于乐：纳米的世界不仅好看这么简单

杜月娇

于乐

作为一个长度单位，“纳米”一词从最早出现至今不过半个世纪，但在地球演化的进程中，纳米技术及现象实际上已存在了亿万年。五彩斑斓的蝴蝶、飞檐走壁的壁虎、一尘不染的荷叶……大自然中，处处可见纳米的身影。

“生活中，我们看到的一些美丽的事物往往都存在纳米的影子，比如蝴蝶的翅膀、蜥蜴的脚等都是纳米结构。但纳米的美不仅存在于宏观世界，更美妙的还在微观世界。纳米结构非常特殊，如果能在微观环境下观测到纳米结构的话就会发现这真的是美学上一个非常值得欣赏的部分。因为它太漂亮了，我们就想能不能将它合成出来，这就是我最开始研究纳米材料的初衷。”北京化工大学化学工程学院教授于乐说。在日渐加深的钻研、了解中，于乐渐渐发现纳米结构绝不只是好看这么简单，它还有更多神奇的功能价值，等待着人们去挖掘、探索。

但个人的力量始终有限，这样一个神奇的崭新世界需要更多人加入。正是深刻意识到这一点，2018年，在新加坡南洋理工大学留学、工作多年的于乐选择了回国。“我希望能为祖国培养更多的科研人才，让纳米事业薪火相传。”于乐说。

归国赤子心

兴趣是一切动力的源泉。在于乐看来，人生最幸福的莫过于把自己的兴趣爱好和个人职业统一起来，但很多时候，兴趣也是需要激发的。

于乐还记得自己第一次对纳米产生兴趣就是因为一场报告的分享。那还是在山东大学高分子材料科学与工程专业就读本科期间，时任中国科学院常务副院长的白春礼在“百家讲坛”上做了一个关于纳米材料及其应用的报告，演讲内容极其生动精彩，立刻激起了于乐对纳米材料的强烈兴趣。在此驱动下，后来他在考研究生时便选择了上海大学纳米中心就读。

读研期间，在导师的带领下，于乐对纳米材料的认识逐渐加深，也越来越感受到纳米材料的魅力。从航空、航天到能源、交通、医学，再到环境污染防治，纳米材料在各个领域的应用可谓“上天入地，各显神通”。也因此，于乐深刻体会到从事纳米材料的科研是一件极具意义的事情。尤其它在能源、污染防治方面有着非常独到的用途。读研期间，于乐就对纳米材料在能源及水污染治理方面进行了相关研究。

怀抱着对纳米材料科学的无限探索精神，2011年8月，于乐踏上了海外求学之路——跟随新加坡南洋理工大学化学与生物工程系教授楼雄文攻读博士学位，主要专注于新能源材料与器件研究。

“纳米材料在能源存储及转化两大领域的应用前景都非常广泛。”于乐介绍。也就是在读博期间，他真正从一个对纳米感兴趣的新人蜕变为潜心钻研纳米材料及其应用的学者。在导师的带领下，他还开始尝试利用纳米结构设计锂离子电池电容器，还有能够吸附储氢的纳米碳管等。2014年，因在学业上取得的优异成绩，于乐获得了国家优秀自费留学生奖学金。

2015年11月，于乐开始从事博士后工作。从南洋理工大学博士再到博士后，在新加坡的求学之路一走就是7年。这里与中国一脉相承的文化和开放包容的学术环境，让于乐深受感染。新加坡给他带来的不光是科研上的积累，还有严谨的学术精神，尤其是导师楼雄文教授在学术上一丝不苟的态度对他产生了深远的影响。

“导师对待科学工作非常严谨，对我们的要求也非常严格，当时作为一个学生可能会觉得很辛苦，但现在回过头再看的话就会发现，正是因为之前的严格要求才有了今天的我，所以我现在也是在用同样严谨的态度对待科学。”于乐介绍，在严谨之外，导师对待事业的拼搏精神更令他记忆犹新。往往到凌晨时分，学生们都已经休息，他还在伏案工作；出差路上，哪怕是坐飞机也不影响他写文章……“这么多年他始终坚持着，这样的精神难能可贵。”于乐感叹。

在这样的精神感召下，于乐也对自己提出了更高要求，对待科研孜孜不倦，一丝不苟。2016—2018年，于乐连续3年被评为《材料化学杂志》（Journal of Materials Chemistry A)杰出审稿人；2017年度他还被评为《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）杰出审稿人。然而，尽管在新加坡工作与生活的前景都非常可期，2018年8月，于乐还是选择了回国。

“在新加坡的7年，我深刻地感受到了祖国的变化与强大，同时也深受感召。刚开始在国外的时候，大家都说英文，后来随着国家慢慢崛起，说中文的人越来越多，最后一年基本周围人都在说中文，这正是国家强大赢来的尊重。”于乐说，这些年国家在一些领域已经走到了国际前列，但在新能源、新材料等领域还需要持续突破，尤其是作为21世纪三大尖端技术的纳米科学领域，需要更多的专业人才加入。

“只要祖国需要，我必全力以赴。”在海外游学多年的于乐这样说道。

求知启蒙

2018年9月，于乐加入了北京化工大学化学工程学院担任教授。这一选择的背后同样饱含着他对祖国的一片赤子之心。化学工程是经济现代化最基础的产业之一，涉及人民生产与生活的方方面面，近年来发展非常迅速，给人类的生活带来了极大的便利，对人类生活方式产生了深远影响。“未来在大国竞争中，新能源将是非常重要的一个领域，我们国家要想实现新能源的发展，首先就要取得能源化工领域的突破，因此确定回国后，我就选择了在北京化工大学能源化工领域任教。”于乐介绍。

大学教授的责任是什么？3年来，于乐也时刻在问自己这个问题。“在我看来，教学应该放在科研的前面。”于乐说，“身为大学教授，我们的身份首先是老师，然后是科研工作者，培养更多的青年人才是我们最重要的责任。”

21世纪是信息爆炸的年代，大学生往往更容易分散注意力，对于未来的规划感到迷茫。同时，和平、繁荣的生活也让他们缺少了一份20世纪八九十年代的人们对于美好生活的奋斗、追求精神。

“今年的热播剧《觉醒年代》曾发出一个疑问，改造中国如何改？首先是改造民众的思想。而现在我们大学老师要培养人，首先面临的就是如何激发学生的求知欲。”3年的教学生涯，于乐深刻体会到了这一点，越来越多的年轻人失去了求知还有求职的热情，课本上的知识已经激发不了他们的兴趣。第一年上课时，他所带的班级还包含了数十个重修课程的学生。

到底该如何激起学生对于课程的兴趣？为此，他开始精心设计教学内容，从电池的发展到表面科学的故事，再到中外科学家的奇闻异事……在于乐的课堂上，这样的典故总是随手拈来。将蝴蝶的翅膀等日常生活中的事物引入到纳米结构，他将科学前沿完美地融入到本科教学中，不仅极大激发了学生的求学热情，也同时启蒙了他们的科研梦想。

“我最开始上课也没有采用这样的授课方式，就是因为一个星期之内突然来了20多个重修的学生，感到了很大的压力。书本上这些知识他们可能都看到过，但没有兴趣，我就在想他们为什么没有兴趣？可能就是因为教学形式不够新颖。”重修的学生通过网络上课，但也不影响于乐感受到的教学“压力”。为了重新激发学生的热情，他开始绞尽脑汁设计“第一堂课”。当时正好英国影片《电力之战》上映不久，他就以此为切入点，声情并茂地还原了这场激烈而伟大的电力之战，同时将电池知识融入其中，最终获得了满堂喝彩。课后，很多学生家长都通过群联系方式找到了于乐。原来，那些通过网络上课的学生很多都在家里上课，家长们也被这堂别开生面的课程吸引了，纷纷向他表达感谢。

“这堂课给我的印象也非常深刻，兴趣是真的可以被激发的，我自己最初对纳米科学的兴趣就来源于一场报告分享。因此，在后来的教学中，我总是会将新材料、新发现等科学前沿知识融入课程中，用润物细无声的方式启迪同学们，这也是我现在秉持的本科教学理念。”于乐说道。

更重要的是，在这一过程中，他更能向同学们普及科学的价值与意义，培养青年学子的责任感还有爱国情怀。“科学无国界，但科学家却有祖国。”在日益浮躁的时代，于乐觉得更应该继承老一辈科学家无私奉献的爱国主义精神，树立正确的人生观和价值观。

“国无德不兴，人无德不立。就像习近平总书记曾说的，我们为谁培养人？要培养什么样的人？其实就是要树立学生的爱国主义情怀，明确我们的责任跟担当，这是最关键的事情。”于乐说。

以国家需求为导向

自工业革命以来，随着各国二氧化碳排放量持续增长，气候异常现象与日俱增，对生命系统形成了严重威胁。在此背景下，“碳中和”“碳达峰”目标首次出现后即席卷全球，这是中国对世界做出的重大承诺，对保护全球气候和环境有着重大和积极的意义，但是实现这个目标需要多方和长时间的努力。

“要实现碳中和、碳达峰目标，一个非常关键的地方就在于国家能源化工的转型。作为能源化工领域的科研工作者，我们能为这一目标贡献什么？这是我们需要思考的关键问题。”在于乐看来，科学研究不仅要面向国家战略需求，也要面向世界科技前沿，两者之间应该是紧密结合、相辅相成的关系。基于这一背景，他将研究领域定位于新型微纳米结构功能材料设计与合成，尤其是中空纳米功能材料的优化设计与合成探索方面，研究功能纳米材料在电化学储能转化领域，如锂/钠离子电容器、电池、电催化等的应用问题，为我国能源转型奠定了有利基础。

“中空纳米结构在美学上是一个极具魅力的造型，同时在能源存储及转化方面又有着潜在的巨大应用前景。”于乐介绍，如电池离子沉积/剥离过程带来的巨大的体积形变是影响电池寿命的关键原因，而中空纳米结构则可以有效缓解体积的变化，保护材料的稳定性。

为此，于乐带领团队聚焦于无枝晶金属锂负极的表界面工程问题，通过国家自然科学基金青年项目“基于钛酸钾三维自支撑微纳结构的钠离子电容器负极的可控构筑及性能优化”等，通过在微纳尺度上对三维碳基载体进行中空结构设计、表界面亲锂性组分调控，设计了一种独特的NCH@CFs用作锂金属负极载体，其高度分散的双金属Ni-Co颗粒均匀分布在N掺杂的碳纤维内外表面，可有效降低锂成核过电势，为三维锂金属复合负极的设计提供了新的思路。

课题组2021年寒假聚餐

同时，在全球更加关注和积极应对气候变化之际，尤其是我国提出2030年前实现碳达峰和2060年实现碳中和的目标之时，更需要大幅提升能源利用效率，大力发展可再生能源。氢能所具有的清洁、高能量密度特点，使其成为一种未来的理想能源。

在面向这一未来新能源制备方面，于乐也创新性地将中空纳米结构与电催化水分解制氢有效结合了起来，通过自模板法辅以表界面工程调控，设计制备高效的析氢电催化剂，主要通过微纳尺度上对中空碳基催化剂进行结构设计、表面高度分散的活性位点的引入，改善活性位点对反应中间体的吸脱附行为，实现新型高性能析氢催化剂的构筑。

中空纳米结构在能源领域的巨大前景，也让于乐团队的研究在国内外受到广泛关注。近年来，他以第一作者/通信作者身份在《自然通讯》（Nature Communications）等国际高水平材料化学类期刊发表论文36篇，引用次数超过7400次；以共同作者身份共发表S C I论文总数80余篇，他引次数超过17000次；2018年起，于乐连续3年被科睿唯安评为材料领域与化学领域全球“高被引科学家”……

“很多人说我们做的中空纳米结构是艺术品，但其实它不仅仅是好看这么简单，还有着更加广泛的应用空间，潜力无穷。未来，我们仍将以国家需求为导向，将前沿技术与国家需求相结合，为我国经济社会发展、全球环境保护做出自己的贡献。”于乐说道。