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【最美科技工作者】孙晓明:坚持电极创新,实现制氢突破
发布时间:2022-05-18 13:47

    自2021年,为庆祝建党百年,学会开展了“致敬最美科技工作者”学习宣传活动,遴选出最美科技工作者6位和最美科技团体3个,形成系列报道9篇;到今年,为喜迎党的二十大,大力弘扬科学家精神,在学会党委的指导下,继续深入挖掘优秀科技工作者典型,营造学习最美、争当最美的科技氛围,为可再生能源领域高水平科技自立自强贡献智慧力量。

本期,小编带您走进科技人物孙晓明,了解最美科技工作者背后的故事。

2011年,刚回国三年的孙晓明已获得国家自然科学基金杰出青年基金资助。但他却有点“拔剑四顾心茫然”:继续做已成型的纳米分离,恐怕难有重大突破;转做传统的热催化,研究者众多。究竟什么才是国家重大需求?什么才是纳米材料的用武之地?经过反复的观察,他果断转向较为陌生的电催化----因为传统化石能源储量有限,燃烧已经带来太多环境问题,未来必是可再生能源占主流,而可再生能源的规模化存储只能通过电解水制氢。

他请教电化学专家、“疯狂”自学电化学理论、尝试把材料设计融入电极创新……依托无机纳米合成的娴熟经验,他将传统涂覆改为直接生长法,试出了高性能纳米阵列电极。但是为什么高性能呢?难道就是因为直接生长的导电性好?如惊鸿一瞥,他不经意间发现自己电极上的气泡比商业电极上的小。直觉告诉他,这就是关键!他紧紧抓住这个线索,基于对纳米结构构效关系的理解,大胆提出“超疏气电极”新概念,进而发展成为“气体超浸润电极”概念。当时主流观点认为电催化的核心是寻找高活性材料,而他指出,催化剂结构构筑方式与其本征活性同等重要,甚至在大电流下更重要。结构决定气体传质,而传质是工业级大电流下进一步提升其电解水性能的关键。针对电催化析气反应,如电解水,应构筑“超疏气”电极,驱使产生的气泡快点离开;而针对耗气反应,如燃料电池中的氧还原和氢氧化反应,则需要构筑“超亲气”电极,促使气体能高速有效扩散。这一思想引领了电解水、燃料电池等领域系列的创新和发展。十余年来,他在Chem. Soc. Rev., Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等高水平期刊上发表高质量论文150余篇,引用15000余次。

百尺竿头更进一步。他提出不再电解纯净水,而是“直接电解海水(或高含盐水)”,制氢的同时实现制氧、制盐的“三联产”。但这是国际难题,日、德、以等发达国家曾尝试但均失败。他广泛调研,慎重选择,最终突破传统认知,采用硫化物电极首次在工业级电流下稳定电解海水超1000小时。文章发表于 Proc. Natl. Acad. Sci.,中国科学报等称其“重启蓝色能源的传说”。依据催化剂材料、抗腐蚀层、超疏气结构和促析盐电解质等四大关键创新,搭建世界首台稳定连续运行的10千瓦电解海水制氢装置,其“氢氧盐”三联产工艺领先美国海军三年,鉴定专家组一致认为该技术总体达到国际领先!目前深圳能源集团和中国海油集团等已投资开发中试技术,以期在该领域成为全球的未来工业引领者!

回想十年前,有人劝他放弃,耗电太多的电解水只能是基础研究,没法真的用;有人嘲笑他做电解海水是“拿着答案找问题”,没事儿找事;也有人认为他做电催化仅为“好发论文”……而关于“大电流下硫化物能否稳定”“析氧反应活性位点在哪”等学术争论更从未停过。但他从未止步,在应用中找问题,以效果回答质疑,以“咬定青山不放松”的韧性和“飞夺泸定桥”的拼劲,持续向前。因为他坚信:可再生能源必然走上“氢储能”路线,效率每提高1%,都会给社会增加上亿收益!在实现中国科技自立自强中,立足国之大者,孙晓明与团队并肩前行,以“功成不必在我,但功成必须有我”的意识,书写着一篇篇无悔华章!

 

 

孙晓明教授简介

孙晓明,1976年生于山东省。19952005年于清华大学化学系获本科和博士学位;20059月~20082月在Stanford化学系从事博士后研究;20083月起,任北京化工大学教授、博士生导师。获2007年全国优秀博士学位论文;2011年获国家自然科学基金杰出青年基金资助,2019年入选万人计划领军人才。

以第一作者及通讯联系人身份在Nat. Commun., Angew. Chem., JACS, Adv. Mater.等国际材料与化学类主流刊物发表学术论文150余篇,引用15000余次。授权国家发明专利40余项,转化8项;申请国际专利8项。被Elsevier、英国皇家化学会、科睿唯安等选为高被引学者。2018年成为英国皇家化学会会士。受邀担任Science Bulletin 杂志副主编和Nano Research等国际刊物编委会成员。目前是中国再生能源学会青委会执行主任、氢能专委会副主任。


最美科技工作者

【最美科技工作者】孙晓明:坚持电极创新,实现制氢突破

2022-05-18 13:47

    自2021年,为庆祝建党百年,学会开展了“致敬最美科技工作者”学习宣传活动,遴选出最美科技工作者6位和最美科技团体3个,形成系列报道9篇;到今年,为喜迎党的二十大,大力弘扬科学家精神,在学会党委的指导下,继续深入挖掘优秀科技工作者典型,营造学习最美、争当最美的科技氛围,为可再生能源领域高水平科技自立自强贡献智慧力量。

本期,小编带您走进科技人物孙晓明,了解最美科技工作者背后的故事。

2011年,刚回国三年的孙晓明已获得国家自然科学基金杰出青年基金资助。但他却有点“拔剑四顾心茫然”:继续做已成型的纳米分离,恐怕难有重大突破;转做传统的热催化,研究者众多。究竟什么才是国家重大需求?什么才是纳米材料的用武之地?经过反复的观察,他果断转向较为陌生的电催化----因为传统化石能源储量有限,燃烧已经带来太多环境问题,未来必是可再生能源占主流,而可再生能源的规模化存储只能通过电解水制氢。

他请教电化学专家、“疯狂”自学电化学理论、尝试把材料设计融入电极创新……依托无机纳米合成的娴熟经验,他将传统涂覆改为直接生长法,试出了高性能纳米阵列电极。但是为什么高性能呢?难道就是因为直接生长的导电性好?如惊鸿一瞥,他不经意间发现自己电极上的气泡比商业电极上的小。直觉告诉他,这就是关键!他紧紧抓住这个线索,基于对纳米结构构效关系的理解,大胆提出“超疏气电极”新概念,进而发展成为“气体超浸润电极”概念。当时主流观点认为电催化的核心是寻找高活性材料,而他指出,催化剂结构构筑方式与其本征活性同等重要,甚至在大电流下更重要。结构决定气体传质,而传质是工业级大电流下进一步提升其电解水性能的关键。针对电催化析气反应,如电解水,应构筑“超疏气”电极,驱使产生的气泡快点离开;而针对耗气反应,如燃料电池中的氧还原和氢氧化反应,则需要构筑“超亲气”电极,促使气体能高速有效扩散。这一思想引领了电解水、燃料电池等领域系列的创新和发展。十余年来,他在Chem. Soc. Rev., Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等高水平期刊上发表高质量论文150余篇,引用15000余次。

百尺竿头更进一步。他提出不再电解纯净水,而是“直接电解海水(或高含盐水)”,制氢的同时实现制氧、制盐的“三联产”。但这是国际难题,日、德、以等发达国家曾尝试但均失败。他广泛调研,慎重选择,最终突破传统认知,采用硫化物电极首次在工业级电流下稳定电解海水超1000小时。文章发表于 Proc. Natl. Acad. Sci.,中国科学报等称其“重启蓝色能源的传说”。依据催化剂材料、抗腐蚀层、超疏气结构和促析盐电解质等四大关键创新,搭建世界首台稳定连续运行的10千瓦电解海水制氢装置,其“氢氧盐”三联产工艺领先美国海军三年,鉴定专家组一致认为该技术总体达到国际领先!目前深圳能源集团和中国海油集团等已投资开发中试技术,以期在该领域成为全球的未来工业引领者!

回想十年前,有人劝他放弃,耗电太多的电解水只能是基础研究,没法真的用;有人嘲笑他做电解海水是“拿着答案找问题”,没事儿找事;也有人认为他做电催化仅为“好发论文”……而关于“大电流下硫化物能否稳定”“析氧反应活性位点在哪”等学术争论更从未停过。但他从未止步,在应用中找问题,以效果回答质疑,以“咬定青山不放松”的韧性和“飞夺泸定桥”的拼劲,持续向前。因为他坚信:可再生能源必然走上“氢储能”路线,效率每提高1%,都会给社会增加上亿收益!在实现中国科技自立自强中,立足国之大者,孙晓明与团队并肩前行,以“功成不必在我,但功成必须有我”的意识,书写着一篇篇无悔华章!

 

 

孙晓明教授简介

孙晓明,1976年生于山东省。19952005年于清华大学化学系获本科和博士学位;20059月~20082月在Stanford化学系从事博士后研究;20083月起,任北京化工大学教授、博士生导师。获2007年全国优秀博士学位论文;2011年获国家自然科学基金杰出青年基金资助,2019年入选万人计划领军人才。

以第一作者及通讯联系人身份在Nat. Commun., Angew. Chem., JACS, Adv. Mater.等国际材料与化学类主流刊物发表学术论文150余篇,引用15000余次。授权国家发明专利40余项,转化8项;申请国际专利8项。被Elsevier、英国皇家化学会、科睿唯安等选为高被引学者。2018年成为英国皇家化学会会士。受邀担任Science Bulletin 杂志副主编和Nano Research等国际刊物编委会成员。目前是中国再生能源学会青委会执行主任、氢能专委会副主任。


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