袁国辉：孜孜不倦科研路 石墨报国产业情

文/本刊记者 马爱平

咬定青山不放松，立根原在破岩中。从石墨到石墨烯，从负极材料到导电浆料，从鸡西到哈尔滨……哈尔滨工业大学教授、博士生导师袁国辉迎难而上、勇往直前、不曾退缩。

长期以来，袁国辉一直从事与新能源有关研究，包括化学电源及电极材料、超级电容器及电极材料和天然石墨的深加工技术研究。在注重提高基础研究水平的同时，特别注重将实验室成果进行产业化。

在基础研究方面，袁国辉重点研究新型能源材料和储能装置的研究。特别是在与未来可穿戴有关的新能源领域，重点对柔性电极及柔性储能装置进行了研究。获得了超高面积比电容，相关的成果已经在影响因子达12.14的国际著名期刊Advanced Functional Materials上发表，目前在该领域已经发表10余篇系列SCI文章，申请发明专利15项。牢牢占据了这个领域的前沿位置，引领了该领域的发展。独立编写了国内第一部有关超级电容器的专著《电化学电容器》，由化学工业出版社出版。该专著的出版促进了超级电容研究领域的研究。

然而数年前的一次考察改变了袁国辉的职业轨迹。

当时，袁国辉与黑龙江省的几位专家去省内天然石墨产地考察。当地的情况是，天然石墨产业仅有采矿和浮选，产品也仅有各种规格的石墨精粉，天然石墨尾矿和浮选后的残余物大量堆积，石墨企业的技术水平停留在较低的阶段，且没有石墨的深加工。

实际上，当时的石墨产业已经方兴未艾。天然石墨以其独特性功能及稀缺性，已成为工业化国家必争的战略性原料。2010年，欧盟委员会将石墨列为14种“对欧盟生死攸关的原料”之一。石墨已经广泛应用于新能源、节能环保、新一代信息产业、高端装备制造、新材料产业等，这些广泛的应用，都源自于石墨的深加工。

而中国是天然石墨资源最丰富的国家，已探明的储量约占全球的三分之二。黑龙江省是中国石墨资源储量最多的地区，约占中国储量的约三分之二，主要是可加工性好的鳞片石墨。在袁国辉看来，一方面，中国是全球最大的天然石墨原料出口国，产品价格低廉，还要承受对环境的破坏和资源的浪费；另一方面所需的高端石墨制成品则需要从国外高价进口。

“如果石墨产业仅仅停留在浮选阶段，产品仅仅是低端石墨精粉，那是对天然石墨资源的浪费。石墨完全可以通过深加工的方式，变成附加值高的高端的产品。即使是今天，石墨深加工产业也没有有效建立起来。”袁国辉说。

面对石墨行业粗放式的产业化现状，袁国辉内心受到了深深的震动。

回来之后，袁国辉为这个事儿苦恼很久，就想在这个领域做点实事，能为我国、特别是黑龙江省的石墨深加工贡献一点力量。

说干就干。袁国辉作为专家受邀参加了中国工程院和黑龙江省人民政府联合组织的“院士专家龙江行”活动，参与了由9位院士联名上书国务院温总理的《关于在黑龙江省建立国家高新石墨产品开发、产业化与交易基地（“国际石墨谷”）的建议》的起草工作，该建议于2010年10月获得总理批示。

一鼓作气。袁国辉作为主要成员参与制定了国家《石墨产业科技发展专项规划（2012-2020年）》，之后，作为主要成员参与制定了《黑龙江省石墨产业科技发展实施方案》》。

作为第一执笔人，主持编写了国家科技支撑计划项目《高纯石墨材料开发及其典型应用》项目建议书，通过了科技部组织的专家评审。

作为课题负责人，负责国家科技支撑计划课题《新型负极材料制备技术及产业化研究》，该课题由鸡西市贝特瑞石墨产业园有限公司与哈尔滨工业大学合作承担。

目前，该课题已经圆满完成，该课题突破了粒径小于12微米的鳞片石墨的球形化技术，使球形化收率从传统方法的40%提高到80%，在节约了资源的同时，大大提高了企业的经济效益；研究新型的球形石墨包覆技术，克服了包覆不均匀导致的产品均一性较差的问题；采用固-液结合方式对球形石墨进行包覆，形成核-壳结构的锂离子电池负极材料，放电容量达到355mAh/g，充放电效率大于90%。

该课题还提出了球形石墨的选择性纯化方法，可以减少化学药剂的使用量，有利于对环境的保护。迄今为止，这些技术已经在鸡西贝特瑞得到产业化应用，取得了显著的经济效益。该技术在鸡西市贝特瑞石墨产业园有限公司应用后，取得了良好的经济效益，使黑龙江省的天然石墨深加工技术达到了国际先进水平。

在高纯石墨材料开发方面取得了重大突破后，袁国辉马不停蹄，将目光投向了石墨烯攻关。

近年来，作为石墨新材料的重要一员，石墨烯其独有的特性，被称为“神奇材料”，得到了广泛的关注，科学家甚至预言其将“彻底改变21世纪”，与石墨烯有关的研究呈现出方兴未艾局面。

袁国辉说，石墨烯的制备方式主要有两种：一种是“自上而下”的制备思路，将三维结构的石墨逐步解离成二维结构的石墨烯。另一种是“自下而上”的制备思路，采用化学气相沉积（CVD）法由原子级别的碳簇重组构建二维结构的石墨烯。

“自上而下”的石墨烯制备思路还可以分为氧化还原法和机械剥离法等诸多方法。

袁国辉说：“我们的研究从开始就瞄准了石墨烯材料的产业化技术，重点研究了采用机械剥离的方式，以鳞片石墨为原料制备粉体石墨烯的方法和石墨烯粉体在各种溶剂中的分散方法。研发了高分散性石墨烯浆料的产业化技术。”

石墨烯材料产业化最关键的问题是如何获得具体的应用，这是石墨烯产业能否获得发展必须解决的问题。

“我们把主要的研究放在如何使石墨烯产业化应用方面，我们以目前快速发展的新能源汽车产业所需的动力电池为应用目标，开发出了动力锂离子电池制备必需的新型导电浆料，其导电性大大高于传统的导电材料。”袁国辉说。

2015年10月，石墨烯导电浆料在哈尔滨万鑫石墨谷科技有限公司投产，实现了石墨烯产品的商业化销售，目前，石墨烯导电浆料已经获得国内外多家客户的认可，以获得多家客户的订单，正在逐步进入动力锂离子电池生产领域。

目前，由于评价方式的原因。许多研究者不愿做产业化研究，一方面产业化技术需要多年的积累和需要付出更多的精力，另一方面，产业化研究工作往往在评价时得不到认可。

“从企业来的研究经费再多，再重要，也不是省级课题，更不是国家级课题。在评价研究者的贡献，特别是技术职务晋升时，国家级课题往往是必备项，所以很多研究人员，即使是工科大学的教师也往往远离企业所需的产业化技术的开发，更多的是与各级政府项目有关的基础研究。令人高兴的是，国家正在进行相关的政策调整。”袁国辉欣喜地说。

目前，在石墨烯产业的发展方面，袁国辉与中国宝安集团合作，创建了哈尔滨万鑫石墨谷科技有限公司，在国内外率先向市场推出了用于动力锂离子电池的石墨烯复合导电浆料产品，实现了石墨烯产品的规模化应用。在石墨烯产业化方面走在了行业的前列。是国内第一个石墨烯标准的主要制定人员。

近5年来，袁国辉作为课题负责人主持与本项目有关的项目10余项，其中国家支撑计划课题1项，国家自然科学基金2项，黑龙江省重点攻关项目1项。发表高水平研究论文20余篇，申请和授权发明专利15项。获得2016年度“龙江创新力量十佳个人”、2017年“哈尔滨科技创业奖”。

袁国辉说，在黑龙江省“石墨烯三年行动计划”的支持下，他正在与课题合作单位哈尔滨万鑫石墨谷科技有限公司组建“黑龙江省石墨（烯）新材料产业技术公共服务平台”和“黑龙江省石墨烯产业技术创新战略联盟”，实现产业技术的服务与共享。