情系中原速归来 矢志创新促发展——记国家“千人计划”专家、郑州大学特聘教授邵国胜

◎ 本刊记者 翟万江

他生于中原，长于中原。2011年，在经历了20余年英国的科学工作和生活后受邀回归故乡母校，依托自己在海外积累的学术成就，为中原科技兴省积极开拓“产学研”工作。

从英国回到郑州大学后，2013年他领衔建立中英纳米多功能材料研究中心，于2015年被认定为国家级低碳环保材料国际联合研究中心;2016年他创立了郑州新世纪材料基因组工程研究院，2年后入选河南省重大新型研发机构，成为中原先进制造的技术标杆。

他是国际知名的材料智能设计和制造专家、河南省第一个创新A类“国千”特聘教授。他有英国萨里大学高级研究官、布鲁奈尔大学副教授、博尔顿大学计算材料学教授、新能源研究所所长、理工及体育学部主任及英国材料化学委员会委员、材料学会专业会员等职业经历。他在前沿能源及环境材料研发方面取得了诸多成就， “裁剪”材料学（材料多尺度理论设计方法）、新型多功能材料及器件的制备、先进材料表征、新型能源材料及应用器件等是他目前的主要研究领域。在Nature、Acta Materialia、Applied Physics Letters, Journal of Materials Chemistry等SCI国际核心刊物发表论文200余篇，申请并获得国内外发明专利30余项。

他就是邵国胜，我国材料科学与工程领域一名出色的学者。

倾心研发新材料

邵国胜是一位严谨治学、注重创新的材料专家，也是比较喜欢挑战性创新的人。他的目光紧盯着前沿材料领域科技发展的动态，努力在新时代科学发展的轨道上找到新支点，创造新技术新方法。

他自1991年留学英国以来，就从大学学的铸造（冶金）专业逐步跨入到材料学的基础理论、先进表征技术中，开展了一系列前沿材料研究，提出了首个关于非晶相形成的热力学理论模型，并首次预见且成功制备出无定形金属硅化物半导体，有望成为新型低成本、高性能太阳能电池的核心材料；发展了以多尺度理论计算为基础的“裁剪”材料设计方法，设计并成功实现了宽能带氧化物半导体的大幅度能带改造，使之适用于新型低成本、高性能太阳能电池及可见光区自清洁材料；发展了一系列全新固体电解质，为发展安全金属离子电池奠定了关键材料技术基础。

他对材料设计方法十分熟悉，他的讲述形象而通俗。他说，新材料研发是国家的一个重要方略，而材料设计方法的前沿领域、材料基因组工程，就是把材料理论计算模拟、材料大数据整合和高通量材料制备技术结合在一起，像三驾马车一样支起一个很大的平台。他做的正是材料理论模拟支撑下的研究，称之为“裁剪”材料设计方法，相当于裁缝量体裁衣那样根据材料的性能需要，从材料基础理论出发去设计材料分子或晶体结构和成分，使之满足研究者的需要。他同时还做材料结构先进表征技术方面的工作，加上对各种各样材料技术比较感兴趣，在科研工作中逐渐形成了“理论先行、试验验证、工艺优化”的研究思想。材料基因组工程方法的本质就是用理论、数据支撑比较快速地缩减材料试验的范围。比如，当一个人戴的戒指掉到一个游泳池里要把它找出来是很难的，游泳池越大寻找的范围越大，但通过裁减材料理论，把它缩减到一个水桶里就很容易找到戒指了。

他对材料新方法是十分关心的。近10多年来，他在新型能源材料与环境清洁技术方面作了有意义的探索。2012年，他回国时对国内由于大规模工业化生产造成的环境恶化问题深有感触， 因此，他专注新能源材料技术的研发，在诸如化学储能的电池材料、太阳能的关键材料、环境催化剂等，在清除空气、水和土质等环境污染等方面做了大量研究工作，这些工作与老百姓的生产生活息息相关。

在如何解决空气、水和土壤的环境污染问题上，他带领团队研发了一系列纳米材料制成的光致催化剂，通过光照射把污染物分解。污染空气的 不只是气味很重的污染物，还有各种各样的颗粒，他们为过滤空气发明了一种新的石墨烯-纳米材料复合过滤膜，有效吸收过滤亚微米级污染颗粒。水也是这样，把这类催化剂放在水里，通过光照就能降解掉水里的污物。土壤里的污染包括金属和有机物污染，重金属污染比空气污染、水污染更严重很难拔除，重金属污染像汞、铅、镉等危害很大，即使100年都不算长。最近他一直在深度思考如何结合纳米技术综合、快速地治理土壤问题。

怀有家国情怀，对国家、对社会有着高度责任心的科学研究者，他们的科研思想和行动往往是高度吻合的，在推动应用科学技术创新、创造更多更好的新材料新技术方面从不会停止思索和发现，因为他们心里装着社会和百姓，早一天开发出新技术就会早一天解决困扰社会发展的问题，让百姓生活更安全更健康。

发明石墨烯新技术

石墨烯作为新材料之王，与环境的关系十分密切。邵国胜发明石墨烯新技术的初衷是由于世界上缺乏一个既能低成本、大规模生产石墨烯粉体，又能让质量有保证、制备过程对环境也没有污染排放压力的新材料技术。

他们通过材料基因组工程方法，不到6个月的时间就发明了一个全新的、低成本石墨烯粉体材料的绿色制造技术，这个方法可以在规模化基础上生产出完美的石墨烯粉体，克服了目前主流化学方法产品质量极低、实质上是“二维炭黑”的关键技术瓶颈，为规模化应用石墨烯奠定了坚实的材料制备技术基础。

邵教授说低成本、高质量、环境友好、资源可持续是他们进行新材料技术开拓的准则。他们发明的石墨烯技术，从根本上解决了国际上主流技术“三高一低”的技术缺陷，即氧化还原方法的高污染、高缺陷及电弧法的高能耗、低产率问题，因而可以大幅度降低制造成本，制造过程绿色环保，不会在石墨片层中产生缺陷。通过他们发明的办法，每个小小的石墨颗粒瞬间就可以蝶化为“石墨烯玫瑰”，每个花瓣就是一个结构完美的石墨烯片。这是国际上独树一帜、绿色亮丽的产业技术。这个技术发明在2017年春节前后做出了第一版后，便在试验生产基地建立了一条生产线，一年能生产几十吨，从根本上克服了优质石墨烯粉体量产的技术瓶颈。

说起石墨烯与下一代高性能锂电池的关系，他认为新能源汽车、手机都在用锂电池，问题是电池能用多长时间很值得探究。国际上在锂硫电池方面已做了很多年重要的研究，硫作为正极具有很高的容量、蓄电多，遗憾的是一充一放过程中体积变化太大，几次冲放电循环电池就坏掉了。因此，人们花了大量精力通过添加石墨烯等，试图发挥硫的超级储能性能，但结果发现作用十分有限，只能在正极中混入很低比例的硫时才有效果， 电池的整体储能密度则缺乏竞争能力。究其原因就是石墨烯结构不完美，缺陷太多。而在正极中加入仅10%的由他们研发的优质石墨烯粉体就可以裹住90%的硫，硫颗粒即使碎了也不要紧，因为他们给每个硫颗粒都穿上了石墨烯“魔法”保护服，原因是仅10%的石墨烯无处不在。石墨烯对电子和离子同时具有超强的传输能力，即使在硫颗粒破碎的情况下，也能维持充放电高速运转不断，从而能够在正极中大量负载硫磺，全电池储能密度可提升到当前商业电池的3倍以上。

石墨烯还可以用在地板、地毯上，让它在弱电状态下发射远红外波，在实现高效率供暖的同时，对人的健康也有好处。它也能在国防、光电、医疗卫生等方面应用，说它是一个“超级材料”真是名副其实。

邵国胜说：“材料结构决定其性能，石墨烯本征的优异性能是建立在完美晶体结构的基础上的，就像做饭一样，用精粉做面条是可以的，如果用红薯面或者高粱面就不行。这就是高缺陷石墨烯效果差的主要原因。”

他认为，应用科学的核心是面向实际应用发现问题、解决问题，书架上的学问最终要落实在应用的检验上。因此，他主张技术保护先行、学术文章后发。比如，在开拓新一代安全固态金属离子电池方面，他们是在申请了一系列专利后，一口气在英国皇家化学学会主管的材料化学杂志发表了6篇学术论文，为安全电池奠定了关键材料的学术基础。他说，新世纪材料基因组工程研究院作为郑州大学的研究生创新基地，其核心理念就是学术与技术双峰并峙，双峰轮廓对应英文单词“材料”的字头就是“M”。这确实是一个具有科学内涵的创新思想。

迎难而上扩大产业

他说，受邀回到母校任教，是荣誉也有很大压力。因此，他在专注学术队伍建设的同时，积极布局“产学研”工作，提出了“着眼国际前沿、立足中国制造、外引内联、产学研一体化”的科研方针。目的是通过前沿技术给中国制造业注入新鲜血液和生机，对外加强国际合作，对内通过产学研政商联合驱动，实现书架向货架的跨越。

他说，自2016年全职回国后，在产学研方面取得了可喜的进展，他领衔成立的新世纪材料基因组工程研究院在短期内入选河南省重大新型研发机构，聚焦石墨烯等先进碳材料、化学储能、环境净化及可持续光电薄膜等核心技术领域，试图通过核心技术引领，促生产业技术孵化、科技园区建设、带动产业板块联盟的集结与形成。

科技创新引领在我国实际上是一个新鲜事物，要求科学研究者通过原创技术带动工业发展还有不少困难。邵国胜认为，这个很正常，因为科学研究的本身就是要为解决困难而工作。个人要有很强的荣誉感事业心，个人做得好才能得到别人的认可。目前，他的创新平台在河南省内已形成一定影响，得到了地方政府的积极支持，他在推动创新平台建设中虽然有“摸着石头过河”的感觉，但他有信心做好产学研工作，所谓箭在弦上，势在必发。

科学就是一个求真的过程。他对学生培养上坚持鼓励学生要敢于挑战老师，千万不要把身份、地位想得太多，千万不要有惧怕权威的意识，有了对权威的畏惧就永远没有超越了。他给团队定的基本指导思想是“忠诚、协作、能力、坚持”这八个字，勉励团队要积极向上，携手协作，共同发展。

世界上没有最好只有更好。邵国胜的科研宝典里闪烁着“向着更好奋斗”的人生信条，为故乡、为社会、为国家做贡献是珍藏在他心底的愿望，他是那种不做事情就会感到人生会无聊的人，他加盟郑州大学、回归中原，就是要为河南的学术进步、技术升级，为国家的创新发展、科技兴国添砖加瓦。