中国梦之科研梦 ——记上海交通大学化学化工

近年来，世界材料产业的产值以每年约30%的速度增长。当前，微电子、光电子、新能源、化工新材料等已成为最活跃、发展最快、应用前景最被投资者所看好的新材料领域。材料是人类生产生活的物质基础，是推动人类文明进步的重要动力之一。新材料的出现不仅推动了人类历史的进步，也促进了技术的发展和产业的升级。上海交通大学的庄小东教授致力于化学及材料方面的研究，旨在通过自身的努力促进新材料的发展，始终如一潜心科研，十年如一日砥砺前行。

勇攀高峰助科研

2002年，19岁的庄小东以优异的成绩考入华东理工大学。庄小东深知科研事业需要的是知识的高度和见识的广度，他先后在新加坡国立大学、上海交通大学、德国马普高分子研究所和德累斯顿工业大学从事科研工作，主要从事高分子材料和二维软物质材料制备及其在能源存储与转化领域的应用研究。

氮掺杂多孔碳包覆的碳化钼用于碱性条件下的电解水研究在析氢反应中表现出优异的性能，科研工作者们一直致力于此领域的研究，旨在能够在反应中加强催化剂的性能，提升其稳定性。专注于材料及化学研究的庄小东不断尝试与探索，希望通过自己的努力，在这一难题的上有所建树。庄小东运用自己所学，与合作者一起潜心研究。在研究过程中，庄小东通过简单的界面策略制备了二维的碳化钼/氮掺杂多孔碳电催化剂。通过不断的实验论证，庄小东发现该催化剂在析氢反应中表现出优异的性能，其起始电位约为0mV，电流密度10mA·cm-2下的过电势约为45mV，这些参数都要远远低于同类型的催化剂，甚至能够媲美Pt催化剂。该成果发表于国际著名期刊ACS Nano上，得到业内专业人士的一致认可与好评。

初战告捷，庄小东再接再厉，与合作者一起进行更深一步的探索——开发了氧气还原反应电催化剂。他利用四聚反应制备了基于Fe、Co双金属酞菁的多孔有机框架，然后通过碳化反应得到FeCo合金与Co4N杂化的电催化剂。通过反复实验验证，庄小东证明了该催化剂具有优异的催化氧气还原反应性能，在10mA·cm-2下的过电势约为280mV，并且在碱性溶液中具有很高的稳定性。该工作发表于国际著名期刊Advanced Materials上，这也让庄小东在其科研事业上信心百倍。凭借着这种不畏困难，坚持科研的精神，庄小东在材料及催化领域一路高歌猛进。

再接再厉创佳绩

除了化学材料领域之外，庄小东在能源存储（电池、超级电容器）方面也进行了探索，并获得显著的成果。电化学储能器件是化学领域又一新兴研究，随着风电、光伏等新能源在能源结构中占比不断提升，以及动力锂电池成本的快速下降，电化学储能在动力载具、新能源并网以及电力系统辅助服务等领域的应用场景正不断被开发并推广。紧跟国家发展的脚步，响应加大力度发展新兴科研产业的号召，庄小东与团队一起进行电化学储能器件的研究。庄小东团队与其合作者共同开发了双刺激响应的钠溴电池，此款电池具有超高能量密度、电致变色效应以及快速的热响应。庄小东所开发的钠溴电池电压为3.3 V，能量密度为760Wh·kg-1，通过数据分析，该电池超过了已报道的最好的刺激响应电化学储能器件。该成果发表于国际著名期刊Advanced Materials上。除此之外，庄小东将一维的V2O5和二维的剥离石墨烯杂化并制备成微型超级电容器电极，该器件在10mV·s-1下的体积容量达130.7F·cm-3。这一成果的创造标志着第一个具有可逆电致变色窗口的刺激响应的微型超级电容器的诞生。该成果同样发表于国际著名期刊Advanced Materials上。

在庄小东看来，科研人员不仅仅要有自主创新的能力，还要有总结升华的能力。庄小东总结了其课题组在二维多孔聚合物方面的研究，该课题组于2013年开发了以石墨烯为模板制备“三明治”型二维多孔聚合物的方法，并在此基础上，制备了一系列的多功能的二维多孔聚合物。同时，庄小东还开发了无模板制备二维多孔聚合物的方法，庄小东曾和课题组团队成员一起通过Knoevenagel反应制备了第一个基于碳碳双键的共轭二维共价有机框架材料，多次被Nature和Science引用。他还在Chemical Society Review上综述了基于电化学活性2D材料的微电池和微超级电容器的最新进展。新兴的微细加工策略能够精确控制小型化器件的厚度、均匀性、结构和尺寸，这为实现高能量和功率密度提供了巨大的机会。此外，随着智能和交互模式的出现，庄小东还对智能功能和集成系统进行了详细讨论，提供了与2D材料、器件制造、智能响应设计和微器件集成相关的未来发展、机遇和紧迫挑战。庄小东用自己的坚持和努力在科研上更进一步。

文章来源：《上海交通大学学报》 网址: http://www.shjtdxxb.cn/qikandaodu/2021/0104/505.html