緊跟國家需求做科研
發(fā)布日期： 2022-12-09 供稿：人民日報
編輯：吳楠 審核：劉曉俏 閱讀次數(shù)：原文標(biāo)題：緊跟國家需求做科研
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人物簡介：
黃佳琦，1984年出生，2003年至2012年在清華大學(xué)化學(xué)工程系學(xué)習(xí)，獲得工學(xué)學(xué)士及博士學(xué)位，2016年8月，以預(yù)聘副教授加入北京理工大學(xué)“人才特區(qū)”前沿交叉科學(xué)研究院，2019年晉升為長聘教授，主要開展高比能電池能源化學(xué)研究。
前不久，黃佳琦摘得第十七屆中國青年科技獎特別獎。該獎項兩年頒布一次，特別獎只授予10人。
隨著動力鋰電池產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，目前商用鋰離子電池能量密度已經(jīng)接近理論極限。為了在未來產(chǎn)業(yè)競爭中贏得先機，國際科學(xué)家正尋找有價值的下一代電池新體系。得益于一批科研人員的努力，在這條新賽道上，無論在基礎(chǔ)研究還是應(yīng)用探索上，我國都走在世界前列。黃佳琦就是其中的佼佼者。
破解鋰硫電池應(yīng)用關(guān)鍵瓶頸，開展高質(zhì)量的原創(chuàng)工作
做高比能電池，黃佳琦說自己恰逢其時。讀博士時，他研究碳納米材料，還開發(fā)了超長碳納米管制備的新方法，科研成績不俗。2011年，博士階段的最后一年，他萌生了一個強烈的念頭：將研究成果向應(yīng)用推進一步。
那時，學(xué)術(shù)界希望尋找到能量密度更高、成本更低、使用壽命更長的新體系電池，鋰硫電池被認為是新體系電池重要發(fā)展方向之一。
黃佳琦向記者解釋他最初的計劃：“硫絕緣，電極的導(dǎo)電性就差，從電極材料基本性質(zhì)入手，我想借助碳納米管優(yōu)異的導(dǎo)電性，打通鋰硫電池應(yīng)用的一個堵點。”
鋰硫電池走向?qū)嵱茫瑑蓚€關(guān)鍵瓶頸擺在科研人員面前：正極動力學(xué)緩慢，怎么解決？負極界面不穩(wěn)定，如何應(yīng)對？破題，必須搞清楚鋰硫電池的反應(yīng)原理，從根子上著手。
“就像只有熟悉了樹干，才能了解一棵樹的全貌。處理導(dǎo)電性等問題，不過是在樹枝上糾纏。”帶著探索“樹干”的想法，黃佳琦決定“追本溯源”——開展鋰硫電池能源化學(xué)基礎(chǔ)研究。
挑戰(zhàn)接踵而至，由于是全新的電池體系，國際上還缺乏完整的研究范式，從設(shè)計實驗方法、測試方案再到分析數(shù)據(jù)，一切都從零起步。
一頭扎進去近10年后，黃佳琦一步步接近答案：2016年，從無到有，提出了催化劑加速鋰硫電池反應(yīng)動力學(xué)新原理；2019年，從有到優(yōu)，又提出鋰硫電池催化劑設(shè)計新方法。之后，進一步揭示了鋰硫電池金屬鋰負極固液界面不穩(wěn)定的機制。
“科研、科研、科研。”這個詞，黃佳琦重復(fù)了三次。他說，自己的生活很簡單，成天“泡”在實驗室，不過時刻有科研新想法，日子過得充實又高興，并不覺得累。
憑借一系列出色研究，黃佳琦團隊獲得國際同行廣泛關(guān)注，相關(guān)論文成為所在領(lǐng)域的重要文獻。30多歲，黃佳琦已躋身國際鋰電池研究領(lǐng)域知名學(xué)者之列。
今年8月，黃佳琦的工作——“鋰硫電池電催化原理與方法”獲得中國顆粒學(xué)會自然科學(xué)一等獎。“學(xué)界的肯定是該項工作階段性總結(jié)”，他說，雖然還有很多工作要做，但“自己準(zhǔn)備闖入新的無人區(qū)”，開展高質(zhì)量的原創(chuàng)工作。
既當(dāng)專家又當(dāng)“工匠”，國家需求是團隊快速成長的關(guān)鍵
黃佳琦說的新的“無人區(qū)”，其中一個是完成鋰硫電池應(yīng)用驗證。
化學(xué)工程的研究，講究“以大為美”，這錘煉了黃佳琦對科研的“審美”：“如果往實用方向上推進一步，工作便更完美。”
做出小電池樣品和設(shè)計出商用大電池，雖然合成路徑相似，但實用化試制涉及工藝驗證、參數(shù)調(diào)整等很瑣碎的工作，令很多人望而卻步。
“做科研不是自娛自樂。”與清華大學(xué)團隊合作，黃佳琦帶領(lǐng)團隊既當(dāng)專家又當(dāng)“工匠”，一遍遍煅燒、打磨、測試樣品，關(guān)關(guān)難過關(guān)關(guān)過，解決了鋰硫電池規(guī)模化生產(chǎn)的技術(shù)、工藝卡點，為未來實用化打下了堅實的基礎(chǔ)。
黃佳琦是一個名副其實的“學(xué)霸”。博士期間，他摘得2011年度清華大學(xué)特等獎學(xué)金。獨立做科研后，又帶領(lǐng)團隊接連攻克難題。
“做科研有什么絕招？” 記者問他。
“必須理解所研究的問題，準(zhǔn)確判斷它的發(fā)展方向。”黃佳琦回答，科研其實是個笨功夫，自己也有進展不順利的時候，但因為基礎(chǔ)打得扎實，讀的文獻多，知道這是一個真問題。“認準(zhǔn)大方向，看到了國家的需求，我們就有信心克服前進路上的困難。”
當(dāng)前，新體系電池研究方興未艾，黃佳琦步履不停。近些年，著眼鋰電池未來5至10年的技術(shù)需求，黃佳琦布局了多個前沿課題：鋰金屬電池、鋰電池高效快充、智能傳感和安全儲能……他和團隊一次次引領(lǐng)前沿，取得豐碩成果。
以鋰金屬電池為例，由于負極比容量高等優(yōu)勢，鋰金屬電池是下一代高比能電池的有力競爭者。針對鋰金屬電池工程化遇到的界面不穩(wěn)定、存在安全隱患等痛點，黃佳琦帶領(lǐng)團隊深入解析原理，解決應(yīng)用的“卡脖子”問題。他指導(dǎo)博士生閆崇提出了鋰金屬固液界面反應(yīng)中的雙電層效應(yīng)，受到學(xué)界廣泛認可，為構(gòu)建固液界面形成過程的完整鏈條提供了新視角。
近年來，黃佳琦迎來了收獲期。2018至2022年，他連續(xù)5年入選科睿唯安全球高被引科學(xué)家，其中2021至2022年同時在材料科學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域入選。
“我很幸運，趕上科技創(chuàng)新的黃金年代，契合著國家的需求，找到了自己的研究興趣，充分施展了科研能力。”回顧10年科研經(jīng)歷，黃佳琦認為，我國新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，是自己和團隊快速成長的關(guān)鍵。
不同材料構(gòu)成的電池體系，自然稟賦各不相同，適用的應(yīng)用領(lǐng)域千差萬別。黃佳琦說，雙碳目標(biāo)驅(qū)動下，我國發(fā)展新能源技術(shù)更加迫切，團隊將緊跟國家需求，找準(zhǔn)應(yīng)用場景，力爭將積累的成果為生產(chǎn)生活服務(wù)。
學(xué)生成長成才，是最高興的事情
在學(xué)生眼里，黃佳琦既是老師，也是貼心的好兄長。
得益于北京理工大學(xué)的資助政策，2016年入職后，黃佳琦便快速組建起學(xué)術(shù)團隊。許睿是他入職北京理工大學(xué)后帶的第一個碩士研究生。黃佳琦向許睿介紹自己研究的課題前景，邀請他加入團隊。“黃老師很親切，我們像同齡人一樣交流，聊得很開心。”許睿回憶與老師初次見面的場景。
跟著黃佳琦讀博士期間，許睿在金屬鋰電池領(lǐng)域取得了多項創(chuàng)新成果。今年6月，還獲得北京理工大學(xué)學(xué)生最高榮譽——徐特立獎學(xué)金，該獎項每年僅授予5名博士生。
2018年，許睿獨立完成了第一個研究工作，但在發(fā)表論文時卻并不順利，連續(xù)被兩家學(xué)術(shù)期刊拒稿。他正沮喪時，黃佳琦肯定了他研究的原創(chuàng)性，認為質(zhì)量非常高。經(jīng)過不斷完善，論文發(fā)表后影響力很大，5年內(nèi)被20多個國家的科研工作者引用400余次，這極大增強了許睿的科研自信。
閆崇是黃佳琦第一位博士生。2015年8月，他在清華大學(xué)化學(xué)工程系訪學(xué)，原本計劃兩年后回河南師范大學(xué)工作。看中他的科研潛力，黃佳琦鼓勵他到北京理工大學(xué)跟自己讀博。
在北京理工大學(xué)，閆崇的科研能力得到充分施展，只用3年便拿到博士學(xué)位，比培養(yǎng)計劃提前1年。之后，經(jīng)黃佳琦推薦，到清華大學(xué)做博士后研究，并入選國家博士后創(chuàng)新人才支持計劃。2021年至2022年，閆崇連續(xù)兩年入選科睿唯安全球高被引科學(xué)家，成為鋰電池研究領(lǐng)域的新星。
“看到學(xué)生成長成才，是我教學(xué)科研工作中最高興的事情。”黃佳琦表示。
只要有出國交流的機會，黃佳琦都會鼓勵學(xué)生申請，積累國際學(xué)術(shù)交流經(jīng)歷。一次，閆崇希望去瑞典參加一個為期兩個月的訪學(xué)。然而，昂貴的機票讓他犯了難。向老師說明顧慮后，黃佳琦二話沒說當(dāng)即表示給予支持。“在黃老師心中，學(xué)生的成長永遠是第一位的。”
采訪中，黃佳琦提到自己的導(dǎo)師——清華大學(xué)魏飛教授對自己的影響。“魏老師支持學(xué)生自由探索，只要學(xué)生把想干的事情想通了，就給予我們?nèi)椭！秉S佳琦說，帶學(xué)生，自己傳承的是老師的理念。
平等交流、相互幫助，黃佳琦和學(xué)生一起成長。剛到北京理工大學(xué)時，黃佳琦急需搭建自己的實驗室，其中很多設(shè)備都是他和學(xué)生一件件挑選、裝配起來的，“我們像一個白手起家的創(chuàng)業(yè)團隊，是一個戰(zhàn)壕中的戰(zhàn)友。”
這些年，黃佳琦的團隊逐漸壯大，已經(jīng)從兩三人發(fā)展到一支30多人的創(chuàng)新團隊。受北京理工大學(xué)“青年科學(xué)家工作室”項目的支持，黃佳琦還正聯(lián)合具有交叉學(xué)科背景的青年團隊，面向國家需求，不斷開展新的探索。
放眼未來，黃佳琦認為，國家需求為新能源發(fā)展提供了強勁動力。當(dāng)前，國內(nèi)科研條件和生態(tài)正在迅速提升，人才自主培養(yǎng)質(zhì)量越來越高，為青年人才的發(fā)展提供了更大舞臺。
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