Brainy is the new sexy—-酷炫的教授乔世璋

Alisa 5年前 (2019-02-27) 9261浏览

【引语】

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看了乔世璋教授官方网站上的照片，可能会有人问，为什么你会说他酷？为什么？因为我觉得智慧才是性感酷炫的新潮流！如果你认同这句话，那么请往下读，细细品味这位科学家的酷炫。

一、贡献大 = 酷

我相信每一位科研工作者刚踏入各自研究领域的原因和动力里都会有那么一部分是不求名不求利，是想以自己的一点薄力把人类的知识库在微不足道的一个小点上往外推动微不足道的那么一毫一厘。一生所学可能在历史的长河里也不能够溅起水花半朵，但不断为科学、社会、为人类做出贡献的人总是很苦但是很酷。

乔世璋教授在天津大学化工系获得学士和硕士学位，在香港科技大学获得博士学位。曾在澳大利亚昆士兰大学先后任研究员、高级研究员及副教授。现为澳大利亚阿德莱德大学化工学院纳米技术首席教授，澳大利亚昆士兰大学荣誉教授。主要致力于新能源技术纳米材料领域的研究，包括电催化、光催化、燃料电池、超级电容器、电池等。在Nature、Nature Materials、Nature Energy、Nature Communications、J. Am. Chem. Soc、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等国际重要刊物上发表370余篇学术论文，文章总引用次数超过37000余次，h指数为98。拥有多项发明专利，从工业合作伙伴及澳大利亚研究委员会获得研究经费超过1,100万美元。不仅如此，乔教授还获奖无数，包括著名的ARC荣获奖学金（2017），埃克森美孚奖（2016），ARC Discovery杰出研究员奖（DORA，2013），新兴研究员奖（2013，美国化学学会ENFL部门）和UQ基金会研究卓越奖（2008）。同时，他还担任多本杂志的副主编。

作为一个理工科博士，在我眼中，仅这些官方的数据和信息就已经足够使乔教授的贡献可以和酷炫一词划等号了。

再看乔世璋教授早期的一些文章，可以说为相关领域的发展起到了带头和奠基的作用。例如2008年课题组使用氢氟酸作为形态控制剂，合成了高活性的{001}晶面占比高达47%的锐钛矿型TiO₂单晶，研究结果发表在Nature上，引起了不小的轰动，单篇引用量超过三千。晶体生长过程中由于要满足表面能的最小化，具有高反应活性的晶面占比通常在晶体生长过程中会迅速减少。二氧化钛就是一个典型的例子，锐钛矿型TiO₂晶体大多以热力学稳定的{101}晶面为主（占比超过94％），而不是反应活性更高的{001}晶面。文章中，课题组利用第一性原理计算证明了对于氟封端的TiO₂表面，这种相对稳定性是相反的：{001}在能量上优先于{101}晶面。在理论预测的基础上，使用氢氟酸作为形态控制剂，合成了具有高百分比（47％）{001}晶面的锐钛矿型TiO₂单晶。而且由于锐钛矿单晶的表面是多孔结构，简单的热处理就能够将表面的氟除去得到高纯的TiO₂单晶而不改变晶体的结构和形态。此外，课题组还将此种效应的理论计算研究扩展到了一系列非金属吸附原子，极大扩展了高纯度锐钛矿单晶在太阳能电池，光子器件和光电器件，传感器和光催化中的应用。

文献链接：

https://www.nature.com/articles/nature06964

再如2012年发表在Angewandte chemie上的文章，首次设计并制备出N、S双掺杂的介孔石墨烯，作为新型非金属催化剂催化ORR反应，实验数据和量子化学计算都显示氮原子和硫原子的掺杂对碳原子起到了双重活化的作用，课题组还首次利用二氧化硅纳米粒子在石墨烯中制造中孔，形成有利于氧还原反应传质过程的多孔结构。推动了非金属纳米材料在燃料电池、锂离子电池、光催化、水处理等领域的发展。

文献链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ange.201206720

读了很多乔世璋教授为材料和能源领域做出的奠基性研究，理工科的我觉得这个科学家有点酷。

二、勇于创新 = 引人入胜

理工类研究首重研究方向，乔教授带领的课题组研究课题相对比较热门，是世界各国政府都很重视的研究方向，而且不怕没有前人铺路，再新再难也敢上手去做；因此贡献了很多创新性研究成果，引人入胜，纷纷引用。

2019年课题组对传统的Ru基和Ir基催化剂进行了重新设计和制备，突破了两种传统催化剂的活性和稳定性极限。设计并构建了一种具有异质结构的OER电催化剂：高应变钌核和部分氧化的铱壳之间存在金属-金属氧化物异质结并形成了强烈的电荷再分布。铱壳的化合价增加和钌核的化合价降低引发了电子和结构相互作用的协同效应，有利的价态和稳定的纳米结构使Ru@IrOx的活性和稳定性双双增强。这项工作为通过合理促进异质结构内的电荷再分配、制备高效电催化剂打开了新的视野。该成果发表在Chem上。

文章链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929418305278

2017年课题组利用拉伸应变理论知识联结原子电子结构特性和氧化钴的表面活性，形成大量氧空位，促进水分解，通过微调电子结构减弱氢在催化剂表面的吸附能达到最佳吸附态。该成果发表在Nature Communications上。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-017-01872-y

三、细致入“微” = 魅力四射

乔教授的论文大多数都会在微观层面下大功夫，进行原子水平、分子水平的研究，在基础科学领域讲故事，研究的切入点虽小，研究成果的应用面却很广，做到了细致入微，以小见大，拜读相关成果后受益良多。

2017年课题组借助理论计算设计并合成了新型MXene材料：Ti₃C₂纳米颗粒作为高活性助催化剂，通过水热法将Ti₃C₂纳米颗粒与CdS成功复合，实现了超高的可见光光催化产氢活性，而且Ti₃C₂纳米颗粒还可以作为ZnS或Zn_xCd₁₋_xS的助催化剂，提高光催化产氢效率。此工作中的理论计算起到了十分重要的作用，通过构建不同分子结构模型，分别计算析氢反应中间态H*在不同结构表面的吉布斯自由能ΔG_H*，发现纯Ti₃C₂的ΔG_H* = -0.927eV，即H*在其表面上的化学吸附太强，不利于中间态H*及产物的脱附；F封端的Ti₃C₂的ΔG_H* = 1.995eV，虽然易于氢气的解吸却对中间态H*的吸附极弱。这两种情况对HER都不利。但是发现O封端的Ti₃C₂的|ΔG_H*| = 0.00283eV，该值甚至远低于Pt和其他高活性的HER催化剂（Pt: ΔG_H* = 0.09eV, MoS₂: ΔG_H* = 0.08eV, WS₂: ΔG_H* = 0.22eV），从热力学的角度表明O封端的Ti₃C₂有显著的HER催化活性，并通过实验对此进行了证明，极大地推动了MXene材料在光催化领域的研究进展。该成果发表在Nature Communication上。