【原创】新能源材料界科研“大牛”——黄富强研究员


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[导读]黄富强研究员长期从事无机固体化学与新能源材料、器件的科学研究与技术应用,覆盖先进电池、电催化、新化合物合成等多项创新领域。

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黄富强研究员(图源:中科院上海硅酸盐研究所)


黄富强,中科院上海硅酸盐研究所首席研究员、北京大学博雅特聘教授,担任中国化学会能源化学专业委员会主任,中科院上海硅酸盐研究所先进储能创新中心主任。长期从事无机固体化学与新能源材料与器件研究,以通讯/第一作者在Science、Nat.Mater.、Nat.Energy、Nat.Phys.、Nat.Catal.、J.Am.Chem.Soc.、Angew.Chem.Int.Ed.、Adv.Mater.等发表SCI论文600余篇,H因子95,他引超35000次,入选全球高被引科学家榜单;获授权发明专利120余项(国外15项)。主持科技委重点项目、国家重点研发计划、科技部973和863项目、国家杰出青年科学基金、基金委重大研究计划以及产业化等项目40余项。以第一完成人获国家自然科学二等奖1项(2017年)、上海市自然科学一等奖2项目(2016、2019年)。


“陶都”宜兴走出来的科学家


1968年,黄富强出生于江苏省宜兴市徐舍镇。宜兴市所产陶器驰名中外,尤以紫砂最为有名,享有“陶都”美誉。除了紫砂出名外,宜兴出了很多科技名人,黄富强从小耳濡目染,知晓不少家乡科技名人的事迹,这也深深影响到了黄富强。年少时的黄富强对科技充满了好奇,他对化学尤其偏爱,在高考时他报考了南京理工大学化工学院,并用三年时间修满了学分,提前一年本科毕业。之后,他考取了吉林大学研究生。进入吉林大学后,黄富强在理论化学领域继续深造。


1993年,黄富强硕士研究生毕业。后来由一位科学院院士推荐,黄富强成为唐敖庆教授的科研助手。在唐敖庆教授的引领下,黄富强在量子化学相关理论研究方面有了斩获。当时,唐敖庆教授是清华和北师大的兼职教授,为了更系统地学习量子化学理论,黄富强报考了北师大,成为唐敖庆教授的博士生。


1996年,黄富强博士毕业,唐敖庆教授希望他到国外继续深造。之后,黄富强去了美国密西根大学化学系,他的导师是史蒂芬·李教授,被诺贝尔化学奖获得者霍夫曼教授誉为“美国理论化学界未来的领导者”。在导师的带领下,黄富强对固体化学的研究特别是发现和合成无机新材料产生了浓厚兴趣。


2000年,黄富强进入了美国西门子公司ISO研发部工作,主要从事电致发光材料的研制。选择进入西门子公司,他一是希望了解和体验这些国际知名大公司的科技研发模式,二是希望在实战中增强自己研发无机新材料的实际应用性。


2004年,黄富强回国,以海外引进人才加入中科院上海硅酸盐所并任研究员,2010年加入北京大学化学学院并任教授。


加入中科院上海硅酸盐研究所成为黄富强人生一个新的起点,他很快组建了光电转换材料及器件课题组,随后的几年中,他们的团队战果丰硕,成为国内这一领域的佼佼者。近几年,黄富强带领他的团队围绕薄膜太阳电池相关的材料设计、材料制备和器件集成,作出了系统性的创新工作。其中,“新型光电材料与薄膜太阳电池研究”项目获得了国家杰出青年基金,“结构功能区与新型光伏材料研究”项目获得了国家自然科学基金重点基金扶持;“低成本非真空铜铟镓硒太阳电池中试技术”成为科技部太阳电池重大863主题课题;“基于纳米结构和宽光谱高效太阳能电池关键科学问题研究——新型光电材料转换材料的设计与制备”被列入科技部重大基础研究计划。


心向光明,逆向思考


黄富强长期从事无机固体化学与新能源材料、器件的科学研究与技术应用,覆盖先进电池、电催化、新化合物合成等多项创新领域。


在固体化学基础研究领域,黄富强基于多元化合物原子基团“相似相聚”规律,构建提出了“双结构功能区”和“堆积致密因子(Packing Factor)”固体化学设计理论模型,指导合成了光催化(BiOCl)、光电(La5Cu6S7O4)、储能(Li4Cu8Ge3S12)、超导(2M-WS2)等为代表的120余种新化合物体系和晶体结构,被同行称为“Universal Model(普适模型)”“Extraordinary Discovery(杰出发现)”,所发现的部分新化合物已成功开发成兼具高容量、高倍率特性的原创锂/钠离子电池先进电极材料。


在应用基础研究领域,黄富强带领团队创新性地研制出兼具高能量密度、高功率密度的“双高”储能电池和宽太阳光谱吸收的系列能量转换新材料,现已陆续实现产业化。


其中,“双高”少层碳电极材料被诺贝尔奖获得者约翰·B·古迪纳夫(John B.Goodenough)引用并称为“开创性发现”“一个飞跃”及“超级材料”;宽光谱吸收的高效光催化黑色TiO2材料已用于沪、鲁、皖、苏等地污染水体净化,示范面积超25平方公里;宽光谱三带吸收的掺锡CuInGaSe2太阳电池转换效率达20%,非真空法低成本制造技术业内领先,现已在山东等地产业落地。


从教二十年,黄富强早已桃李满天下。他的学生们有的在国内外担任教职,有的成为高科技企业创始人,还有的在产业龙头企业担任首席科学家,他鼓励学生们毕业后带着学术界和产业界的难题回来,共同讨论科学问题和解决方案。


目前,该课题组成员达100余人,对于学生们的成长成才,他特别强调“心向光明”。“人一定要保持好的心态,心情好了脑子才能转得更快、思维也会更活跃,这样才能拓展出更多创新思路。我享受与学生们激烈讨论科学问题的过程,互相激发、碰撞灵感。”他说。


虽然每周黄富强都要奔波于北京、上海两地,但他始终面带笑容。他的一名学生这样评价他:“黄老师永远是课题组中精力最充沛的人,极富创造力又极其勤奋!”


其课题组中一名博士生举例说道:“黄老师的创造力体现在‘不随主流’的逆向思维中。硅基负极被认为是下一代电极材料中的‘黑科技’,业内普遍认为硅氧比硅碳更有前景、更适合作为硅基负极的主流技术路线,但他一直强调要独立思考、科学客观,他分析采用特殊的材料结构设计和包覆工艺,硅碳工艺中难以攻克的膨胀难题完全可以破解。”他的这一判断也在学生们的产业实践中得到证实。如今,由其北大学生团队创立的行业“隐形冠军”——上海锂凰科技有限公司,成功解决了硅基负极材料的膨胀难题,系统提升了循环性能,锂凰量产的“富硅”负极产品比容量已超2000mAh/g,稳定循环寿命远超1500次,综合性能成功实现了国际领先。


心系家乡,为宜兴发展献智


2022年,在黄富强的牵线下,中科院上海硅酸盐研究所与宜兴市经开区合作共建新型研发机构——中科战略新材研究院,聚焦先进电池、光储一体化、功能陶瓷等战略新兴材料领域,开展面向“双碳”目标的先进材料制备、器件组装、系统集成和交叉应用研究的科技研发与成果转化。经过一年建设,研究院成立了由5位院士领衔的学术委员会,建立了由国家杰出青年领衔的50余人研发运营团队,对接了数十项光伏、储能等领域的产业化项目,形成了代表我国战略新兴材料领先水平的“宜兴队”。


黄富强还与中国科学院院士褚君浩、无锡工艺职业技术学院原院长邵汉强、江苏省陶瓷研究所所长邱永斌等8位业内知名专家学者联合发起成立了宜兴市无机非金属材料学会。无机非金属材料,是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一,在宜兴有良好产业基础。


“长期以来,宜兴乃至江苏省在无机非金属材料领域缺乏针对性产业扩展大平台。”黄富强说,通过成立学会,将有效汇集来自材料、化学等领域的顶尖科学家,以及人文、艺术、考古等领域知名文艺社科专家,聚焦陶瓷材料、环保材料、能源材料、智能材料以及高端装备制造材料等重点方向,按照产学研用协同促进方式,加快创新成果在宜转化。


与此同时,看到宜兴新能源产业发展的强劲势头,黄富强带领中科战略新材研究院,与高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室、中国航天科技集团上海空间电源研究所等发起成立宜兴市先进电源工程技术研究中心。该中心将致力加速推进能源材料研究成果实现器件化应用和产业落地,形成一系列以先进电池、光伏电源为主的核心技术,孵化引育专精特新硬科技企业,为宜兴奠定全产业链新能源技术和人才优势。


参考来源:

天南地北宜兴人:心空境自高——记我国新能源材料领域领军人物黄富强博士.宜兴日报

锂电长续航迎产业新突破:科学家成功破解4.8V高压循环难题,实现超薄钙钛矿均匀包覆.DeepTech深科技

宜兴籍科学家黄富强献智家乡发展.宜兴日报


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