獲得復旦“學術之星”特等獎 他的科研秘密是……
日前，復旦大學第十五屆“學術之星”特等獎揭曉。高分子科學系碩轉博研究生韓善濤憑借在全固態(tài)聚合物電解質領域的突破性研究，成為6名獲獎者之一。
“離子電導率低”是全固態(tài)聚合物電解質長期面臨的“卡脖子”難題，韓善濤代表性科研工作圍繞這一問題，以獨立第一作者身份，開發(fā)陰離子型含氟聚合物電解質，首次闡述高分子序列與離子傳導的構效關系，突破全固態(tài)聚合物電解質領域的電導率記錄，成果發(fā)表在全球材料類頂刊Nature Materials。
手機爆炸、新能源汽車自燃背后，電池“失控”往往是主要原因。全固態(tài)聚合物電解質有望解決這類安全問題。“全固態(tài)聚合物鋰電池”是全球范圍內電池領域的下一代目標。
用3年時間
攻堅全固態(tài)聚合物電解質難題
“做科研挺有意思。”2020年，入學高分子科學系2年后，韓善濤申請碩轉博，迎來在復旦的博士生生涯。期間，他舍棄研究生前兩年積累的大多數(shù)研究經驗，開啟新方向的科學研究——將含氟聚合物合成用于新能源領域研究，重點攻堅“全固態(tài)聚合物鋰電池”。
在眾多聚合物體系中，含氟聚合物有安全性好、穩(wěn)定性高的優(yōu)勢。然而，我國含氟聚合物市場低端產品過剩，高端依賴進口，亟需國產自研的功能性含氟聚合物材料。在這片新藍海中開展科學研究，韓善濤既興奮又膽怯。
彎道超車，韓善濤開始夜以繼日地閱讀文獻，進行實驗摸索，與導師陳茂教授敲定研究選題“離子型含氟聚合物”，隨后開始一步步“升級打怪”。沒有設備，他就調研、選購實驗所需儀器；不懂電化學知識，他就廣泛閱讀專業(yè)文獻和書籍；組內在電池方面背景薄弱，師兄師姐指不了路，他就重復開展各類實驗以探求細節(jié)；沒有計算模擬經驗，他就買教程看視頻自學相關原理……
“讀文獻，做實驗”是韓善濤的日常。早上9點到實驗室，看文獻、做實驗、寫文章、溝通課題，晚上11點回寢室，鍛煉半小時。碰到趕進度，他擠壓周末休息，早早來到實驗室。
在文獻涉獵過程中，他發(fā)現(xiàn)文獻經常提及離子的均勻分布有利離子傳導。什么程度的“均勻”更高效？他開始思考“微觀序列結構”與電導率之間的具體關聯(lián)。“這是一個獨特的想法，當時并無相關文獻能夠提供類似的表征借鑒。”合成、表征、測試，他研究高分子序列與離子傳導之間的微觀聯(lián)系，提出交替序列促進離子傳導的新機制，實現(xiàn)全固態(tài)聚合物電解質電導率的大幅提升。
2023年10月，他的研究論文“Sequencing Polymers to Enable Solid-State Lithium Batteries”（注：《聚合物序列研究以實現(xiàn)固態(tài)鋰電池》），發(fā)表在Nature Materials上。
“做科研如大海行舟”
2018年，韓善濤成為復旦大學高分子科學系一名碩士生。彼時，他的導師陳茂教授加入復旦大學僅兩年。七八個年輕人，在年輕的課題組里遨游科研世界。
▲韓善濤（右）與導師（左）合照
在導師的指引下，韓善濤對組內的空白方向“含氟聚合物自組裝”展開研究。在實驗初期，他就經歷了3個月的實驗瓶頸，嘗試文獻中的各種方法，得不到預期實驗結果。
一天，他照常來到實驗室，不巧用于聚合實驗的光源都在使用中。韓善濤隨手將光照聚合的反應瓶放置在窗臺邊，第二天意外發(fā)現(xiàn)反應溶液變得異常渾濁。這個反應現(xiàn)象讓他激動不已。隨后，他對溶液進行分析表征，發(fā)現(xiàn)是太陽光（弱光）促使形成全新形貌的樹莓狀含氟納米粒子。
通過研究形成機理，他產出學術生涯的第一篇科研成果，發(fā)表在英國皇家化學會旗艦期刊Chemical Science（注：《化學科學》）。“這段經歷讓我燃起科研興趣。我意識到科研注重細微之處。要善于發(fā)現(xiàn)。”
寫作《聚合物序列研究以實現(xiàn)固態(tài)鋰電池》論文，累計超過150次的文章修改編號，見證了團隊對實驗、文字、圖表的反復打磨。經歷上百次課題討論，成功投稿。
一個多月后，針對文中的模擬計算，審稿人提出大量理論計算問題。“這些問題超出我的知識范圍，我無法理解并回答這些專業(yè)問題。”導師陳茂為韓善濤提供專業(yè)資料和網課培訓。去年“五一”前后，韓善濤在江灣圖書館連續(xù)泡15天，惡補基礎模擬知識，尋找解決策略。
歷經3個月的推敲修改，韓善濤所在的課題組團隊提交1.5萬余字、50余頁的回復意見，得到審稿人的一致認可。在收到接收郵件時，韓善濤緊繃著的弦松弛下來。回首那段時光，他說，“那是一段挑戰(zhàn)自我的時光。我切身體驗到‘萬丈高樓平地起’的艱辛和‘梅花香自苦寒來’的成就感。”
除了開發(fā)結構創(chuàng)新的陰離子型含氟聚合物，韓善濤還開發(fā)了新型結構的陽離子型含氟聚合物電極涂層，實現(xiàn)10 C倍率下3900圈的鋰金屬電池充放電循環(huán)，單次充放電可在4-6分鐘內進行，助力電池實現(xiàn)更久的使用壽命。相關成果發(fā)表于國際著名期刊Angewandte Chemie International Edition，被雜志評為VIP論文。
▲韓善濤參加學術會議墻報展示
在復旦的6年間，韓善濤累計發(fā)表SCI論文11篇，其中獨立第一作者論文4篇，還以學生第一作者申請國家發(fā)明專利4項。走出實驗室，他在國內外學術會議報告7次，榮獲RSC Rising Star（注：英國皇家化學會化學新星）榮譽稱號。
在他看來，“做科研如大海行舟”。在前中期，利用知識儲備駐船，鞏固基礎；出行后，持續(xù)努力，為出行提供動力。“你可以永遠期待航行后的驚喜，收獲‘長風破浪會有時，直掛云帆濟滄海’的喜悅。”
在復旦
最熟悉的地方是導師辦公室
當被問及，“在復旦最熟悉的地方是哪里？”韓善濤的回答是：“導師辦公室”。
韓善濤和陳茂教授的日常交流非常頻繁，幾乎是平均每天一次。“導師經常跟我們說，做科研要安、專、迷——安得下心、專心致志、迷戀至深。”有時韓善濤對實驗小細節(jié)死摳不放，陷入鉆牛角尖時，導師總能為他指明大方向。
高分子合成偏“體力活”、產出慢，需要科研工作者甘坐冷板凳。韓善濤的研究方向難度大、工作強度大，長時間的研究和屢試屢敗的實驗打擊下，容易疲憊麻木。導師常常從情和理上督促。
科研路上會遇到許多艱難險阻，有時候會在航行中迷失方向。“陳茂老師總能作為經驗豐富的船長，及時引路，幫助實現(xiàn)有效航行。”
目前，韓善濤在推進離子型含氟聚合物的電解質研究的產品化和成果轉化工作。“一點點靠近目標，是我非常享受的科研狀態(tài)。”不久后，韓善濤將以博士后的身份，繼續(xù)從事高分子等方面的科學研究。
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