中山大學化學學院童葉翔教授電化學團隊面向新能源材料與器件的國際前沿，開展納米能源材料及其應用的原創性研究，為納米能源材料的設計與大面積可控制備、新型儲能器件的研發提供了重要的科學基礎。

近日，記者采訪了童葉翔教授電化學團隊，并請該團隊就在納米能源材料及其應用的原創性研究上取得的進展作相關介紹。

電化學研究團隊（左起：盧錫洪、李高仁、童葉翔、方萍萍）

記者（以下簡稱“記”）：“雙核殼結構電極材料用于高能量密度柔性鋰離子電池”研究的思路是如何提出的？

童葉翔教授電化學團隊（以下簡稱“童”）：柔性鋰離子電池由于其高能量密度等優點，在柔性電子設備領域具有廣泛的應用前景。其中柔性鋰離子電池的設計開發不僅對柔性電極的設計，更對整體電池器件的力學和電化學性能提出了更高的要求。傳統柔性電極中，柔性基底材料低的容量貢獻以及柔性基底與活性物質之間弱的相互作用都會導致整體電極材料的比容量偏低，進而影響電池器件的能量密度。此外，傳統的柔性基底 (如鋼網、鈦片等)在整體電極中質量占比遠高于活性物質，會進一步限制器件的整體比容量和能量密度。

為了解決這一問題，設計開發具有高活性柔性基底、同時具有高比重活性物質的柔性電極材料被認為是一種有效的解決途徑。目前已有研究人員報道合成了一系列質輕且具有柔性的碳納米管基、石墨烯基電極材料，但這類材料仍然受限于穩定的機械性能。研究發現碳布經過表面改性和刻蝕之后可以降低材料的比重、提升材料的電導率和更多有效的活性位點，同時不影響其機械穩定性。因此，這類改性后的碳布在柔性電極材料領域具有廣泛的應用前景。但如何將其他高活性物質（如過渡金屬氧化物、氮化物、硫化物等）材料通過強的相互作用力與其復合以提升材料的比容量仍然面臨著一些挑戰。

在這里，我們以表面刻蝕剝離處理的碳布為基底(CC@EC)，水熱法生長NiCo2O4(NCO)納米線陣列。當其應用于鋰離子電池負極時，表現出了優異的儲鋰性能。作者通過DFT計算發現，NCO與CC@EC具有強的相互電子作用、在鋰離子傳輸過程中具有更低的反應能壘。此外，我們進一步通過原位拉曼光譜闡明了CC@EC基底對電極材料儲鋰性能提升的貢獻因素。在此基礎上，獲得了具有高載量下高能量密度 (314 Wh/kg) 的全柔性鋰離子電池(總重量為281 mg)，具有出色的柔韌性和良好的儲能性能，為未來的便攜能源開啟了新的方向。

記：請介紹一下團隊的主要研究成果及其應用價值或學術影響。

童：電化學團隊面向新能源材料與器件的國際前沿，針對如何在保持高功率密度下提高儲能材料的能量密度的關鍵科學問題，開展了大面積可控制備低成本、高性能納米能源材料及其應用的原創性研究。通過將界面結構與一維納米材料相結合，揭示了一維納米結構的金屬/金屬氧化物、金屬氧化物/金屬氧化物界面結構等與儲能性質的關系，為提高電極材料中的活性物種和電子傳輸速率開辟了新思路；闡明了過渡金屬基納米儲能材料結構與容量的關系，發展了幾種大容量的柔性電極材料的大面積可控制備方法；發現了超電容器件電極材料的循環穩定性和正負極匹配性存在的科學問題，并提出了有效的解決方案；設計和研制了多款柔性超電容器件。研究成果增進了納米尺度下儲能材料的材料物理與化學知識，為納米能源材料的設計與可控制備、新型柔性超電容器件的研發提供了重要的科學基礎。部分成果獲2015年廣東省科技成果一等獎和2017年廣東省科技成果一等獎，并于2018年被提名申報國家自然科學二等獎。

陳春聲書記和李焯芬院士為電化學團隊帶頭人童葉翔教授頒獎

電化學團隊近年來在國際重要學術刊物上發表SCI收錄論文400余篇，其中IF >10的論文50余篇，包括Adv.Mater.，JACS，Energy Environ.Sci.，Angew.Chem.Int.Ed.等；SCI 他引次數超過20,600 次，H-index = 77；54 篇論文入選 ESI-Highly Cited Papers，獲授權國家發明專利10件。童葉翔獲得廣東省“教學名師”獎和中山大學首屆“卓越教學名師”獎，并入選科睿唯安2017年及2018年“全球高被引科學家”和愛思唯爾2017年“中國高被引作者”。團隊成員李高仁教授獲得了“中國化學會青年化學家獎”和“中國電化學青年獎”，并入選教育部“新世紀人才”和“青年長江學者”；盧錫洪獲得中國科協“青年人才托舉工程”和廣東省“杰出青年基金”資助，并獲得了廣東特支計劃科技創新青年拔尖人才等獎勵；方萍萍獲得廣東省“珠江青年學者”和“珠江科技新星”稱號。電化學團隊已成為年齡結構合理、在國際上有較大學術影響的課題組，為中山大學的學科建設和人才培養做出了積極貢獻。

記：團隊如何克服研究過程中遇到的困難？

童：科研大多數時候是一條曲折上升的線條，研究過程中幾乎每時每刻都有可能會遇到各種各樣的困難，而重要的是如何去解決這些難題。在面對困難時，團隊會：

（1） 保持學生的科研動力

科研需要科研人員自身近乎嚴苛的要求，但是面對學生實驗中的挫折卻不能同樣嚴苛。需要采用“放”多于“管”的管理方式：讓學生放手去試，更多的時候是點撥，而不是灌輸，讓學生喜歡上化學，讓學生有夢想有追求，這樣學生都特別有動力，因為可以按照自己的想法去嘗試，更利于問題的解決。

童葉翔教授在指導學生做實驗

（2）從最基礎的地方獲取靈感

博士的研究領域又專又細，而給本科生上基礎課《物理化學》，不斷重復的都是經過時間沉淀的最重要的原理。只要教師對化學學科中各個細分領域的基礎知識諳熟于心，在指導學生從事科研活動時往往能有意外之喜，“本科生充滿創意，問的問題千奇百怪，和他們思想碰撞的時候往往會有新的靈感。”童葉翔在講述太陽能中光能和熱能共同對催化作用產生作用時，引用了武俠小說中楊過和小龍女“雙劍合璧”的說法，形象地闡釋了光和熱產生作用時的互補聯合關系。這個創意正是由童葉翔指導的本科生提出的，最終這個光熱協同催化的創意產生的兩篇成果發表在國際重要學術期刊Angew. Chem. Int. Ed.（2015, 127, 11624 -11628.）和JACS（2016, 138, 16204?16207.）上。

記：請談一談對納米能源材料及其應用研究發展的體會與展望。

童：我們電化學團隊目前雖然取得了一些可喜的成果，但仍處在探索的階段，對納米能源材料的組成、納米形貌、相結構和性能關系的研究尚需進一步加強，發現和總結相關規律。

2017年中國在化學領域的論文數量已經超過了美國，但高質量的論文還不多。而在化學領域，目前很多青年化學工作者撰寫研究論文時只是就事論事，缺乏求真思想，不去探究基本原理和規律，也就是“他們不知道或者說未深入了解過‘論文’中最重要的‘論’字究竟代表著什么。論文不是實驗報告，應對研究對象和實驗結果究其根源，找出現象背后的原理和科學規律才算是大功告成。”

總的來說，在納米能源材料及其應用研究發展方面，需要更多地去探究基本原理和規律。因此電化學研究團隊未來希望能面向新能源材料與器件的國際研究前沿，針對高效納米復合儲能材料的大面積宏量可控制備和柔性混合超電容器件設計及研制這一關鍵科學問題，以納米材料宏量制備和電化學技術為牽引，從物理化學領域著眼，從納米材料及其表界面構效關系著手，開展新型納米儲能材料及柔性儲能器件的基礎研究。在綠色的水溶液體系中，以商用的碳布、導電PET/ITO膜、柔性鈦片(網)或自制備的導電聚合物和多孔碳薄膜作為柔性導電基體，系統深入地研究低成本和豐產元素的過渡金屬基納米儲能新材料(如MnO2，Fe2O3，Co3O4，NiO，TiO2/MnO2等)及其與柔性導電基體的多尺度納米復合設計理論和可控宏量制備方法，對其納米結構和新體系進行理論預測和篩選，實現新型納米儲能材料在柔性宏觀導電基體上的大面積直接可控宏量制備；通過歸納和總結其組成、形貌、結構和儲能性質的關系，探討儲能機理與相應的調控機制，建立零維到三維多尺度納米復合材料的分子設計理論，闡明復合結構表界面調控規律。通過對柔性儲能器件和光電轉換器件進行設計和研制，開展陽光驅動的柔性光電轉換及儲存一體化器件集成的探索研究，旨在跨越“炒菜”方式的制備研究，把高性能、低成本納米儲能材料的研究層次由“材料制備”提升到“柔性器件研制”的層次，為陽光驅動的柔性光電轉換及儲存一體化器件(陽光驅動的柔性混合型超電容器件)的研發提供理論和實驗依據，以期為研發綠色高效柔性新能源提供新的理論支撐和技術儲備。

記：團隊的未來目標是什么？

童：我們電化學團隊未來希望能在科學研究及人才培養兩大方面進行努力，努力探索在高校“雙一流”建設的背景下，如何平衡教學與科研的關系，實現二者相互促進。教學有助于教師將知識系統化且掌握得更扎實，教學有助于拓展知識面，使教師知識更廣博；教學中與學生的互動有利于理清科研思路，實現創新思維的正反饋，激發新思路、催生新的科研生長點。科研有助于教師及時將科學技術前沿知識引入課堂，更新教學內容，提高教學質量；有助于教師用創新的思維方法引導學生，培養創新思維，提高學生的創新能力和創新意識。做到與學生的“大膽設想”相結合，教師要“知識廣博”，通過科學嚴謹地“小心求證”，與學生一起“將大膽設想和不確定性轉化為新的學術增長點”，以期實現科教融合，教學相長。

在科學研究方面，未來團隊希望圍繞新能源材料和器件的社會發展需求，針對高性能、低成本納米能源材料大面積可控制備和器件設計及研制這一關鍵科學問題，從電極材料制備及其表界面構效關系著手，系統開展過渡金屬基電極材料納米陣列的設計和可控制備、電極性能和界面電子傳輸機制探索、電化學能源器件研制的基礎和應用基礎研究。旨在跨越“炒菜”方式的制備研究，把新型電極材料的研究層次由“材料制備”提升到“器件研制”的層次，為新型能源材料的研發提供理論和實驗依據，以期為我國新能源戰略性新興產業的關鍵技術突破提供科學基礎和技術儲備。

在人才培養方面，人才培養是大學的主題和根本，一流的教學應當始終圍繞大學人才培養目標來進行。高水平的大學教育應該堅持把科研創新與人才培養融合統一起來。這需要教師投入大量的時間和精力與學生討論，認真指導研究生的學位論文，個性化地關注研究生學業的進展。科學研究是培養學生創新能力的重要環節，高素質教師對提高學生的綜合素質和培養學生的創新能力有著不可替代的作用。很難想象，一位自己不從事創新活動的教師，會具有“培養出具有創新能力的人才”的水平和能力。“青出于藍而勝于藍”，教師只有“藍”，學生才能“青”。

中山大學“德才兼備、領袖氣質、家國情懷”的人才培養目標，不僅是對學生的希望，更是對校內所有老師的要求。“育人者必先行為世范”，老師舉手投足，會對學生產生潛移默化的影響。“德才兼備、領袖氣質”的目標要求提高學生的學術鑒賞力和培養他們的自信心，老師應該時刻正確引導學生樹立長遠發展的觀念。而“家國情懷”的培育應滲透到老師日常的教學與科研工作中。在中山大學這個優秀的平臺，我們研究團隊希望能為年輕人提供充足的經費和優良完備的科研條件，“給實驗室年輕人足夠的機會，給他們最大的支持，做他們最堅實的后盾”。作為前輩，只有給予后輩廣闊的發展平臺，才能使整個團隊更具凝聚力和創造力，產出更多優秀的科研成果。

菁我造士，追求卓越，這是電化學研究團隊在科研和教學上矢志不渝的追求。