Chemical Synthesis 期刊人物专访|对话上海理工大学窦世学院士

在我所生活的时代与环境中，我的职业生涯虽充满挑战，但这些磨砺反而成为了我不断前行的动力。生于黑龙江一隅的贫困偏远村庄，艰苦的环境锻炼了我坚韧不拔的意志。正是这些困境，激发了我变革的决心，它们可以说是许多成功人士共同的经历的特点。我希望当代的年轻人能够理解，虽然为孩子们营造一个安逸舒适的生活环境是做为父母的责任和期望，但培养应对挑战能力更能促使他们成长为真正的强者。

在求学道路上，我深受尼古拉斯·奥斯特洛夫斯基的名著《钢铁是怎样炼成的》的启迪，尤其是其中一句让我铭记至今：“人生最宝贵的生命，生命属于我们只有一次而已，人的一生应当这样度过：当回首往事时，不因虚度年华而悔恨，也不因碌碌无为而羞愧。”这句话指引我在人生的奋斗旅程中始终保持自律与坚定。即便在职业生涯中遭遇重重难关，我也勇于挑战传统，坚持探索新的科研方向。攻读博士学位时，尽管我的导师是一位杰出的冶金学家，我却选择了固态快速离子导电领域作为研究方向，因为我坚信这些领域拥有更加广阔的未来。面对种种困难与质疑，我坚守自己的选择，并成功开拓了新的研究路径。

1978年，当国家选派大批教师到海外做访问学者时，我毅然决然地选择了攻读博士学位。即便大使馆对此并不支持，我仍视为这是展示中国教育实力的良机。我认为，正是这种特立独行的选择铸就了我的职业生涯。在导师和学院的鼎力支持下，我在博士期间开展了一系列独立研究，并取得了关键性的突破。后来，我将这种尊重学生独立性、鼓励创新探索的理念融入了我的研究生指导与科研工作整个生涯之中。我始终鼓励学生们尊重自己的思考和追求，认为尊重他们的独立性和主动性至关重要。在这种学术自由探索的氛围中，我们的许多博士研究生已经成长为卓越的科研工作者，他们的成就让我倍感自豪。从我的个人经历来看，许多杰出的科研人员都曾经历过严峻的挑战。我相信，正是这些经历铸就了他们在科学领域的辉煌成就。因此，我建议年轻的朋友们要勇敢地面对挑战，持之以恒地追寻自己的目标。

去年，依托于过去在国外三十年的深厚积累我们，在上海理工成立了能源材料科学研究院。自1987年起，我们便投身于超导技术的研究，到了1994年，我们开始探索氢能源的应用，涵盖了氢的储存和氢化物电池的储能技术，同时，我们也对锂离子电池的初步研究给予了关注。在过去的三十年间，这三个领域的积累和沉淀加入上海理工大学后，我们提出由超导风电，先进储能和氢能三为一体的可持续能源体系。在应用技术研究方面我们将以二硼化镁超导发电机为核心的风力发电，新一代无负极钠硫固态电池储能以及电解海水制氢三个相互协同的关键领域建立可持续的能源体系。当前，中国在风能发电技术上已取得领先地位，欧洲曾一度占据主导，但自2017年起，中国已占据全球市场50%以上份额。最大的风电场容量高达26兆瓦，10兆瓦以上的永磁发电量机的重量超400吨。在远海地区的安装运输面临巨大挑战。采用超导技术，可以显著降低体积和重量，提升效率至99%，虽然理想，但挑战重重。

我们在伍伦贡大学的团队在二硼化镁超导应用研究开发、钠硫电池、钠离子电池及电解水制氢催化剂基础研究领域处于世界领先地位。我们团队成功将纳米碳化硅掺杂到二硼化镁超导体实现了高临界场和磁场下的高临界电流密度。这一成果获得了美国专利，为其实现商业化垫定基础。为此国际低温材料学会2021年授予本人终身成就奖。超导材料用于风力发电机，可使发电机的重量和体积减小到常规发电机的1/2左右，效率超过99%。我们的长期工业合作伙伴，超导磁体公司宁波建信及二硼化镁超导线材公司Hyper Tech 在过去一年已开展可行性技术论证, 合作研发超导风电体系。

风电一方面可用于电解海水制氢，另一方面可用于钠基电池储能。氢能板块涵盖电解水制氢、合成燃料储氢、燃料电池、生物质加氢转化、碳铺集等。这一方向的挑战与创新是通过开发新型高效廉价催化剂，规模化新一代质子膜和阴离子膜生产工艺，实现绿氢产业升级。以氢能为核心带动生物质能，氢载体氨及碳捕集的集成整合升级。目前世界绿氢产量不到氢总产量的1%，距实现碳中和要求面临具大挑战。我院已经与上海赛蓝德及苏州小蓝氢能源科技公司建立合作协议并赢得上海领军人才及太仓科技领军专项，集中攻关产氢核心技术难题大力提升氢能产业化规模与进程，期望我们在氢能关键技术研发的突破对补齐国家氢能短板做出重要贡献。储能板块的功能包括风电储存、动力电源、电网和电解水制氢的持续供电。其重要创新在于突破钠基电池卡脖子关键技术以及实现量产规模。钠硫因为资源丰富、成本低及安全性高是大规模储能的最佳选择。钠硫电池尚未进入中试接段。我院已与宝武碳业科技股份有限公司开展合作设立院士工作站，聚焦碳硅电极材料及第三代无阳极固态钠离子和硫电池宽温域等关键技术，这方面发展潜力十分巨大，我们团队世界领先实力雄厚，已提出具体的实施计划和方案与其它团队和工业伙伴合作定能做出突破性重要贡献。实现钠硫电池商业化将改变目前化学储能单纯依赖锂电池的格局，对国家能源安全及实现双碳目标具有深远意义。

这一由三项关键创新核心技术协同的可持续能源体系不依赖任何化石原料及稀土资源，填补国家氢能严重短板，突破廉价高效钠硫储能关键技术，超导风电是颠覆性的创新技术，实现商业化将是风电发展史的重要里程碑。该可持续能源体系是实现碳中和的一项最佳战略组合。我们深信这个可持续能源体系的实现将对国家的双碳目标产生广泛和深远的影响，也是我们团队可为实现双碳目标做出的重要贡献。

中国在科学技术领域已走在世界前列，世界个国领导者必须摒弃政治制度、文化差异共同合作应对气候变化挑战，实现碳中和这一关乎人类命运与前途的目标。

在广阔的研究天地中，生命科学无疑成为了焦点，人工智能亦在其中扮演了举足轻重的角色。然而，放眼未来世纪，能源问题将上升为人们最为关注的议题。气候变化作为人类面临的严峻挑战之一，尽管生命科学备受瞩目，但气候变化和能源问题的重要性不容忽视。无论生活品质如何提升，如果不能妥善解决这些问题，人类的持续发展都将面临困境。因此，我们有必要在生命科学、能源和气候变化这些重大领域之间寻求平衡——生命科学固然至关重要，但能源和气候变化的问题同样紧迫。

当前，众多研究者正投身于能源领域的深入研究，特别是可再生能源、能源储存和能源应用等方面。我国在这一领域已经取得了显著的领先地位，并攻克了许多难题。我们所提的可持续能源体系充满挑战，但具有巨大的发展空间和前景。首先超导是前沿技术，它在风力发电机的方面具有很好的可行性和发展潜力和具有重大的技术优势。另外，可控核聚变的关键元素是超导磁体，可控核聚变实现规模化工业化将是人类所需能源的最佳极终选择。超导是诸多储能项目当中唯一能够储存电流的模式，所以在最紧急断电的情况下，超导可以在秒级水平提供电流，希望国家继续加强超导研发投入。储能力的领域有很多的选项，包阔储电，储氢和储热。电化学储能是储电中最理想的效率高的模式，目前我们选择的钠电和锌电池尽管发展水平和规模还有待提高，作为大规模电网储能钠电和锌电池将是比较理想的选择，低温导致的容量损失仍是一个亟待解决的关键问题——容量损失达到30-40%，同时循环寿命和倍率性能也面临挑战。所以开发无阳机宽温域固态电池是长远的发展目标，对电网储能具有关键的作用。在实现双碳目标过程中生物质能源将取代石化材料，而将生物质转化清洁能源材料氢是核心元素，通过加氢实现最好的储氢模式-甲醇和氨甲烷，所以发展沥海水风电电解水制氢，是将来还有巨大的发展潜力，那么开发廉价的催化剂和新型离子膜是目前氢规模化的重要保障。 

化学合成在当今时代正引领着重要的科学突破。尽管目前有许多新兴期刊在精确计算领域取得了显著成就，但化学合成对于众多学科领域都具有深远的影响。我们不难发现，众多诺贝尔奖得主的成就跨越了化学乃至物理学的界限。以我们的老朋友薛其坤教授为例，他虽为物理学家，但其研究的起点却是材料合成。他在拓扑绝缘体材料的合成领域取得了革命性的进展，并在高质量、可控的二维材料研究上做出了卓越突破性贡献，这些材料展现出了非凡的性能。

在我看来，许多与化学和物理学相关的诺贝尔奖成就，与材料加工及材料科学密不可分。因此，这一关键领域不仅将为贵刊带来积极的影响，也将在未来产生持久而深远的作用。

我们面临的一个挑战是，作为一个独立研究机构，我们在众多资助申请中往往不具备申请资格，因此不得不主要依靠自力更生。虽然我们曾荣幸地获得国家自然科学基金的专家团队资助，但这仅是我们为数不多的支持之一。我们一直在思考除学校和国家的支持外，如何能为国家尽自己的绵薄贡献。我们分别在十二三岁就离家在外读中学、大学、研究生、工作及出国，我们是在各自姊妹兄弟中得天独厚的，父母给我们关爱最多，但在父母最需要帮助的时候我们却不在身边。父母的关爱已无法报答，我们把他们对我们的关爱转给一代又一代的学生以告慰父母的在天之灵。我们能有今天的成就最应该感谢的是国家分别为我们提供的17年和20年高质量免费教育以及澳洲为我们提供的高水平科研平台及环境。中国多年的教育不只是为我们奠定了坚实的科学知识和技能，更重要的是铸就了我们的人生观，艰苦奋斗的拼搏精神、高度的集体主义精神及团结友爱、互帮互助、先人后己、助人为乐的精神。这些宝贵的精神财富深深植根于我们心底、贯穿一生。

我们八十年代到澳大利亚在伍伦贡大学创建了超导与电子材料研究所（ISEM），倾注了我们毕生的心血促进澳大利亚广泛高水平的国际合作，尤其是与中国的合作，对伍伦贡大学及澳大利亚做出了突出贡献。ISEM只占伍伦贡大学长聘教师的百分之一却成就了270 位博士研究生和100余名博士后/访问学者，其中100余位成长为澳大利亚和中国国家级人才，有6位成员被选为院士、3位桂冠教授在我们研究所400多位同学会当中已有近二百位回国在高校、科研机构及企业界任职做贡献，包括4位院士及30多位长江、杰青、优青等各类人才，有多位在能源领域创业担任技术总兼、总工及其它要职。我们能回国亲身参于民族复兴伟业使我们感到欣慰与自豪。由于年龄限制很遗憾我们不合乎人才引进资助的条件，目前只能依靠学校的资助来实现我们最后的梦想。但在我们有生之年创建强大的国际合作中心的决心矢志不移。去年我们从个人收入中捐献100万元建立了青年英才奖励基金，我们省吃简用，不搞应酬今年再从我们个人收入中捐献100万元。我们深知这点经费对我们这样超大国际团队的引进实为杯水车薪、微不足道。但我们深信这个基金将极大地激励我们学子自强自立、拼搏奋斗的精神，在有限经费的基础上创造世界一流学术成果、一流人才高地及一流国际合作中心。

尽管资金有限，我们仍然感到非常幸运，因为我们拥有一支充满活力的年轻科研团队，他们能够积极面对挑战，寻求多样化的支持。令人鼓舞的是，自研究所成立以来，发展势头迅猛。目前，我们已拥有近40名教职工，其中包括长江讲席教授，国家启明教授，多位上海市领军人才、青年才俊以及来自各领域的杰出年轻学者。在学生队伍方面，我们有87名硕士和博士生，总人数接近120人。仅仅一年多的时间，我们的研究团队迅速壮大，几乎达到了我所在的伍伦贡大学研究所30年巅峰水平。在党的20届3中全会继续深化改革开放精神指引下我们要保持坚韧不拔的意志，卧薪尝胆的精神努力追求世界一流的科研成果。对上理工的跃升、高端人才引进、上海及国家双碳目标的实现做出实实在在的贡献。

附两首打油诗表达我们归国以来的感悟：

入上理久为功 -窦世学，刘化鹍    

夕阳归故中国梦、复兴崛起浪潮涌。

青春芳华虽已逝、花甲之志尤正盛。

加盟上理聚精英、 创新立业蹬险峰。

喜看研院初师捷、 艰难险阻久为功。

归故兮，长相忆---  窦世学，刘化鹍

美丽中国园梦地方，山乡巨变感恩难忘。

老骥伏枥千里志向，烈士慕年家国情长。

漂泊数载终得还乡，雄关慢道拼搏以偿。

伯乐为师群星闪亮，山花烂漫桃李芬芳。

精英荟萃上理图强，八零后聚其乐无疆。

耄耋之年再创辉煌，人生几何此生无枉。