以“材料”为矛 为新能源而战——记四川大学制造科学与工程学院副教授刘文博

本刊记者 陈 浩

能源危机、环境污染和温室效应是当今世界面临的三大难题，更是我国日益突显和亟需解决的主要矛盾。据统计，到2020年我国燃油汽车消耗能源将占到石油总量的50%以上，石油对外依存度将超过60%。联合国开发计划署发布的《中国人类发展报告》指出，目前全球20个空气污染最为严重的城市中，中国占16个。毋庸置疑，汽车在消耗有限能源的同时更危害人类健康。在此背景下，发展低能耗、无污染、高安全的绿色新能源电动汽车将成为汽车工业发展的必然趋势，目前世界各国都在不断加大对电动汽车的投入力度。

而电动汽车的发展，离不开持久耐用的蓄电池作为动力。据《2013—2017年中国锂电池行业产销需求与投资预测分析报告》数据统计，2012年我国新能源汽车、电网储能等领域的成品锂电池组市场规模为35亿元，比2011年增长34.6%，其中新能源汽车的应用占比达57%。可见，近年来锂电池正逐步成为新能源汽车发展的主要动力。

2010年，刘文博团队在加拿大召开的国际电化学会议上首次公布了将纳米多孔金属材料应用于锂电池的可喜成果，开创了纳米多孔金属的一个全新应用领域。多年来，他一直从事纳米多孔金属材料的非传统制备方法、纳米结构精确调控、重要影响因素、电化学加工技术、孔结构成形原理及其在锂电池中的创新应用研究，并取得了一系列突出成果。在采访中，刘文博说：“希望通过我们这代人的不懈努力，能够为子孙后代营造一个更良好的生存环境，这是我们不可推卸的责任。”

结缘材料科学，创多项突出成果

新材料在诸多领域都具有广阔应用前景，特别是工业领域。近年来，纳米多孔金属材料因其独特而优异的理化性质被视为“21世纪最有前途的新材料之一”。对材料工作者而言，纳米多孔金属材料的制备科学是面向应用首要研究和解决的关键问题。“应该注意到，多孔金属材料的特征尺寸如要降到纳米尺度，采用过去传统的技术手段和方法是很难实现的。”身为一名材料人，刘文博坦言。

当谈到与纳米材料学结缘以及当前的研究时，刘文博说这主要受益于博士期间，得到四川大学和北京航空航天大学的联合培养机会，从那时起他就开始系统从事纳米多孔金属材料和锂电池的相关研究工作。经过多年的潜心钻研和创新研究，刘文博在该领域取得了一系列首创性突出成果：发展出多种均一和特殊结构纳米多孔金属材料的化学/电化学制备方法，首次提出了一种纳米多孔Cu/AlCu复合材料的形成机制，认识了均相和多相体系中多孔产物形成的腐蚀与钝化行为，首次揭示了相构成与比例对多孔结构形成的决定性影响，阐明了孔结构演化过程与形成机理，并将其首次应用于锂离子电池，改善了高理论容量活性材料的电化学性能，开创了纳米多孔金属的一个全新应用领域。相关成果得到了国内外同行的广泛关注，多次被本学科顶级刊物正面评价和引用。

2011年，刘文博发表在冶金工程领域顶级期刊Corros.Sci.上的研究论文首次揭示出相构成与比例是多相体系中多孔结构形成的决定性因素，得到了国内外同行的广泛关注，被国际著名出版集团Elsevier统计为2013年度该领域下载量最高的研究工作并在Corros.Sci.官网主页亮点报道。

2012年，他发表在Corros.Sci.上的研究工作通过对去合金化过程中的腐蚀和扩散动力学进行协同调控，首次发展出一种纳米多孔化合物以及不同结构纳米多孔金属材料的连续制备方法，揭示了去合金化不同阶段的动力学控制因素，建立了相应孔结构演化模型，得到了国内外同行的广泛关注。

2013年，刘文博及团队成员在Corros.Sci.上再次发表重要研究工作，通过对典型纳米多孔金属材料在乙酸溶液中的多孔演化动力学行为进行系统研究，首次揭示出均相前驱体合金在有机弱酸性腐蚀体系中多孔产物的形成规律。

2015年，刘文博发表在Corros.Sci.上的研究工作首次揭示出分级异质结构纳米多孔金属材料的制备过程、显微结构与多孔属性对不同腐蚀体系的依赖关系与作用机制；同年，其关于纳米多孔金属可控制备及在先进器件中创新应用的研究成果荣获香港学者协会颁发的香江学者奖（海外学术奖）。

2017年，刘文博作为第一完成人关于自成形纳米多孔铜的设计、可控制备及在锂电池中应用基础研究的系列成果荣获成都市自然科学奖一等奖。这一项项突出成绩的积累，也让刘文博在2017年年末成功入选四川省“千人计划”。

加速科技成果转化，助力我国新能源产业

《2018—2022年中国新能源汽车产业深度分析及投资前景预测报告》指出，2017年，我国新能源汽车产销量均接近80万辆，分别达到79.4万辆和77.7万辆，分别同比增长53.8%和53.3%，产销量同比增速分别提高了2.1和0.3个百分点。2017年新能源汽车市场占比2.7%，比2016年提高了0.9个百分点。

自2016年以来，国家工业与信息化部制定和颁布多项新能源汽车产业相关政策，旨在引导和推动新能源汽车产业良性、健康、稳定发展。国家“十三五”规划明确提出，到2020年全国电动汽车生产能力要达到200万辆，累计产销量将超过500万辆。刘文博介绍说，近年来欧洲多国相继颁布燃油车禁行禁售法令，将新能源汽车产业作为车企转型的主要方向。我国工信部目前也启动了相关研究，将制订我国停止生产和销售传统能源汽车的时间表。这恰为新能源汽车提供了良好的发展机遇，新能源汽车产业未来有望迎来爆发式增长点。

刘文博看到了机遇，同时也积极迎接挑战。科研中，他十分重视产学研合作和科技成果转化，积极与四川省内多家锂电池材料生产企业开展深入技术合作和产品联合开发，助力企业转型升级和区域经济发展。近期，其科研成果在省内合作企业刚刚完成5kg小试生产，获得一致好评。刘文博介绍说，下一步我们准备开展中试放大研究，目标是在不久的将来实现产业化，为四川省下游锂电池生产企业提供一种性价比高、质量稳定的新型高性能负极材料，同时提升企业核心竞争力。

“事实上，我们目前不仅在能源领域开展研究，同时还有环保领域。针对近年来大宗工业固废/液废排放逐年增加以及环境污染问题，我们也在做一些积极、有益的尝试和探索，比如开发用于降解有机染料的低成本、超高效可见光催化剂及其宏量制备方法等，这也是未来极具发展前景的一个研究方向。”刘文博还补充道，“科学研究应紧跟国家重大战略需求，科技成果最终应服务于社会，这是我们科研工作者义不容辞的责任与使命。”

当记者问到在科研过程中是否遇到过困难时，刘文博坦言：“其实科研工作中的难题非常多，而且工作压力也比较大，但这对于我们科研工作者来说已成为一种家常便饭。”从2008年攻读博士至今，10年时间里，不断遇到困难和解决困难对刘文博来说是一种“科研常态”。“相信办法总比困难多，这也是一直以来支持我奋力前行的人生信念。”积极看待困难，把和困难作斗争看成是一种博弈的乐趣，刘文博在困难面前永远都是一种越战越勇的状态。

在高校工作，一边做科研，一边还要开展教学，刘文博每天工作时间常在12小时以上，他恳切地说：“心中最为感谢家人对我工作的理解与支持。”