《我國(guó)科學(xué)報(bào)》：如何評(píng)價(jià)我國(guó)學(xué)者近年來(lái)在“界面電化學(xué)”方面取得的進(jìn)展？

孫世剛：經(jīng)過(guò)自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目持續(xù)三期的支持，創(chuàng)新群體項(xiàng)目成員重要在高指數(shù)晶面納米催化劑、電化學(xué)原位高時(shí)空分辨拉曼光譜、電化學(xué)能源體系界面微觀結(jié)構(gòu)和分子水平研究等3個(gè)方向上取得了不俗成績(jī)，引領(lǐng)國(guó)際研究前沿。

這顯著提升了以廈門大學(xué)電化學(xué)團(tuán)隊(duì)為代表的我國(guó)學(xué)者在國(guó)際學(xué)術(shù)界的影響力，也讓我國(guó)成為國(guó)際上一個(gè)重要的界面電化學(xué)研究中心。

《我國(guó)科學(xué)報(bào)》：最近10年來(lái)，對(duì)界面電化學(xué)的研究從基礎(chǔ)研究走向了產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，重要聚焦在哪個(gè)領(lǐng)域？

孫世剛：重要聚焦在能源領(lǐng)域。電化學(xué)作為一個(gè)學(xué)科，化學(xué)能和電能之間的轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存過(guò)程是這個(gè)學(xué)科關(guān)注的一個(gè)重要問(wèn)題。最近幾年在自然科學(xué)基金的倡導(dǎo)下，我們基礎(chǔ)科學(xué)研究者立足學(xué)科、放眼國(guó)家重大需求，認(rèn)識(shí)到電化學(xué)在化石能源優(yōu)化清潔利用和新能源開(kāi)發(fā)中能夠發(fā)揮重要用途。比如，電化學(xué)可以直接把化石能源轉(zhuǎn)換成電能，是清潔的。同時(shí)，電化學(xué)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景也發(fā)展很快，包括燃料動(dòng)力電池、電動(dòng)汽車等。

所以，我們專門把燃料動(dòng)力電池電催化、高能二次電池、鈣鈦礦太陽(yáng)能電池等方向納入界面電化學(xué)的研究?jī)?nèi)容中。我們開(kāi)始從這些領(lǐng)域中的一些實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題出發(fā)，去逐步凝練出源頭科學(xué)問(wèn)題開(kāi)展研究。

《我國(guó)科學(xué)報(bào)》：目前這三類電池的電化學(xué)研究中，什么方向是重點(diǎn)？

孫世剛：燃料動(dòng)力電池商業(yè)化一直受阻于昂貴的鉑基催化劑。怎么樣把催化劑效率提上去，同時(shí)把成本降下來(lái)，仍是未來(lái)研究重點(diǎn)。在這方面，我們?cè)谠槐碚骱屠碚摶瘜W(xué)的研究?jī)?yōu)勢(shì)下，從納米催化劑構(gòu)筑到燃料動(dòng)力電池集成，實(shí)現(xiàn)納米—介觀—宏觀跨尺度的電催化表界面過(guò)程監(jiān)測(cè)和調(diào)控，力爭(zhēng)在超低鉑/非鉑燃料動(dòng)力電池方面取得突破。

高能二次電池的研究重點(diǎn)應(yīng)放在研發(fā)新型高性能電極/電解質(zhì)材料、新型原位/工況表征分析技術(shù)，探索新型電化學(xué)反應(yīng)機(jī)制和開(kāi)發(fā)新體系等方面。目前，我們已經(jīng)在鋰離子電池高安全性隔膜方面進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化工作。

關(guān)于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，這些年發(fā)展很快，特別是在材料設(shè)計(jì)方面。但仍然面對(duì)4個(gè)重要問(wèn)題，包括提高效率、提高穩(wěn)定性、解決鉛毒性、解決光激活效應(yīng)及滯后效應(yīng)等。其中很多問(wèn)題的本質(zhì)實(shí)際上涉及到鈣鈦礦電池界面的優(yōu)化，因此如何表征、優(yōu)化和調(diào)控鈣鈦礦太陽(yáng)能電池界面是關(guān)鍵，這正是界面電化學(xué)的優(yōu)勢(shì)。

《我國(guó)科學(xué)報(bào)》：面向未來(lái)，除了能源領(lǐng)域的應(yīng)用外，界面電化學(xué)作為一個(gè)學(xué)科，還有可能在什么方向上取得突破？

孫世剛：界面電化學(xué)是電化學(xué)的核心科學(xué)問(wèn)題。按照現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)，未來(lái)有可能在基礎(chǔ)理論、基于非貴金屬催化劑的燃料動(dòng)力電池、超高比能量密度和比功率密度儲(chǔ)能體系以及解決一些國(guó)家重大需求方面取得重要突破。

比如，基礎(chǔ)理論上通過(guò)超高時(shí)/空分辨實(shí)驗(yàn)研究結(jié)合理論計(jì)算和模型模擬，進(jìn)一步理解界面結(jié)構(gòu)以及溶液、離子和電極表面的用途。燃料動(dòng)力電池的非貴金屬催化劑則可以通過(guò)多功能的表界面構(gòu)筑提升性能。而在新儲(chǔ)能體系方面，超越傳統(tǒng)“離子—電子”的離域共軛儲(chǔ)能新機(jī)制則應(yīng)當(dāng)?shù)玫街匾暋?/p>

除了能源領(lǐng)域，相關(guān)研究還有望基于對(duì)鋼筋、混凝土界面復(fù)雜過(guò)程的研究實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)鋼筋腐蝕和安全性，以及開(kāi)發(fā)不銹鋼表界面構(gòu)筑和超高耐腐蝕防護(hù)新技術(shù)。這些新技術(shù)已經(jīng)并將進(jìn)一步在國(guó)家重大工程上應(yīng)用。

此外，面向國(guó)家微納制造產(chǎn)業(yè)的重大需求，金屬電沉積、電聚合、腐蝕和刻蝕等界面電化學(xué)過(guò)程，將在微納機(jī)電系統(tǒng)、微納結(jié)構(gòu)功能器件、半導(dǎo)體晶圓拋光、高端電子制造（芯片大馬士革銅互連、超大規(guī)模集成電路封裝和集成中的電子電鍍）等產(chǎn)業(yè)發(fā)揮重要用途。

界面電化學(xué)：聚焦能源前景可期