究的系列成果榮獲成都市自然科學獎一等獎。這一項項突出成績的積累，也讓劉文博在2017年年末成功入選四川省“千人計劃”。

加速科技成果轉(zhuǎn)化，助力我國新能源產(chǎn)業(yè)

《2018—2022年中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)深度分析及投資前景預(yù)測報告》指出，2017年，我國新能源汽車產(chǎn)銷量均接近80萬輛，分別達到79.4萬輛和77.7萬輛，分別同比增長53.8%和53.3%，產(chǎn)銷量同比增速分別提高了2.1和0.3個百分點。2017年新能源汽車市場占比2.7%，比2016年提高了0.9個百分點。

自2016年以來，國家工業(yè)與信息化部制定和頒布多項新能源汽車產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策，旨在引導和推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)良性、健康、穩(wěn)定發(fā)展。國家“十三五”規(guī)劃明確提出，到2020年全國電動汽車生產(chǎn)能力要達到200萬輛，累計產(chǎn)銷量將超過500萬輛。劉文博介紹說，近年來歐洲多國相繼頒布燃油車禁行禁售法令，將新能源汽車產(chǎn)業(yè)作為車企轉(zhuǎn)型的主要方向。我國工信部目前也啟動了相關(guān)研究，將制訂我國停止生產(chǎn)和銷售傳統(tǒng)能源汽車的時間表。這恰為新能源汽車提供了良好的發(fā)展機遇，新能源汽車產(chǎn)業(yè)未來有望迎來爆發(fā)式增長點。

劉文博看到了機遇，同時也積極迎接挑戰(zhàn)。科研中，他十分重視產(chǎn)學研合作和科技成果轉(zhuǎn)化，積極與四川省內(nèi)多家鋰電池材料生產(chǎn)企業(yè)開展深入技術(shù)合作和產(chǎn)品聯(lián)合開發(fā)，助力企業(yè)轉(zhuǎn)型升級和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展。近期，其科研成果在省內(nèi)合作企業(yè)剛剛完成5kg小試生產(chǎn)，獲得一致好評。劉文博介紹說，下一步我們準備開展中試放大研究，目標是在不久的將來實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，為四川省下游鋰電池生產(chǎn)企業(yè)提供一種性價比高、質(zhì)量穩(wěn)定的新型高性能負極材料，同時提升企業(yè)核心競爭力。

“事實上，我們目前不僅在能源領(lǐng)域開展研究，同時還有環(huán)保領(lǐng)域。針對近年來大宗工業(yè)固廢/液廢排放逐年增加以及環(huán)境污染問題，我們也在做一些積極、有益的嘗試和探索，比如開發(fā)用于降解有機染料的低成本、超高效可見光催化劑及其宏量制備方法等，這也是未來極具發(fā)展前景的一個研究方向。”劉文博還補充道，“科學研究應(yīng)緊跟國家重大戰(zhàn)略需求，科技成果最終應(yīng)服務(wù)于社會，這是我們科研工作者義不容辭的責任與使命。”

當記者問到在科研過程中是否遇到過困難時，劉文博坦言：“其實科研工作中的難題非常多，而且工作壓力也比較大，但這對于我們科研工作者來說已成為一種家常便飯。”從2008年攻讀博士至今，10年時間里，不斷遇到困難和解決困難對劉文博來說是一種“科研常態(tài)”。“相信辦法總比困難多，這也是一直以來支持我奮力前行的人生信念。”積極看待困難，把和困難作斗爭看成是一種博弈的樂趣，劉文博在困難面前永遠都是一種越戰(zhàn)越勇的狀態(tài)。

在高校工作，一邊做科研，一邊還要開展教學，劉文博每天工作時間常在12小時以上，他懇切地說：“心中最為感謝家人對我工作的理解與支持。”