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一年2篇《自然》系列文章,他的研究和清潔能源相關

2019-12-02  360_ss_no...

pk10官网开奖结果查询 www.oivyya.tw 2018年9月,結束了在英國徹斯特大學歐盟瑪麗居里學者的研究工作之后,張生教授正式加盟天津大學。盟瑪麗·居里學者是以兩次諾貝爾獎得主居里夫人的名字命名,與英國牛頓學者、德國洪堡學者并列為歐洲三大杰出人才計劃。在英國期間,張生的導師是2010年諾貝爾物理獎得主、石墨烯之父安德烈·海姆(Andre·Geim)教授。

2019年9月2日與9月18日,張生教授分別以共同第一作者、共同通訊作者在 國際頂級《自然》系列期刊 Nature Nanotechnology、Nature Communications 發表兩篇研究論文報道了超薄二維質子傳導膜領域的最新基礎與應用研究進展,其合作者是安德烈·海姆教授等人。截止到目前,張老師已在 Nature Nano. (2)、Nature Comm. (2)、PNAS、JACS (3)、Angew. Chem. (2) 等著名學術期刊發表SCI論文40余篇,國內外相關學者在 Nature 、Science 雜志上總引用6,200余次,單篇最高引用800多次,其中8篇論文單篇引用超過300次,H因子為30,ESI高被引論文9篇,同時擁有國內外授權/申請專利共5項,曾獲得省部級科學技術一等獎、中國百篇最具國際影響學術論文等榮譽。

最新兩篇研究論文Perfect proton selectivity in ion transport through two-dimensional crystals(《二維材料的絕佳質子選擇性》)和Atomically thin micas as proton-conducting membranes(《云母薄片的高溫質子傳導性》)聚焦的都是質子傳導膜的研究。質子傳導膜是現代燃料電池、電解水、二氧化碳電化學轉化等清潔能源技術的核心部件之一,不僅要實現陰陽兩極反應物與產物隔離,同時還需構筑快速質子傳輸通道。

燃料電池是氫燃料電池新能源汽車的“心臟”,而膜材料的質子傳導性在很大程度上影響著電池的能量輸出效率。張生教授一直在尋找具有更好質子傳導性能的膜材料。研究中他首先想到的是或許可以通過降低膜的厚度提高質子傳導率,實驗中也確實發現石墨烯作為二維材料是可以用作質子傳導的,但并沒有大幅度提高傳導率。經過多種嘗試,張生教授所在研究團隊發現,云母具有更好的質子傳導性、熱穩定性,而且儲量也豐富。

二維云母的主體是由類似六邊形的硅鋁酸鹽單元組成的片層,但層間存在著大量的鉀離子。如果將云母二維結構中體積較大的鉀離子用極小的質子(十萬分之一)替代,那么就為燃料電池系統中關鍵的膜材料構筑了大的質子傳輸通道。按照這樣的研究思路,張生所在的研究團隊發現云母片在100°C到200°C之間云母薄膜質子傳導率提高了100倍,這也正是現在高溫質子膜燃料電池運行所需的溫度范圍,填補了這一溫度區間內高性能質子傳導膜材料的空白。

張生教授致力于能源電化學與化工領域的研究,涉及化工、材料、化學、物理等學科,除了質子傳導膜構建與潔凈能源器件的研究,研究方向還包括二氧化碳電化學轉化系統與過程強化和先進催化劑設計與可控合成。在天大工作的一年多,張生教授體會最深的是天津大學化工學院一流的科研氛圍,為他從事交叉研究提供了平臺和團隊的支持,在學校、學院和重點實驗室的幫助下,僅僅3個月時間就完成了實驗平臺的搭建,這也是“天大的速度”。
張生教授喜歡開拓一些創新性的研究,這與他多年的科研經歷分不開,他也愿意把這樣的思想教授給自己的學生。現在,在他的實驗室,從大一新生到博士研究生各個階段的學生都有。很多本科生都是主動找到他,他認為這也是學院良好科研氛圍的體現。
2019級化工學院領軍班優秀大一新生余姝璇,在了解過科研方向之后,就主動聯系張生教授,希望能夠進入實驗室。張生教授引導她首先了解科學研究的內涵,也讓她開始參與基礎的實驗,理論聯系實際,鼓勵她提出自己創新性的想法。
對于高年級本科生,張生教授鼓勵他們用自己學得的基礎知識,去嘗試解決一些特定的問題。有4名大三的本科生,在他的指導下開始研究電化學膜分離系統,這也是張生教授負責的一項天津市重大項目研發工作的一部分。

對于剛剛開始研究生階段學習的學生,張生教授會首先幫他們解決一些科研的實際困難,幫助他們共同完成初期實驗方案的設計和完善,這也是幫助學生適應新的角色、新的學習方式。對于高年級研究生,除承擔國家級科研項目的研發外,張生教授還鼓勵他們開拓自己的研究領域,并嘗試自己去解決問題。同時也十分支持學生出國提高國際視野,目前研究小組博士生夏榮正在國外進行聯合培養學術交流。

他希望通過這樣的引導,讓學生在全面了解某一個研究方向發展現狀的基礎上,跳出前人研究的思路,去做全新的研究。他相信,通過這樣的方式,也是提升底層創新能力的途徑之一。

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