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黃富強研究員(圖源:中科院上海硅酸鹽研究所)
黃富強,中科院上海硅酸鹽研究所首席研究員、北京大學(xué)博雅特聘教授,擔任中國化學(xué)會能源化學(xué)專業(yè)委員會主任,中科院上海硅酸鹽研究所先進儲能創(chuàng)新中心主任。長期從事無機固體化學(xué)與新能源材料與器件研究,以通訊/第一作者在Science、Nat.Mater.、Nat.Energy、Nat.Phys.、Nat.Catal.、J.Am.Chem.Soc.、Angew.Chem.Int.Ed.、Adv.Mater.等發(fā)表SCI論文600余篇,H因子95,他引超35000次,入選全球高被引科學(xué)家榜單;獲授權(quán)發(fā)明專利120余項(國外15項)。主持科技委重點項目、國家重點研發(fā)計劃、科技部973和863項目、國家杰出青年科學(xué)基金、基金委重大研究計劃以及產(chǎn)業(yè)化等項目40余項。以第一完成人獲國家自然科學(xué)二等獎1項(2017年)、上海市自然科學(xué)一等獎2項目(2016、2019年)。
“陶都”宜興走出來的科學(xué)家
1968年,黃富強出生于江蘇省宜興市徐舍鎮(zhèn)。宜興市所產(chǎn)陶器馳名中外,尤以紫砂最為有名,享有“陶都”美譽。除了紫砂出名外,宜興出了很多科技名人,黃富強從小耳濡目染,知曉不少家鄉(xiāng)科技名人的事跡,這也深深影響到了黃富強。年少時的黃富強對科技充滿了好奇,他對化學(xué)尤其偏愛,在高考時他報考了南京理工大學(xué)化工學(xué)院,并用三年時間修滿了學(xué)分,提前一年本科畢業(yè)。之后,他考取了吉林大學(xué)研究生。進入吉林大學(xué)后,黃富強在理論化學(xué)領(lǐng)域繼續(xù)深造。
1993年,黃富強碩士研究生畢業(yè)。后來由一位科學(xué)院院士推薦,黃富強成為唐敖慶教授的科研助手。在唐敖慶教授的引領(lǐng)下,黃富強在量子化學(xué)相關(guān)理論研究方面有了斬獲。當時,唐敖慶教授是清華和北師大的兼職教授,為了更系統(tǒng)地學(xué)習量子化學(xué)理論,黃富強報考了北師大,成為唐敖慶教授的博士生。
1996年,黃富強博士畢業(yè),唐敖慶教授希望他到國外繼續(xù)深造。之后,黃富強去了美國密西根大學(xué)化學(xué)系,他的導(dǎo)師是史蒂芬·李教授,被諾貝爾化學(xué)獎獲得者霍夫曼教授譽為“美國理論化學(xué)界未來的領(lǐng)導(dǎo)者”。在導(dǎo)師的帶領(lǐng)下,黃富強對固體化學(xué)的研究特別是發(fā)現(xiàn)和合成無機新材料產(chǎn)生了濃厚興趣。
2000年,黃富強進入了美國西門子公司ISO研發(fā)部工作,主要從事電致發(fā)光材料的研制。選擇進入西門子公司,他一是希望了解和體驗這些國際知名大公司的科技研發(fā)模式,二是希望在實戰(zhàn)中增強自己研發(fā)無機新材料的實際應(yīng)用性。
2004年,黃富強回國,以海外引進人才加入中科院上海硅酸鹽所并任研究員,2010年加入北京大學(xué)化學(xué)學(xué)院并任教授。
加入中科院上海硅酸鹽研究所成為黃富強人生一個新的起點,他很快組建了光電轉(zhuǎn)換材料及器件課題組,隨后的幾年中,他們的團隊戰(zhàn)果豐碩,成為國內(nèi)這一領(lǐng)域的佼佼者。近幾年,黃富強帶領(lǐng)他的團隊圍繞薄膜太陽電池相關(guān)的材料設(shè)計、材料制備和器件集成,作出了系統(tǒng)性的創(chuàng)新工作。其中,“新型光電材料與薄膜太陽電池研究”項目獲得了國家杰出青年基金,“結(jié)構(gòu)功能區(qū)與新型光伏材料研究”項目獲得了國家自然科學(xué)基金重點基金扶持;“低成本非真空銅銦鎵硒太陽電池中試技術(shù)”成為科技部太陽電池重大863主題課題;“基于納米結(jié)構(gòu)和寬光譜高效太陽能電池關(guān)鍵科學(xué)問題研究——新型光電材料轉(zhuǎn)換材料的設(shè)計與制備”被列入科技部重大基礎(chǔ)研究計劃。
心向光明,逆向思考
黃富強長期從事無機固體化學(xué)與新能源材料、器件的科學(xué)研究與技術(shù)應(yīng)用,覆蓋先進電池、電催化、新化合物合成等多項創(chuàng)新領(lǐng)域。
在固體化學(xué)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域,黃富強基于多元化合物原子基團“相似相聚”規(guī)律,構(gòu)建提出了“雙結(jié)構(gòu)功能區(qū)”和“堆積致密因子(Packing Factor)”固體化學(xué)設(shè)計理論模型,指導(dǎo)合成了光催化(BiOCl)、光電(La5Cu6S7O4)、儲能(Li4Cu8Ge3S12)、超導(dǎo)(2M-WS2)等為代表的120余種新化合物體系和晶體結(jié)構(gòu),被同行稱為“Universal Model(普適模型)”“Extraordinary Discovery(杰出發(fā)現(xiàn))”,所發(fā)現(xiàn)的部分新化合物已成功開發(fā)成兼具高容量、高倍率特性的原創(chuàng)鋰/鈉離子電池先進電極材料。
在應(yīng)用基礎(chǔ)研究領(lǐng)域,黃富強帶領(lǐng)團隊創(chuàng)新性地研制出兼具高能量密度、高功率密度的“雙高”儲能電池和寬太陽光譜吸收的系列能量轉(zhuǎn)換新材料,現(xiàn)已陸續(xù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
其中,“雙高”少層碳電極材料被諾貝爾獎獲得者約翰·B·古迪納夫(John B.Goodenough)引用并稱為“開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)”“一個飛躍”及“超級材料”;寬光譜吸收的高效光催化黑色TiO2材料已用于滬、魯、皖、蘇等地污染水體凈化,示范面積超25平方公里;寬光譜三帶吸收的摻錫CuInGaSe2太陽電池轉(zhuǎn)換效率達20%,非真空法低成本制造技術(shù)業(yè)內(nèi)領(lǐng)先,現(xiàn)已在山東等地產(chǎn)業(yè)落地。
從教二十年,黃富強早已桃李滿天下。他的學(xué)生們有的在國內(nèi)外擔任教職,有的成為高科技企業(yè)創(chuàng)始人,還有的在產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)擔任首席科學(xué)家,他鼓勵學(xué)生們畢業(yè)后帶著學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的難題回來,共同討論科學(xué)問題和解決方案。
目前,該課題組成員達100余人,對于學(xué)生們的成長成才,他特別強調(diào)“心向光明”。“人一定要保持好的心態(tài),心情好了腦子才能轉(zhuǎn)得更快、思維也會更活躍,這樣才能拓展出更多創(chuàng)新思路。我享受與學(xué)生們激烈討論科學(xué)問題的過程,互相激發(fā)、碰撞靈感!彼f。
雖然每周黃富強都要奔波于北京、上海兩地,但他始終面帶笑容。他的一名學(xué)生這樣評價他:“黃老師永遠是課題組中精力最充沛的人,極富創(chuàng)造力又極其勤奮!”
其課題組中一名博士生舉例說道:“黃老師的創(chuàng)造力體現(xiàn)在‘不隨主流’的逆向思維中。硅基負極被認為是下一代電極材料中的‘黑科技’,業(yè)內(nèi)普遍認為硅氧比硅碳更有前景、更適合作為硅基負極的主流技術(shù)路線,但他一直強調(diào)要獨立思考、科學(xué)客觀,他分析采用特殊的材料結(jié)構(gòu)設(shè)計和包覆工藝,硅碳工藝中難以攻克的膨脹難題完全可以破解。”他的這一判斷也在學(xué)生們的產(chǎn)業(yè)實踐中得到證實。如今,由其北大學(xué)生團隊創(chuàng)立的行業(yè)“隱形冠軍”——上海鋰凰科技有限公司,成功解決了硅基負極材料的膨脹難題,系統(tǒng)提升了循環(huán)性能,鋰凰量產(chǎn)的“富硅”負極產(chǎn)品比容量已超2000mAh/g,穩(wěn)定循環(huán)壽命遠超1500次,綜合性能成功實現(xiàn)了國際領(lǐng)先。
心系家鄉(xiāng),為宜興發(fā)展獻智
2022年,在黃富強的牽線下,中科院上海硅酸鹽研究所與宜興市經(jīng)開區(qū)合作共建新型研發(fā)機構(gòu)——中科戰(zhàn)略新材研究院,聚焦先進電池、光儲一體化、功能陶瓷等戰(zhàn)略新興材料領(lǐng)域,開展面向“雙碳”目標的先進材料制備、器件組裝、系統(tǒng)集成和交叉應(yīng)用研究的科技研發(fā)與成果轉(zhuǎn)化。經(jīng)過一年建設(shè),研究院成立了由5位院士領(lǐng)銜的學(xué)術(shù)委員會,建立了由國家杰出青年領(lǐng)銜的50余人研發(fā)運營團隊,對接了數(shù)十項光伏、儲能等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化項目,形成了代表我國戰(zhàn)略新興材料領(lǐng)先水平的“宜興隊”。
黃富強還與中國科學(xué)院院士褚君浩、無錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院原院長邵漢強、江蘇省陶瓷研究所所長邱永斌等8位業(yè)內(nèi)知名專家學(xué)者聯(lián)合發(fā)起成立了宜興市無機非金屬材料學(xué)會。無機非金屬材料,是與有機高分子材料和金屬材料并列的三大材料之一,在宜興有良好產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。
“長期以來,宜興乃至江蘇省在無機非金屬材料領(lǐng)域缺乏針對性產(chǎn)業(yè)擴展大平臺!秉S富強說,通過成立學(xué)會,將有效匯集來自材料、化學(xué)等領(lǐng)域的頂尖科學(xué)家,以及人文、藝術(shù)、考古等領(lǐng)域知名文藝社科專家,聚焦陶瓷材料、環(huán)保材料、能源材料、智能材料以及高端裝備制造材料等重點方向,按照產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同促進方式,加快創(chuàng)新成果在宜轉(zhuǎn)化。
與此同時,看到宜興新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強勁勢頭,黃富強帶領(lǐng)中科戰(zhàn)略新材研究院,與高性能陶瓷和超微結(jié)構(gòu)國家重點實驗室、中國航天科技集團上?臻g電源研究所等發(fā)起成立宜興市先進電源工程技術(shù)研究中心。該中心將致力加速推進能源材料研究成果實現(xiàn)器件化應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)落地,形成一系列以先進電池、光伏電源為主的核心技術(shù),孵化引育專精特新硬科技企業(yè),為宜興奠定全產(chǎn)業(yè)鏈新能源技術(shù)和人才優(yōu)勢。
參考來源:
天南地北宜興人:心空境自高——記我國新能源材料領(lǐng)域領(lǐng)軍人物黃富強博士.宜興日報
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宜興籍科學(xué)家黃富強獻智家鄉(xiāng)發(fā)展.宜興日報
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正)
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