论文部分内容阅读
如果电池有心，想必今时今日也会感到前所未有的压力。自从《华尔街日报》发文称“科技世界正在因电池技术进展缓慢而百般烦恼”之后，未来科技就被描摹成了强悍而无奈的巨型机器人——制作精良、无所不能，却因缺乏一枚高效、稳定的新能源电池而无法施展万般抱负。西安建筑科技大学教授、新能源材料专家云斯宁因此在实验室度过了更多周末时光，与“革命性突破”等浮夸的字眼相比，他相信脚踏实地才能更迫近真理，才能让梦想照进现实。
坚守初心
2013年，云斯宁教授与大连理工大学马廷丽教授牵头，由国内众多科研单位成就卓越的科学家参编，共同编著的《染料敏化太阳能电池——从理论基础到技术应用》一书正式出版。作为我国第一本全面介绍染料敏化太阳能电池（DSSC）的专业书籍，它的问世，让世界看到了在新一代太阳能电池研究领域更多的“中国可能”。与此同时，这位杰出的青年科技工作者所取得的创新性国际重要研究成果，也大大提升了西安建筑科技大学无机非金属材料学科在国内外的行业影响力，促进了功能材料新办专业的学科发展、推动行业技术进步和产业化进程。
那么，何谓DSSC？他又是如何与之结缘的呢？
如大家所知，太阳能作为资源丰富的可再生能源，具有独特的开发利用潜能，而DSSC就是新一代太阳能电池的一种。“它主要是模仿光合作用原理研制的。”云斯宁向记者介绍说，“植物进行光合作用的时候，是把太阳能转化为电能，然后再转化为化学能，而DSSC是一个电气化学系统。植物进行光合作用，是叶绿素在起作用，而DSSC是用染料来捕获太阳光，把光能转化为电能进行发电。”
2003年，云斯宁在西安交通大学攻读博士学位，从事钙钛矿铁电压电陶瓷介电弛豫行为的研究。在广阔的科技世界走马观花已经无法满足他的求胜心，“致用”开始成为这个科研新兵最为关注的命题。偶然的机会，他看到了美国能源署和中科院关于能源科学与技术未来发展展望的行业报告，开展科研的定位逐渐清晰了起来。“当时了解到我们国家碳纳米管的研究在国际上比较超前，后来我就比较关注新能源，经过逐步积累，对国家的政策、需求了解多了，焦点就集中在能源危机和环境污染两个关键点上了。我们做科研必须要符合国家重大战略需求才有意义，太阳能和生物质能又是新能源里边两大核心。”因此，云斯宁教授将研究定位在：一方面立足于太阳能，另一方面立足于生物质能，开展低成本、高附加值资源化循环综合利用的基础研究和技术开发。
因为出色的表现，云斯宁博士毕业之后，其学位论文获2007年西安交通大学优秀博士论文，而后他又作为“引进人才”进入西安建筑科技大学工作，随后赴韩国延世大学研修，开始涉足DSSC。“在韩国，主要是搞光阳极研究，回国之后与马廷丽教授合作，逐渐开展对电极催化剂的研究。”他说自己近期在开展捕能与储能一体化新能源集成器件研究。
从国外到国内，从光阳极到对电极再到集成器件，云斯宁及其研究团队一直沿着一条主线进行探索。而这条线就是——可再生能源中对太阳能和生物质能的利用。他解释说：“随着人口的增加和人们生活水平的逐渐提高，对能源的需求日益增加，能源危机和环境污染日益严重。面对这种挑战，我们力图通过新能源材料的研究和开发，解决国家发展过程中的重大能源需求，并且立足于资源化循环综合利用。”
卓越的科研才华，让云斯宁从众多青年科研工作者中脱颖而出，他很快被破格提升为教授和博士研究生导师，并成为了西安建筑科技大学功能材料研究所“新能源材料”研究团队和陕西省纳米材料与技术重点实验室“新能源材料器件化应用”研究团队的方向负责人。 他和他的研究团队一起，对国际上该领域的研究现状、难点、热点开展深度研究、联合攻关。近年，参与完成、主持国家级、省部级、地市级、校级各类项目20余项，并协助国家基金委评审青年、面上、重大项目共38项。
持续突破
和当初预料的一样，在巨大的能源缺口面前，DSSC因其光电转化效率高、成本低、环境友好、透明等特点，顺理成章地成为了全世界瞩目的科研焦点。而他与“战友们”的坚守，也为我国在该领域国际竞争力的加强，原创性成果的争夺提供了坚实的保障。“中国发表的研究论文，位居世界第二；知识产权数量也仅此于日本和韩国，领先于美国和其他发达国家。而国内的产业化研究也基本与世界同步，早期仅能建成500瓦的示范小工程，预计今年我国能达到20兆瓦规模的水平。”云斯宁教授对我国的科研充满信心。
蓝海似乎近在咫尺，想要突破边界，挑战仍然不可小觑。“研究DSSC的目的最终在于应用。而产业化面临两个问题：一个是DSSC的效率约为13%，与成熟的硅基电池相比有点偏低；另外一个是它的长期稳定性欠佳。其次，商业化应用还面临着一个成本问题，虽然DSSC成本仅占硅基电池的1/5?1/10，但想要产业化，还需进一步降低成本。”只有解决了效率、稳定、成本等诸多问题，DSSC才能真正走上康庄大道，云斯宁教授倍感压力，他认识到，“只有开展新原理、新结构、新方法的应用基础研究，开发出具有自主知识产权的关键核心技术，跟国际上的清洁能源技术竞争，才能从容应对。”
真抓实干、各个击破，在他看来是登顶成功的唯一途径。作为陕西省科技计划评审专家，他最常强调的就是“坚持”与“超越”。“如果一天工作8个小时，生活可以很轻松，但科研这个东西，只有不停地付出，几十年如一日的坚持，才有可能取得突破。”自2012年以来，云斯宁教授开始以每年一项新突破刷新西安建筑科技大学科研成果的发表纪录，在《Prog Polym Sci》《Energy Environ Sci》《Adv Mater》《Adv Energy Mater》《ChemSusChem》《J Mater Chem A》《Nanoscale》等国际知名期刊发表学术论文40余篇，拥有20余项专利技术，主编专著1部，参编中国、法国、印度等大学教授专著3部，之一下载量已超过99000余次。研究成果先后被陕西省人民政府、陕西省教育厅、中国建筑学会、西安建筑科技大学、《西安建大报》、精细化工国家重点实验室等多家媒体和网站报道，相关理论、方法或结果已被国内外同行采用或作为其研究的基础或起点。
2014年8月，由他撰写的综述性文章《无铂的染料敏化太阳能电池对电极》在国际材料领域权威刊物《先进材料》发表之后，更是引起了国际同行的关注。在他看来，无铂催化材料有独具优势的创新点。一方面是原材料容易获得，价格比贵金属铂要便宜很多；另一方面，制备工艺比较环保，基本对环境没污染。他举例说，目前的这种薄膜太阳能电池，希望像塑料纸一样印刷出来，这样更容易实现产业化，而溶液工艺与卷对卷大面积印刷生产是非常匹配的。此外，他们开发的无铂催化剂性能卓越，成本低廉，原材料易得，在太陽能电池、燃料电池、超级电容器、制氢、生物传感器、有机物降解、污染控制等领域具有潜在的应用前景。
揽海听风
荣誉、鲜花与掌声纷至沓来，他却波澜不惊地说：“想要满足国家的发展需求，我们就不能满足于在国内拿几个项目，而应该更关注国际上同行之间的竞争与合作。”他不仅积极参加国内外该领域的学术会议，开展科研合作，而且与日本、瑞典、美国、韩国、芬兰、德国、巴西、西班牙等国际知名机构的科学家保持长期稳定的科研合作，并且长期担任20余种国际主流SCI期刊的通讯评议人。为此，《西安建大报》刊发“国际合作我受益良多”一文，特别报道了他的国际科研合作。
在他的推荐下，相关研究成果刷新了国际同行对中国在新能源材料研究领域巨大潜力的认识。越来越多的国际同行也记住了这位年轻有为的中国青年科学家。在接受采访时，他说：“由于多学科交叉研究的特点，未来开展国际科研合作的需要会更多、更频繁。但能否建立良好的合作关系，取决于双方彼此的信任和坦诚相待，取决于自己的层次和实力。所以，不断地虚心学习、不耻下问，不断提高自己、完善自己，使自己的综合能力不断提高，才有和更高层次优秀团队合作的基础和信心。”
如他所言，新能源材料研究领域，还有更多主题亟待攻克——国际合作需要主持，科研人才需要哺育……等待中国的，是要用“创新”改变的产业格局，也是要用“坚持”写就的破局之道。
坚守初心
2013年，云斯宁教授与大连理工大学马廷丽教授牵头，由国内众多科研单位成就卓越的科学家参编，共同编著的《染料敏化太阳能电池——从理论基础到技术应用》一书正式出版。作为我国第一本全面介绍染料敏化太阳能电池（DSSC）的专业书籍，它的问世，让世界看到了在新一代太阳能电池研究领域更多的“中国可能”。与此同时，这位杰出的青年科技工作者所取得的创新性国际重要研究成果，也大大提升了西安建筑科技大学无机非金属材料学科在国内外的行业影响力，促进了功能材料新办专业的学科发展、推动行业技术进步和产业化进程。
那么，何谓DSSC？他又是如何与之结缘的呢？
如大家所知，太阳能作为资源丰富的可再生能源，具有独特的开发利用潜能，而DSSC就是新一代太阳能电池的一种。“它主要是模仿光合作用原理研制的。”云斯宁向记者介绍说，“植物进行光合作用的时候，是把太阳能转化为电能，然后再转化为化学能，而DSSC是一个电气化学系统。植物进行光合作用，是叶绿素在起作用，而DSSC是用染料来捕获太阳光，把光能转化为电能进行发电。”
2003年，云斯宁在西安交通大学攻读博士学位，从事钙钛矿铁电压电陶瓷介电弛豫行为的研究。在广阔的科技世界走马观花已经无法满足他的求胜心，“致用”开始成为这个科研新兵最为关注的命题。偶然的机会，他看到了美国能源署和中科院关于能源科学与技术未来发展展望的行业报告，开展科研的定位逐渐清晰了起来。“当时了解到我们国家碳纳米管的研究在国际上比较超前，后来我就比较关注新能源，经过逐步积累，对国家的政策、需求了解多了，焦点就集中在能源危机和环境污染两个关键点上了。我们做科研必须要符合国家重大战略需求才有意义，太阳能和生物质能又是新能源里边两大核心。”因此，云斯宁教授将研究定位在：一方面立足于太阳能，另一方面立足于生物质能，开展低成本、高附加值资源化循环综合利用的基础研究和技术开发。
因为出色的表现，云斯宁博士毕业之后，其学位论文获2007年西安交通大学优秀博士论文，而后他又作为“引进人才”进入西安建筑科技大学工作，随后赴韩国延世大学研修，开始涉足DSSC。“在韩国，主要是搞光阳极研究，回国之后与马廷丽教授合作，逐渐开展对电极催化剂的研究。”他说自己近期在开展捕能与储能一体化新能源集成器件研究。
从国外到国内，从光阳极到对电极再到集成器件，云斯宁及其研究团队一直沿着一条主线进行探索。而这条线就是——可再生能源中对太阳能和生物质能的利用。他解释说：“随着人口的增加和人们生活水平的逐渐提高，对能源的需求日益增加，能源危机和环境污染日益严重。面对这种挑战，我们力图通过新能源材料的研究和开发，解决国家发展过程中的重大能源需求，并且立足于资源化循环综合利用。”
卓越的科研才华，让云斯宁从众多青年科研工作者中脱颖而出，他很快被破格提升为教授和博士研究生导师，并成为了西安建筑科技大学功能材料研究所“新能源材料”研究团队和陕西省纳米材料与技术重点实验室“新能源材料器件化应用”研究团队的方向负责人。 他和他的研究团队一起，对国际上该领域的研究现状、难点、热点开展深度研究、联合攻关。近年，参与完成、主持国家级、省部级、地市级、校级各类项目20余项，并协助国家基金委评审青年、面上、重大项目共38项。
持续突破
和当初预料的一样，在巨大的能源缺口面前，DSSC因其光电转化效率高、成本低、环境友好、透明等特点，顺理成章地成为了全世界瞩目的科研焦点。而他与“战友们”的坚守，也为我国在该领域国际竞争力的加强，原创性成果的争夺提供了坚实的保障。“中国发表的研究论文，位居世界第二；知识产权数量也仅此于日本和韩国，领先于美国和其他发达国家。而国内的产业化研究也基本与世界同步，早期仅能建成500瓦的示范小工程，预计今年我国能达到20兆瓦规模的水平。”云斯宁教授对我国的科研充满信心。
蓝海似乎近在咫尺，想要突破边界，挑战仍然不可小觑。“研究DSSC的目的最终在于应用。而产业化面临两个问题：一个是DSSC的效率约为13%，与成熟的硅基电池相比有点偏低；另外一个是它的长期稳定性欠佳。其次，商业化应用还面临着一个成本问题，虽然DSSC成本仅占硅基电池的1/5?1/10，但想要产业化，还需进一步降低成本。”只有解决了效率、稳定、成本等诸多问题，DSSC才能真正走上康庄大道，云斯宁教授倍感压力，他认识到，“只有开展新原理、新结构、新方法的应用基础研究，开发出具有自主知识产权的关键核心技术，跟国际上的清洁能源技术竞争，才能从容应对。”
真抓实干、各个击破，在他看来是登顶成功的唯一途径。作为陕西省科技计划评审专家，他最常强调的就是“坚持”与“超越”。“如果一天工作8个小时，生活可以很轻松，但科研这个东西，只有不停地付出，几十年如一日的坚持，才有可能取得突破。”自2012年以来，云斯宁教授开始以每年一项新突破刷新西安建筑科技大学科研成果的发表纪录，在《Prog Polym Sci》《Energy Environ Sci》《Adv Mater》《Adv Energy Mater》《ChemSusChem》《J Mater Chem A》《Nanoscale》等国际知名期刊发表学术论文40余篇，拥有20余项专利技术，主编专著1部，参编中国、法国、印度等大学教授专著3部，之一下载量已超过99000余次。研究成果先后被陕西省人民政府、陕西省教育厅、中国建筑学会、西安建筑科技大学、《西安建大报》、精细化工国家重点实验室等多家媒体和网站报道，相关理论、方法或结果已被国内外同行采用或作为其研究的基础或起点。
2014年8月，由他撰写的综述性文章《无铂的染料敏化太阳能电池对电极》在国际材料领域权威刊物《先进材料》发表之后，更是引起了国际同行的关注。在他看来，无铂催化材料有独具优势的创新点。一方面是原材料容易获得，价格比贵金属铂要便宜很多；另一方面，制备工艺比较环保，基本对环境没污染。他举例说，目前的这种薄膜太阳能电池，希望像塑料纸一样印刷出来，这样更容易实现产业化，而溶液工艺与卷对卷大面积印刷生产是非常匹配的。此外，他们开发的无铂催化剂性能卓越，成本低廉，原材料易得，在太陽能电池、燃料电池、超级电容器、制氢、生物传感器、有机物降解、污染控制等领域具有潜在的应用前景。
揽海听风
荣誉、鲜花与掌声纷至沓来，他却波澜不惊地说：“想要满足国家的发展需求，我们就不能满足于在国内拿几个项目，而应该更关注国际上同行之间的竞争与合作。”他不仅积极参加国内外该领域的学术会议，开展科研合作，而且与日本、瑞典、美国、韩国、芬兰、德国、巴西、西班牙等国际知名机构的科学家保持长期稳定的科研合作，并且长期担任20余种国际主流SCI期刊的通讯评议人。为此，《西安建大报》刊发“国际合作我受益良多”一文，特别报道了他的国际科研合作。
在他的推荐下，相关研究成果刷新了国际同行对中国在新能源材料研究领域巨大潜力的认识。越来越多的国际同行也记住了这位年轻有为的中国青年科学家。在接受采访时，他说：“由于多学科交叉研究的特点，未来开展国际科研合作的需要会更多、更频繁。但能否建立良好的合作关系，取决于双方彼此的信任和坦诚相待，取决于自己的层次和实力。所以，不断地虚心学习、不耻下问，不断提高自己、完善自己，使自己的综合能力不断提高，才有和更高层次优秀团队合作的基础和信心。”
如他所言，新能源材料研究领域，还有更多主题亟待攻克——国际合作需要主持，科研人才需要哺育……等待中国的，是要用“创新”改变的产业格局，也是要用“坚持”写就的破局之道。