立志科研事业书写人生之路——记国家“青年千人计划”入选者、电子科技大学陈俊松教授
作者：赵文涓
来源：《海峡科技与产业》 2017年第9期
    长期致力于具有新型纳米结构的金属氧/硫化物以及碳基复合材料的设计与合成，并努力开拓这类材料在以锂离子电池为代表的新型高性能储能器件中的应用，取得了显著的科研成果。他，就是成都电子科技大学微电子与固体电子学院教授陈俊松。
    涉足科研初获成功
    1984年，陈俊松出生于四川省成都市。2004年至2008年，他就读于新加坡南洋理工大学化学与生物医学工程学院生物工程系获学士学位。2012年，他于同所院校获博士学位。
    博士毕业以后，陈俊松先后在新加坡国立大学、新加坡南洋理工大学从事博士后研究。2013年至2014年，他于德国马克思普朗克胶体与界面研究所任洪堡学者。2016年2月，任澳大利亚新南威尔士大学材料科学与工程学院访问学者。于2016年中旬加入我国成都电子科技大学微电子与固体电子学院任教授。
    通过几年的科研工作，陈俊松在纳米材料的设计和在高性能储能设备中的应用等方面开展了深入的研究。经过艰辛的拼搏，他在该领域取得了初步的科研成果。
    建立体系提供依据
    陈俊松利用溶剂热法制备了富含暴露晶面为（001）高能面的锐钛矿型二氧化钛（TiO2）纳米片。作为常见的金属氧化物，TiO2在生产生活中应用极广。TiO2在锂离子电池中作负极，它是通过锂离子的可逆嵌入/脱出实现充放电反应的。在锐钛矿TiO2晶体结构中，锂离子主要沿着c轴方向扩散，从而储存了能量。
    根据上述储锂机理，锂离子的脱嵌过程中对TiO2所产生的体积形变很小，这样就使电极材料的稳定性得到了提高，从而使电池的循环性能得到了增强。但是，由于TiO2自身的导电性能较差，其在高倍率下的充放电性能就受到了限制。如果能合成出富含暴露晶面为（001）面的TiO2纳米结构，对锂离子脱嵌反应的发生极为有利，TiO2在高倍率下的储锂性能也会得到提高。相关的计算结果显示，由（001）面嵌入的锂离子需要逾越的势垒明显比其他各晶面小，但是，其在锐钛矿TiO2各晶面中具有最高的表面能，因此，TiO2的晶体在生长时，（001）面将会被其他表面能较低的晶面迅速替代，这也是实际合成过程中的重大难题。
    为了解决这个难题，陈俊松建立了一个溶剂热体系，使用异丙氧基钛作为前驱体，在二亚乙基三胺
存在的情况下于异丙醇中采用溶剂热方法进行反应，成功合成出了接近100%的暴露晶面为（001）高能面的锐钛矿TiO2纳米片。二亚乙基三胺在此合成系统中体现出了对（001）面极好的稳定作用，其在c轴方向上的生长得到了极强的抑制，诱导锐钛矿TiO2晶体在ab面上进行扩展，形成了厚度约3纳米、宽度为上百纳米的薄片。薄片通过自组装形成微米球，保证了它在溶液体系中的稳定性。这种微米球比表面积较高，且由于二亚乙基三胺的稳定作用，接近100的纳米薄片暴露晶面为（001）面。正因为此微米球有此特性，在充放电过程中为锂离子提供了更多的活性位；（001）纳米片作为其功能/结构单元有着极薄的厚度，使锂离子在c轴上的扩散距离大大缩短。这两大优势使该微米球在不同电流密度下的可逆容量较高，高倍率充放电性能也很好。
    陈俊松建立的溶剂热体系不仅可以合成纯相的锐钛矿型TiO2纳米片，还能够通过引入不同的模板/基底来制备多功能复合材料。使用该方法诱导TiO2纳米片在具有较高导电性的碳纳米管或石墨烯表面均匀地生长，即可得到一维或二维TiO2-C复合材料，进而提高产物的电化学性能。
    此外，这种TiO2纳米片也能包覆于二氧化硅纳米球表面，形成SiO2@TiO2核壳结构，用NaOH或HF选择性蚀溶SiO2内核，就能得到由TiO2纳米片组成的微米空心球。如果把有磁性的四氧化三铁引入空心内腔，就能够得到可磁性分离的同时具有优越的降解有机染料催化活性的多功能光催化剂。这些工作无论是从产物的结构、组份还是功能方面都体现了该溶剂热体系的多样性，为合成含暴露晶面为（001）高能面的锐钛矿型TiO2及其多功能复合材料提供了可靠的科学依据。
    深入研究独辟蹊径
    在科研中，陈俊松开创性地利用草酸“由上至下”对阿尔法三氧化二铁（-Fe2O3）进行选择性刻蚀制备了多孔材料。
    长久以来，多孔材料都是材料领域备受人们关注的一种材料，具有密度较低、比表面积较大等特点。活性炭和多孔SiO2在此类材料中比较常见，有着极高的比表面积以及很强的吸附能力。然而，它们的制备方法比较复杂。通常情况下，活性炭要将碳源与具有高腐蚀性的强碱在高温下进行活化，而多孔SiO2则要在硅源水解过程中引入有机造孔剂，然后再把造孔剂于高温下分解去除。多孔金属氧化物的制备与它们不同，除了要考虑孔隙的形成之外，还要精准地控制晶体生长的过程。因此，制备这类材料需要的合成条件极为严格。在制备多孔-Fe2O3时，陈俊松用草酸对其进行“自上而下”的选择性刻蚀，通过调节反应时间，获得了形貌/孔隙可控的-Fe2O3材料。草酸比醋酸的酸性更强，它与氧化铁发生络合反应，这和无机强酸HCl、H2SO4等相比，其反应过程更温和，选择性较高，这样就不会与其他物质发生反应，避免造成损伤。
    为了实现刻蚀反应的方向可控，陈俊松首先将水热法合成的-Fe2O3纳米颗粒作为刻蚀对象，加入磷酸二氢根离子作为覆盖剂对-Fe2O3的某些特定晶面进行包覆，这样就达到了控制刻蚀方向仅沿（001）晶面的效果。-Fe2O3纳米颗粒在通过选择性刻蚀之后形成了结构完整、厚度均匀的单晶纳米
片，并且纳米片的厚度可直接通过改变刻蚀时间进行控制。陈俊松还把该刻蚀方法延伸到-Fe2O3微米颗粒上，通过调节刻蚀时间就能够得到孔径及总孔体积可控的多孔微米颗粒。当作为锂离子电池负极材料时，在特殊多孔结构存在的前提下，此微米颗粒比刻蚀之前的样品表现出了更为优异的循环性能。他采用了全新且简单的方法完成了功能性多孔金属氧化物的制备，通过对材料的形貌结构和孔隙的控制，显著地提高该材料的物理化学性能，材料领域新的科研途径也从而得以产生。
    主持科研规划未来
    在平时的科研中，陈俊松积极承担，勇于实践。他曾在德国与新加坡主持或参与了多个能源材料相关的重要项目。他在学术方面也取得了一定的成绩，发表学术论文62篇，其中第一作者32篇，被业内同行广泛引用，SCI他引达到9290次，其中多篇入选ESI高被引文章，H-index为44。2015年、2016年分别入选材料科学领域汤森路透全球3000位高被引科学家，推进了我国的科技创新和科技进步。此外，他还非常注重学术交流，曾参加过多个国际会议，并担任多个学术期刊的审稿人。
    在科研方面取得的优异成绩使陈俊松入选中组部第13批“千人计划”青年项目，于2016年入选四川省“千人计划青年人才”，2011年获得“2010年国家优秀自费留学生奖学金”。2013年，获得了德国洪堡基金会博士后奖学金。他还荣获了多个杂志颁发的“审稿人突出贡献奖”等多项荣誉证书。
    虽然获得了多项奖励，但是陈俊松仍然保持着谦虚的优良品质。在科研中勤奋不辍的他，还把目光
紧紧聚焦于锂硫电池。因为它有着很高的理论能量密度，在多种新型储能设备当中，很快成为高性能电池的研究热点。与传统的锂离子电池不同，锂硫电池是通过金属锂与单质硫发生化学反应生成不同链长的锂硫化物来完成对锂离子的储存与释放。现在的锂硫电池一般存在着两大技术瓶颈：一是单质硫是非金属，其导电性低导致电池的充放电可逆性以及容量保持率较差；二是在充放电过程中，正极活性物质的放电产物多硫化物易溶于电解液，这样就使电解液的导电率以及活性物质的利用率大大降低，电池循环性能也从而变差。这种现象就是多硫化物的“穿梭效应”。这两大技术瓶颈阻挡了锂硫电池发展的进程。因此，要想增强锂硫电池充放电性能，就要大幅度提高硫正极的导电性，并有效抑制“穿梭效应”。对此，陈俊松决定从新型纳米材料的设计为出发点，以电子科大的多种改性与合成技术为依托，对充放电过程中的电化学反应及其产物的物化性质进行深入细致的研究，努力寻能有效提高锂硫电池循环性的方法。
    陈俊松在国外期间，积累了许多关于高性能电极材料的研究经验，并取得了多项创新性的科研成果。他决定在此基础之上，依托电子科大“电子薄膜与集成器件国家重点实验室”和“协同创新中心”，对锂硫电池高性能正极材料展开细致的研究。由于他对材料化学深为熟悉，将开拓新颖的材料制备方法，并通过对所得材料进行改性，建立材料的微观结构、表面特性与其电化学性质之间的关系，促进锂硫电池正极材料所面临的性能瓶颈问题的解决。
    美好的科研征程中，陈俊松努力创新，开拓进取，不断追求，拼搏不止。在科研的道路上，陈俊松
满怀信心地行走着。对科研事业的热爱和不懈的追求，激励着他一步步走向成功，走向明天。他用自己的忠诚和信念为祖国的科研事业描绘着美好的蓝图，创新着美好的科研未来，书写着自己的快意人生。