灣區(qū)逐夢(mèng) | 喻學(xué)鋒：做材料科學(xué)的“顛覆式創(chuàng)新”帶頭人
以石墨烯為代表的二維材料“顛覆”了世界對(duì)于物理和電子的認(rèn)知，展現(xiàn)出眾多優(yōu)異的理化性質(zhì)和廣闊的應(yīng)用前景，被譽(yù)為21世紀(jì)的超級(jí)材料。2014年，二維材料領(lǐng)域發(fā)生了一件大事——黑磷問世了，其在光學(xué)、電學(xué)方面優(yōu)越的功能性和在催化、能源、醫(yī)藥等領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景，使得這一新的二維材料備受研究者和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。
2014年，對(duì)于中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院材料所（籌）副所長(zhǎng)、黨總支副書記喻學(xué)鋒研究員來說，同樣也發(fā)生了一件“大事”——37歲的他，放棄了高校的教職和相對(duì)安穩(wěn)的生活，毅然南下深圳從事黑磷的研究。
△ 深圳先進(jìn)院材料所（籌）副所長(zhǎng)、黨總支副書記喻學(xué)鋒研究員
五年來的辛勤耕耘，喻學(xué)鋒從一個(gè)人和幾臺(tái)借來的實(shí)驗(yàn)儀器，已經(jīng)發(fā)展為擁有70多名成員和幾千萬元科研設(shè)備的研究中心，實(shí)現(xiàn)了一系列黑磷制備和應(yīng)用技術(shù)的突破，發(fā)表了50多篇高水平論文、申請(qǐng)了60多項(xiàng)黑磷發(fā)明專利，成為國(guó)際上該領(lǐng)域?qū)＠季肿疃嗟恼n題組，寫下了從科學(xué)研究到“產(chǎn)業(yè)報(bào)國(guó)”的精彩篇章。
磷資源在工業(yè)中扮演著重要的角色。然而，各種磷化工產(chǎn)品的附加值長(zhǎng)期保持在較低水平?！澳壳罢麄€(gè)磷工業(yè)以有機(jī)磷為主，無機(jī)磷并沒有得到很好的發(fā)展。”喻學(xué)鋒說，黑磷作為最穩(wěn)定的單質(zhì)磷和最薄的直接帶隙半導(dǎo)體，一方面它有很多光學(xué)、電學(xué)、生物化學(xué)方面的性質(zhì)，在光電器件、電池、催化和醫(yī)藥等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用價(jià)值；另一方面，黑磷的出現(xiàn)也可以啟發(fā)人們開展無機(jī)磷功能材料的開發(fā)，使得磷未來也能跟碳一樣成為一個(gè)工業(yè)體系的核心材料。
△ 黑磷：最穩(wěn)定的單質(zhì)磷（資料圖）
然而，白磷易燃易爆有劇毒，限制了磷工業(yè)的地理位置，很多的下游產(chǎn)業(yè)都得在礦山附近。如何加強(qiáng)磷的穩(wěn)定性，成為需要解決的關(guān)鍵問題。2015年，喻學(xué)鋒與香港城市大學(xué)朱劍豪教授等合作，制備出黑磷烯和黑磷量子點(diǎn)；隨后幾年，團(tuán)隊(duì)發(fā)展了系列界面調(diào)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了黑磷的穩(wěn)定性強(qiáng)化和功能拓展，為黑磷的規(guī)?；苽浜蛻?yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
“今年具體進(jìn)展就是利用黑磷的化學(xué)活性，發(fā)展了鉑磷和鈀磷等新型催化劑，鉑是燃料電池和很多工業(yè)催化的核心材料，黑磷可以快速有效的調(diào)節(jié)鉑的電子結(jié)構(gòu)，從而極大提升鉑的催化活性，而成本又只增加一點(diǎn)。”喻學(xué)鋒告訴記者，這是一個(gè)很好的工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，團(tuán)隊(duì)正在依托合作企業(yè)進(jìn)行相關(guān)的工業(yè)測(cè)試，有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)推廣。此外，團(tuán)隊(duì)在黑磷的生物活性和醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面也取得了很好的進(jìn)展。
我國(guó)磷礦儲(chǔ)量位居世界第二位，由于此前磷基功能材料的核心技術(shù)大部分被外國(guó)掌握，曾一度以低附加值出口磷礦，再進(jìn)口高附加值的磷基功能材料。白磷價(jià)格約一萬元每噸，紅磷為三萬元每噸，而黑磷則遠(yuǎn)高于前兩者。在此背景下，黑磷有望作為整個(gè)磷工業(yè)重要的新支點(diǎn)。
“不僅磷工業(yè)面臨這樣的問題，我國(guó)的材料工業(yè)普遍存在這個(gè)問題，當(dāng)前大部分高端功能材料仍然需要依賴進(jìn)口?！庇鲗W(xué)鋒認(rèn)為，磷是重要的戰(zhàn)略稀缺資源，特別是目前國(guó)際科技競(jìng)爭(zhēng)和限制日趨激烈的形式下，從國(guó)家需求層面上來說，更要加強(qiáng)在這種材料底層技術(shù)的創(chuàng)新。
△ 喻學(xué)鋒團(tuán)隊(duì)所獲榮譽(yù)
而想要解決“卡脖子”問題，在喻學(xué)鋒看來，不能說現(xiàn)在卡什么就只做什么，科研工作者們也應(yīng)當(dāng)布局未來，發(fā)展一些新的顛覆性技術(shù)。
實(shí)際上，2014年喻學(xué)鋒剛開始研究黑磷時(shí)，整個(gè)領(lǐng)域才有幾篇論文，現(xiàn)在一年能有一千多篇論文，我國(guó)在這一領(lǐng)域基本和世界其他國(guó)家同時(shí)起步。由于很早意識(shí)到這將是一種很好的技術(shù)，團(tuán)隊(duì)有了先發(fā)優(yōu)勢(shì)，進(jìn)展很快，目前技術(shù)上已經(jīng)走通了從紅磷到黑磷規(guī)?；苽涞募夹g(shù)路線，可以大大降低成本，有望在兩三年內(nèi)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。
“盡管黑磷是一個(gè)越來越熱的材料，但還處于產(chǎn)業(yè)的非常早期階段。我們還是得保持一個(gè)平和的心態(tài)，扎扎實(shí)實(shí)地圍繞著一個(gè)方向持續(xù)地做下去?！庇鲗W(xué)鋒說，團(tuán)隊(duì)想做的就是盡快把黑磷制備和應(yīng)用技術(shù)發(fā)展起來，一方面真正能夠工業(yè)化制備，另一方面能夠切切實(shí)實(shí)地開發(fā)出工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中取得領(lǐng)先地位。
從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用研究，再到實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，對(duì)于一名昔日的純科研工作者來說，同樣是巨大的挑戰(zhàn)，不僅要有新的研究路徑，更要重新定義科研者所要具備的能力。
對(duì)于喻學(xué)鋒的團(tuán)隊(duì)來說，發(fā)論文是與科技同行的交流，而不是科研團(tuán)隊(duì)的唯一工作。“國(guó)家給了我們經(jīng)費(fèi)支持，我們希望做出來的東西能夠回饋工業(yè)回饋國(guó)家，變成產(chǎn)業(yè)界認(rèn)可的技術(shù)跟產(chǎn)品，”喻學(xué)鋒常常這樣激勵(lì)團(tuán)隊(duì)成員們，“材料科學(xué)本來就是應(yīng)用科學(xué)，我們應(yīng)該把目標(biāo)從論文變成一項(xiàng)一項(xiàng)有用的技術(shù)?！?/p>
△ 喻學(xué)鋒團(tuán)隊(duì)合照
而深圳先進(jìn)院良好的“研學(xué)產(chǎn)資”生態(tài)系統(tǒng)，與國(guó)際接軌的首席科學(xué)家負(fù)責(zé)制、科技成果轉(zhuǎn)化的激勵(lì)機(jī)制等科研體制，也給予了他有所作為的廣闊空間。2016年6月，在深圳先進(jìn)院為黑磷成果召開的專場(chǎng)對(duì)接會(huì)上，團(tuán)隊(duì)接觸到了相關(guān)企業(yè)。2016年8月，深圳先進(jìn)院與湖北興發(fā)集團(tuán)合作，共同投資組建了中科墨磷科技有限公司。喻學(xué)鋒團(tuán)隊(duì)的黑磷制備技術(shù)就這樣在兩年的時(shí)間內(nèi)以2500萬元實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)讓。
如今，繁忙依然是喻學(xué)鋒工作和生活的主題，對(duì)他來說，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化不是一件容易的事情，不僅需要專業(yè)知識(shí)，還需要同上下游企業(yè)、投資機(jī)構(gòu)、政府部門等各行各業(yè)的人打交道，不斷學(xué)習(xí)新的知識(shí)，然而他卻更加充滿希望和干勁。
“比較樂觀的是目前企業(yè)的觀念也在轉(zhuǎn)變，更加鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)學(xué)研合作，我們科研人員也要一起轉(zhuǎn)變觀念，更多地與企業(yè)互動(dòng)，成為國(guó)家科技創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)力，在科學(xué)上占領(lǐng)制高點(diǎn)，同時(shí)也面向產(chǎn)業(yè)、服務(wù)產(chǎn)業(yè)，支持國(guó)家經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展?！庇鲗W(xué)鋒說。
作為一名科研工作和和黨總支副書記，要牢記使命，不忘初心，堅(jiān)持探索，為科技強(qiáng)國(guó)而努力奮斗。
來源：先進(jìn)電池與材料聯(lián)盟
