中國(guó)工程院院士付賢智
團(tuán)隊(duì)成員正在做實(shí)驗(yàn)。資料圖片
坐在福州大學(xué)光催化研究所的辦公室里，中國(guó)工程院院士付賢智望向窗外，回憶起1997年初的一個(gè)夜晚。那時(shí)，外面飄著大雪，他在美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的實(shí)驗(yàn)室里，放下了一封讀過(guò)很多遍的信后，毅然下定決心，放棄美國(guó)學(xué)?！敖艹隹茖W(xué)家”的優(yōu)厚待遇，回到家鄉(xiāng)福建。
“光催化對(duì)凈化環(huán)境、轉(zhuǎn)化能源有重要作用。而當(dāng)時(shí)，國(guó)內(nèi)光催化學(xué)科領(lǐng)域剛剛起步，我決心在這片新領(lǐng)域開疆拓土。”付賢智說(shuō)。
近30載光陰流轉(zhuǎn)，付賢智帶領(lǐng)福州大學(xué)光催化研究所團(tuán)隊(duì)攻堅(jiān)克難，研究光催化技術(shù)，開發(fā)多項(xiàng)光催化產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，并帶動(dòng)110多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的6000多個(gè)科研單位開展氮化碳光催化研究。團(tuán)隊(duì)成員中，既有海外歸來(lái)的赤子，也有初出茅廬的博士，他們懷揣著同樣的科學(xué)夢(mèng)想，在追“光”的道路上接力奔跑。
全神貫注的身影，是他們攻堅(jiān)克難的寫照
在新領(lǐng)域開疆拓土，意味著沒(méi)有現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)可供團(tuán)隊(duì)參考，只能慢慢探索，何時(shí)出成果更是無(wú)法預(yù)測(cè)。
光催化，這項(xiàng)利用陽(yáng)光分解污染物、殺滅病毒的技術(shù)，不僅能有效治理環(huán)境污染、保障公共健康安全，更能利用取之不盡的太陽(yáng)能，為國(guó)家的清潔能源戰(zhàn)略和“雙碳”目標(biāo)提供關(guān)鍵科技支撐。
然而，制約其大規(guī)模應(yīng)用的核心瓶頸之一，便是如何高效實(shí)現(xiàn)“光生電荷分離”這一行為。團(tuán)隊(duì)嘗試了無(wú)數(shù)方案，性能提升卻始終如蝸牛爬行。
“我常給他們打氣，科學(xué)研究是在未知的領(lǐng)域探索新的道路，需要勇氣、智慧和長(zhǎng)期的堅(jiān)持?！备顿t智說(shuō)。
一個(gè)看似平常的午后，福州大學(xué)能源與環(huán)境光催化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任王心晨眉頭緊鎖地盯著高倍透射電鏡屏幕，屏幕上一種新型的氮化碳聚合物材料呈現(xiàn)出奇特的蜂巢狀結(jié)構(gòu)。他腦海中靈光一閃：“如果載流子能在這種有序網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)建電場(chǎng)中定向移動(dòng)的話，電荷的分離與遷移效率豈不是能成倍提升？”他立刻召集團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
那時(shí)還是博士生的張金水小心翼翼地將氮化碳粉末樣品裝入特制的石英比色皿，指尖甚至微微發(fā)顫。王心晨親自調(diào)試著飛秒激光器，一束束超短脈沖激光精準(zhǔn)地打在樣品上。
時(shí)間仿佛凝固。屏幕上，代表載流子壽命的數(shù)據(jù)曲線以一種前所未有的形態(tài)延伸開來(lái)。“快看！電荷存活時(shí)間延長(zhǎng)了三個(gè)數(shù)量級(jí)！”當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析的博士生歐鴻輝激動(dòng)地說(shuō)。原本轉(zhuǎn)瞬即逝、難以捕捉的微弱信號(hào)，此刻卻留下了電荷從被光激發(fā)產(chǎn)生到穩(wěn)定遷移，最終存活至納秒級(jí)別的完整“生命軌跡”。
“就是這個(gè)！”王心晨一拳輕砸在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，“我們發(fā)現(xiàn)了二維聚合物，在溫柔的可見(jiàn)光撫觸下，它竟能從容催化水的分解，讓氫氣這種未來(lái)能源的載體汩汩而出。”這一刻瞬間打破了國(guó)際學(xué)界“有機(jī)半導(dǎo)體不宜作光催化劑”的偏見(jiàn)。
這些新型光催化研制的重大突破，助力團(tuán)隊(duì)先后斬獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)和國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)等重量級(jí)榮譽(yù)。2021年5月，團(tuán)隊(duì)將光催化技術(shù)應(yīng)用在了位于上海的中共一大紀(jì)念館外墻的修繕之中，使紀(jì)念館外墻具有抗污、自潔、防老化的功能。團(tuán)隊(duì)成功研制國(guó)內(nèi)首臺(tái)（套）冷鏈產(chǎn)品外包裝表面病毒的原位在線光催化/紫外消殺系統(tǒng)與裝備，該項(xiàng)目成果通過(guò)國(guó)家級(jí)專家驗(yàn)收，已在福建多地監(jiān)管倉(cāng)中推廣使用。
如今，團(tuán)隊(duì)成員工作的實(shí)驗(yàn)室里，有一張老照片靜靜懸掛在墻上。那是付賢智早年調(diào)試第一臺(tái)空氣凈化器原型機(jī)時(shí)留下的影像。他微微弓著腰，全神貫注調(diào)試設(shè)備的身影，定格在實(shí)驗(yàn)室泛黃的燈光下。
“付老師的專注，督促我們攻堅(jiān)克難、探求本源，”王心晨感慨道，“這是汗水中浸透的執(zhí)著精神，是燈光下磨礪出的攻堅(jiān)意志。付老師用行動(dòng)鑄就的這把‘鑰匙’，如今正由我們握著，去打開更多微觀世界奧秘的‘鎖’。在科研這條路上，我們將繼續(xù)執(zhí)著地跋涉和探索?！?span style="display:none">Q4A即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
不斷向前的腳步，拓寬著成果轉(zhuǎn)化的道路
唯有加速科研成果的產(chǎn)業(yè)化，才能加快國(guó)家自主創(chuàng)新的步伐。這些年，團(tuán)隊(duì)不僅抓基礎(chǔ)科研，更是把目光移到了新產(chǎn)品和新技術(shù)的開發(fā)市場(chǎng)上。但每一位團(tuán)隊(duì)成員都深知，從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)的道路并不平坦。
2023年10月4日，《自然·通訊》的刊發(fā)通知，出現(xiàn)在了福州大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授張子重的電腦屏幕，這標(biāo)志著團(tuán)隊(duì)5年多的研究終于開花結(jié)果。他們揭示了CO2（二氧化碳）在金屬硫化物上不同吸附構(gòu)型導(dǎo)致不同光還原產(chǎn)物的機(jī)制，旨在解決傳統(tǒng)催化劑效率低下的問(wèn)題。
福州大學(xué)化學(xué)學(xué)院副研究員汪穎回憶，早在2016年時(shí)，團(tuán)隊(duì)將二硫化鉬平鋪在碳化硅上，效果如同“蓋了一層密不透風(fēng)的毯子”，甲烷產(chǎn)量極低，且兩種材料反應(yīng)“節(jié)奏”失衡，能量利用效率低下。
面對(duì)困境，張子重轉(zhuǎn)變思路：“這兩種材料的結(jié)構(gòu)‘性格’不合，簡(jiǎn)單組合行不通?！眻F(tuán)隊(duì)將突破口鎖定在靜電作用的精確調(diào)控上——讓帶正電的碳化硅納米粒與負(fù)電二硫化鉬納米片在溶液中如磁極般相吸，使二硫化鉬納米片站立在碳化硅納米粒子表面，這種結(jié)構(gòu)顯著改善了界面電荷轉(zhuǎn)移效率。
得到張子重的鼓勵(lì)后，在可見(jiàn)光下，汪穎向體系引入帶正電的金離子和帶負(fù)電的錳離子，有效解決了甲烷產(chǎn)量飆升時(shí)氧氣停滯的問(wèn)題。最終，在普通可見(jiàn)光與常壓下，實(shí)現(xiàn)了甲烷與氧氣產(chǎn)量近乎完美的2∶1理論比例，反應(yīng)高效無(wú)浪費(fèi)。
“更喜人的是能量利用效率高達(dá)1.75%，將前人紀(jì)錄提升了近十倍！”張子重表示，這項(xiàng)成果給設(shè)計(jì)一種將CO2高效轉(zhuǎn)化為高價(jià)值碳?xì)淙剂系墓獯呋瘎┨峁┝诵滤悸?，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)踏上追求更高效率的征途。
這份將光之“魔力”轉(zhuǎn)化為實(shí)際效用的探索精神，一直激勵(lì)著一代代團(tuán)隊(duì)成員不斷向前。
在杭州亞運(yùn)會(huì)體育館充滿動(dòng)感的現(xiàn)代建筑群上，一層“陽(yáng)光鎧甲”熠熠生輝。工人們驚喜地發(fā)現(xiàn)，涂刷了一款新涂料的建筑，不僅“容顏”保持得更亮麗、更持久了，而且維護(hù)成本也大大降低了。
這款神奇涂料——光催化自潔外墻罩面涂料的誕生，源于基礎(chǔ)研究的突破與產(chǎn)業(yè)需求的精準(zhǔn)對(duì)接。團(tuán)隊(duì)將高效納米光催化劑，獨(dú)創(chuàng)性地融入涂料配方。當(dāng)陽(yáng)光灑落，涂料中的“光之精靈”便被喚醒，它們不僅能分解附著在建筑表面的油污、灰塵等有機(jī)污染物，還能形成超親水層，讓雨水輕易帶走污漬，實(shí)現(xiàn)建筑外墻的“自清潔”與“抗老化”。
創(chuàng)新的精神也在團(tuán)隊(duì)多元化的探索中不斷延展。深耕光催化CO2還原領(lǐng)域的福州大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授汪思波，正帶隊(duì)致力于氮化碳基復(fù)合半導(dǎo)體的表界面調(diào)控及對(duì)CO2還原制乙烯的光催化作用機(jī)制的研究，力求在光催化能源轉(zhuǎn)化領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新的突破。他說(shuō)：“我希望盡我所能，幫助年輕人更好開拓進(jìn)取?！?span style="display:none">Q4A即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
“在這種‘傳幫帶’精神的支持下，一大批年輕的科研工作者，正在團(tuán)隊(duì)中嶄露頭角。他們用技術(shù)造福人類、改變世界的夢(mèng)想，正在一點(diǎn)一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)?！备顿t智說(shuō)。
“從0到1”的磨礪，助力他們加速成長(zhǎng)
“讓中國(guó)光催化技術(shù)照亮更多應(yīng)用場(chǎng)景，是我們的使命。”付賢智告訴記者，“技術(shù)的突破與應(yīng)用的拓展，核心在人才。我們構(gòu)建了一套‘實(shí)戰(zhàn)育人、交叉融通、敢壓重?fù)?dān)’的人才培養(yǎng)模式，讓青年才俊加速成長(zhǎng)?！?span style="display:none">Q4A即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
福州大學(xué)化學(xué)學(xué)院研究員戴文新對(duì)此深有體會(huì)。2022年北京冬奧會(huì)“冰立方”場(chǎng)館的大型表面消殺設(shè)備，正是檢驗(yàn)團(tuán)隊(duì)“實(shí)戰(zhàn)育人”理念的考場(chǎng)。他和年輕人一起日夜奮戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有指標(biāo)菌在零下18攝氏度的去除率可在5秒內(nèi)達(dá)99.99%以上時(shí)，那一刻，成就感與責(zé)任感交織在一起。
戴文新感慨：“團(tuán)隊(duì)有個(gè)鮮明的傳統(tǒng)——敢于在重大任務(wù)中給年輕人‘壓擔(dān)子’，讓他們?cè)趯?shí)踐中淬煉、在挑戰(zhàn)中成長(zhǎng)為能‘挑大梁’的科研中堅(jiān)?！?span style="display:none">Q4A即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
現(xiàn)在，張金水已成為福州大學(xué)化學(xué)學(xué)院副院長(zhǎng)，歐鴻輝已成長(zhǎng)為西安交通大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院特聘研究員。
在光催化研究所實(shí)驗(yàn)室里，一群年輕人正經(jīng)歷著“從0到1”的磨礪。針對(duì)高端醫(yī)療器械對(duì)安全、長(zhǎng)效殺菌涂料的迫切需求，碩士生汪昭亮主動(dòng)請(qǐng)纓，挑戰(zhàn)開發(fā)能在極端紫外消殺后保持活性的新型光催化涂層。初期，模擬手術(shù)室高強(qiáng)度紫外消殺后，涂層活性波動(dòng)劇烈，性能衰減超過(guò)50%。歷經(jīng)30多次配方調(diào)整，性能曲線依然起伏不定。團(tuán)隊(duì)沒(méi)有指責(zé)，反而提供了專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)，支持他大膽試錯(cuò)。
“團(tuán)隊(duì)的氛圍就是鼓勵(lì)創(chuàng)新、寬容失敗，”汪昭亮說(shuō)，“每次碰壁，導(dǎo)師和團(tuán)隊(duì)都會(huì)一起分析數(shù)據(jù)，幫我梳理思路?！弊罱K，通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控?zé)o機(jī)—有機(jī)界面相互作用，超穩(wěn)定復(fù)合催化劑終于誕生。
不光如此，團(tuán)隊(duì)還將科學(xué)前沿知識(shí)融入本科生的教學(xué)中，為本科生開設(shè)了“化學(xué)與生活”“能源與環(huán)境光催化材料——研究前沿及工程應(yīng)用”等專業(yè)課程，開闊學(xué)生的視野。此外，為了加強(qiáng)國(guó)際化交流，團(tuán)隊(duì)還聘請(qǐng)歐洲科學(xué)院院士安保正一等10余人為海外學(xué)術(shù)大師，為科研工作走向國(guó)際提供了有力支持。如今，團(tuán)隊(duì)為光催化專業(yè)領(lǐng)域培養(yǎng)了一大批能獨(dú)立從事科學(xué)研究工作、具有創(chuàng)新性的專業(yè)人才。
站在室外，回望研究所，付賢智目光深邃：“最耀眼的光，是人才眼中創(chuàng)新的光芒。我們將堅(jiān)持‘以才促產(chǎn)、以產(chǎn)育才’，讓更多青年科技工作者在這里找到方向、實(shí)現(xiàn)價(jià)值，為美麗中國(guó)、科技強(qiáng)國(guó)貢獻(xiàn)生生不息的‘福大力量’。”
（原標(biāo)題：福州大學(xué)光催化研究所團(tuán)隊(duì)：追光逐夢(mèng)，步履不停）
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