《我國科學(xué)報》：如何評價我國學(xué)者近年來在“界面電化學(xué)”方面取得的進(jìn)展？

孫世剛：經(jīng)過自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項目持續(xù)三期的支持，創(chuàng)新群體項目成員重要在高指數(shù)晶面納米催化劑、電化學(xué)原位高時空分辨拉曼光譜、電化學(xué)能源體系界面微觀結(jié)構(gòu)和分子水平研究等3個方向上取得了不俗成績，引領(lǐng)國際研究前沿。

這顯著提升了以廈門大學(xué)電化學(xué)團(tuán)隊為代表的我國學(xué)者在國際學(xué)術(shù)界的影響力，也讓我國成為國際上一個重要的界面電化學(xué)研究中心。

《我國科學(xué)報》：最近10年來，對界面電化學(xué)的研究從基礎(chǔ)研究走向了產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，重要聚焦在哪個領(lǐng)域？

孫世剛：重要聚焦在能源領(lǐng)域。電化學(xué)作為一個學(xué)科，化學(xué)能和電能之間的轉(zhuǎn)換和儲存過程是這個學(xué)科關(guān)注的一個重要問題。最近幾年在自然科學(xué)基金的倡導(dǎo)下，我們基礎(chǔ)科學(xué)研究者立足學(xué)科、放眼國家重大需求，認(rèn)識到電化學(xué)在化石能源優(yōu)化清潔利用和新能源開發(fā)中能夠發(fā)揮重要用途。比如，電化學(xué)可以直接把化石能源轉(zhuǎn)換成電能，是清潔的。同時，電化學(xué)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用場景也發(fā)展很快，包括燃料動力電池、電動汽車等。

所以，我們專門把燃料動力電池電催化、高能二次電池、鈣鈦礦太陽能電池等方向納入界面電化學(xué)的研究內(nèi)容中。我們開始從這些領(lǐng)域中的一些實際應(yīng)用問題出發(fā)，去逐步凝練出源頭科學(xué)問題開展研究。

《我國科學(xué)報》：目前這三類電池的電化學(xué)研究中，什么方向是重點？

孫世剛：燃料動力電池商業(yè)化一直受阻于昂貴的鉑基催化劑。怎么樣把催化劑效率提上去，同時把成本降下來，仍是未來研究重點。在這方面，我們在原位表征和理論化學(xué)的研究優(yōu)勢下，從納米催化劑構(gòu)筑到燃料動力電池集成，實現(xiàn)納米—介觀—宏觀跨尺度的電催化表界面過程監(jiān)測和調(diào)控，力爭在超低鉑/非鉑燃料動力電池方面取得突破。

高能二次電池的研究重點應(yīng)放在研發(fā)新型高性能電極/電解質(zhì)材料、新型原位/工況表征分析技術(shù)，探索新型電化學(xué)反應(yīng)機制和開發(fā)新體系等方面。目前，我們已經(jīng)在鋰離子電池高安全性隔膜方面進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化工作。

關(guān)于鈣鈦礦太陽能電池，這些年發(fā)展很快，特別是在材料設(shè)計方面。但仍然面對4個重要問題，包括提高效率、提高穩(wěn)定性、解決鉛毒性、解決光激活效應(yīng)及滯后效應(yīng)等。其中很多問題的本質(zhì)實際上涉及到鈣鈦礦電池界面的優(yōu)化，因此如何表征、優(yōu)化和調(diào)控鈣鈦礦太陽能電池界面是關(guān)鍵，這正是界面電化學(xué)的優(yōu)勢。

《我國科學(xué)報》：面向未來，除了能源領(lǐng)域的應(yīng)用外，界面電化學(xué)作為一個學(xué)科，還有可能在什么方向上取得突破？

孫世剛：界面電化學(xué)是電化學(xué)的核心科學(xué)問題。按照現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)，未來有可能在基礎(chǔ)理論、基于非貴金屬催化劑的燃料動力電池、超高比能量密度和比功率密度儲能體系以及解決一些國家重大需求方面取得重要突破。

比如，基礎(chǔ)理論上通過超高時/空分辨實驗研究結(jié)合理論計算和模型模擬，進(jìn)一步理解界面結(jié)構(gòu)以及溶液、離子和電極表面的用途。燃料動力電池的非貴金屬催化劑則可以通過多功能的表界面構(gòu)筑提升性能。而在新儲能體系方面，超越傳統(tǒng)“離子—電子”的離域共軛儲能新機制則應(yīng)當(dāng)?shù)玫街匾暋?/p>

除了能源領(lǐng)域，相關(guān)研究還有望基于對鋼筋、混凝土界面復(fù)雜過程的研究實現(xiàn)精準(zhǔn)監(jiān)測鋼筋腐蝕和安全性，以及開發(fā)不銹鋼表界面構(gòu)筑和超高耐腐蝕防護(hù)新技術(shù)。這些新技術(shù)已經(jīng)并將進(jìn)一步在國家重大工程上應(yīng)用。

此外，面向國家微納制造產(chǎn)業(yè)的重大需求，金屬電沉積、電聚合、腐蝕和刻蝕等界面電化學(xué)過程，將在微納機電系統(tǒng)、微納結(jié)構(gòu)功能器件、半導(dǎo)體晶圓拋光、高端電子制造（芯片大馬士革銅互連、超大規(guī)模集成電路封裝和集成中的電子電鍍）等產(chǎn)業(yè)發(fā)揮重要用途。

界面電化學(xué)：聚焦能源前景可期