乘“氫”風 勇破浪

氫能是一種清潔高效、綠色低碳、應用廣泛的二次能源，可以將其作為紐帶，把可再生能源轉化為氫，再把氫轉化成電或其他能源物質進行使用。基于此特性，氫能在全球范圍內掀起了熱潮，不僅能作為家用汽車、火車、輪船等各種交通工具的燃料；也能走進千家萬戶，通過氫燃料電池發電供空調、冰箱和熱水器等家電使用；同時還可在金屬冶煉和食品烹飪等領域大顯身手。

“氫能時代”的大幕已然拉開。近年來，全球多個國家高度重視氫能產業發展，世界各國相繼公布了國家氫能戰略，中國發展改革委和能源局也于2022年3月發布了《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035年）》。可見，氫能已成為全球各國加快能源轉型升級、培育經濟新增長點的重要戰略選擇，正逐步成為全球能源轉型發展的重要載體之一。

如今，全球能源行業正經歷著以低碳化、無碳化、低污染為方向的第三次能源變革。作為第三次能源變革的重要媒介，氫能也將進一步助力我國實現碳達峰、碳中和的“雙碳”目標，構建清潔低碳、安全高效的能源體系，成為我國能源轉型的關鍵補充。

作為最有前景的清潔能源之一，氫能是化石燃料的理想替代品，只要對其進行有效利用，就能在很大程度上避免因大量使用化石燃料所導致的能源和環境問題，從而有效減少碳排放，在能源轉型過程中發揮重要作用。目前，電催化水裂解因具有能量利用率高、操作簡單等優點，被認為是最環保和具有可持續性的制氫技術之一。“氫能發展的勢頭猛烈，應用前景很廣闊。”上海理工大學教授竇玉海長期致力于原子級超薄材料、氫能、電催化水裂解等方向的研究，在他看來，盡管我國在氫能技術上起步較晚，研發和規模化生產都還處于初級階段，但他有責任挑起這副重擔，拓展和探討氫能在技術突破、應用場景等方面更多的可能性。

感受探索與求知的樂趣

年輕有為是竇玉海的標簽，熱情堅持是他留給人們的印象。然而，在竇玉海身上能看到的，更多是多年科研沉淀給予他的專業、嚴謹和從容。他用實際行動證明，科研的道路上只有里程碑，沒有終點線，只有無限探索，才能永遠求知。

學海無涯苦作舟，一直以來竇玉海都對科研工作有著濃厚的興趣，也正是因為興趣使然，好奇心驅使著他在本科和研究生階段不斷學習與探索。碩士期間，受到一位同課題組師兄獲批國家海外高層次人才回國發展的激勵，再加上當他了解到科研的重要性后，竇玉海第一次萌生了投身科研的想法，也想盡自己的力量在科研沃土中大展宏圖。

在中南大學完成本科和碩士學業后，2013年，竇玉海師從竇世學院士，在澳大利亞伍倫貢大學攻讀博士學位。作為伍倫貢大學超導與電子材料研究所創始人，竇世學院士在納米、儲能、氫能、超導與電子材料等領域里的成就影響了一代又一代人，為中國與世界各國共同攻克“雙碳”領域的核心關鍵技術難題搭建起合作的橋梁，也為實現全球“碳中和”目標貢獻了巨大的力量。在導師竇世學的指引和幫助下，竇玉海在博士期間找準了研究方向并取得了一系列豐碩的研究成果，他也逐漸建立起從事科研的信心。

博士期間，竇玉海主要致力于原子級超薄材料的合成和應用研究工作。在導師的啟蒙下，竇玉海先后針對燃料敏化太陽能電池、二次電池、超級電容器和浸潤材料等不同方向開展探索，一點點摸索著屬于自己的研究目標。

盡管自身已經具備了一定的理論基礎與實踐經驗，但從本科和碩士的粉末冶金專業，一步跨越到博士時期新能源材料的合成，讓竇玉海還是有些“吃不消”。他直言：“博士的前兩年有些難熬，但好在有竇世學院士的支持和關懷，我及時調整心態，找準研究方向，科研工作也走向正軌。”竇玉海勤于鉆研，經過不斷嘗試和研究，在博士期間合成了原子級超薄二維過渡金屬化合物，其具備良好的電催化水裂解性能，對基礎科學和應用技術研究的開展有重要意義。

此后的科研中，澳大利亞科研院院士、工程院院士趙惠軍為竇玉海提供了無私的幫助。“趙老師擁有豐富的基礎科學和產業化研究經驗，且一直毫無保留地為學生傳輸經驗和知識，期望學生都能夠茁壯成長，在各行各業發光發熱，為國家的科研事業作出貢獻。”同時，江雷院士、孫子其老師都為竇玉海的科研成長打下了堅實的專業基礎，鍛煉了優異的學術素養。

得益于恩師教導，隨著對科研了解得愈加深入，竇玉海更加體會到，只有將自己感興趣的方向與專業特長結合起來，才能夠保持足夠的科研熱情與不斷前進的動力。他感受到氫能正在快速成為助推我國經濟產業綠色低碳、高質量可持續發展的重要引擎，是當前和未來科研及產業化的重點發展方向。

于是，竇玉海明確了科研思路和規劃，最終確定了自己的研究方向，他將電催化水裂解作為研究突破口，自此開始了一段嶄新的科研之路。

制氫路上的苦與樂

科研是一項艱辛、漫長又極易遇挫的工作，竇玉海于理論中充實自我，于實踐中鍛煉自我，享受著苦與樂并存的氫能技術研究之旅。

當前，我國加速發展氫能產業，在氫能制備、儲運、基礎設施建設等方面已取得多個突破性進展，產業鏈也已具雛形，但當前各種制氫技術仍面臨大量未解決的問題。進一步促進氫能產業高質量發展，是竇玉海一直在努力的目標，憑著一股不解決問題不罷休的韌勁，他逐步成長為一名專業技術精湛、實踐經驗豐富的科研團隊帶頭人。

“讀萬卷書，行萬里路”。國外這段求學經歷，讓竇玉海學會如何探索和挑戰，找尋人生更多的可能性。2023年，竇玉海選擇回國，他跟隨竇世學院士和劉化鹍院士全職加盟上海理工大學，并助力學校成立能源材料科學研究院，還入選了上海市領軍人才（海外）和滬江領軍人才。

回國后，學校在科研場地、實驗平臺、人才引進等方面都給予大力支持，讓竇玉海研究得更加安心。目前，他研發的廉價高效堿性電解水催化等相關技術獲得國內多家新能源企業的認可，并已經簽署了戰略合作協議，就產業化研究開展多項工作。

雖然回國才短短一年時間，但“永不滿足”的竇玉海始終在探索中超越。他針對電解水制氫和燃料電池領域開展研究工作，先后主持了國家級海外引才專項、上海市海外高層次人才計劃、太倉科技領軍人才等多個科研項目，成果頗豐。

研究過程中，竇玉海不止一次強調，利用可再生能源發電驅動電解水制氫，最重要也最不能忽視的是要實現真正意義的零碳排放，這也是未來解決人類能源危機和環境污染問題的關鍵“法寶”。然而，擺在眼前的情況不容忽視：堿性水電解在水電解行業中占主導地位，技術相對成熟，設備造價低，是實現大規模生產氫的重要手段，但目前商用堿性電解水制氫存在著電極活性低、制氫能耗較大等問題，導致其規模化發展嚴重受阻。

開發廉價且高效的水裂解催化劑有助于推動氫能源的商業化應用。據竇玉海介紹，要想提高水裂解催化性能，增加活性位點數量、提升本征催化活性是重點，而材料的結構優化和缺陷活化是實現這一目標的有效途徑。在他看來，盡管原子級超薄二維材料還是一種新興的納米材料，但自帶很多傳統納米結構不具備的優勢：合適的原子層厚度利于提高活性；高比表面積不僅為催化反應提供充足的活性位點，還可充分進行活化；部分材料表面富含懸掛鍵，極易優化電子結構；獨特的超薄二維結構，更易獲取精確的缺陷結構和局域電子態；材料的清晰缺陷及配位環境，可為理論計算提供理想模型，有助于深入揭示催化反應機理。

因而，竇玉海也明確了進一步提高水裂解催化性能的突破口，那就是開發原子級超薄3d過渡金屬基催化劑，并充分發揮其超薄二維結構的優勢。目前，竇玉海借助原子級超薄材料的原子層厚度、高比表面積和高活性表面等結構優勢，探索了雙缺陷的協同活化機制，最終通過缺陷活化的方式顯著優化了材料的電催化性能，研制出性能良好、更具實際意義的電解水制氫催化劑，成功應用于堿性電解槽、質子交換膜電解槽、陰離子交換膜電解槽等。

竇玉海在科研過程的每一步都走得很踏實。從短期看，未來電解水制氫催化劑所制得的氫氣將在燃料電池和冶金等行業大放光彩，實現廉價高效電解水制氫催化劑（電極）和燃料電池催化劑的產業化應用；而從更長遠來看，其不僅能帶來實實在在的經濟效益，還可在助力我國雙碳目標達成、實現綠色發展上發揮重要作用。

科研路上，竇玉海始終保持一個科研人員應該有的心態，踏實敬業，敢于創新，他的每一分努力都會帶他走向新的征程，也會將科研的種子撒向遠方。