《我國科學報》：如何評價我國學者近年來在“界面電化學”方面取得的進展？

孫世剛：經(jīng)過自然科學基金創(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、電化學原位高時空分辨拉曼光譜、電化學能源體系界面微觀結構和分子水平研究等3個方向上取得了不俗成績，引領國際研究前沿。

這顯著提升了以廈門大學電化學團隊為代表的我國學者在國際學術界的影響力，也讓我國成為國際上一個重要的界面電化學研究中心。

《我國科學報》：最近10年來，對界面電化學的研究從基礎研究走向了產(chǎn)業(yè)應用，重要聚焦在哪個領域？

孫世剛：重要聚焦在能源領域。電化學作為一個學科，化學能和電能之間的轉換和儲存過程是這個學科關注的一個重要問題。最近幾年在自然科學基金的倡導下，我們基礎科學研究者立足學科、放眼國家重大需求，認識到電化學在化石能源優(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，電化學可以直接把化石能源轉換成電能，是清潔的。同時，電化學在能源領域的應用場景也發(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的研究內(nèi)容中。我們開始從這些領域中的一些實際應用問題出發(fā)，去逐步凝練出源頭科學問題開展研究。

《我國科學報》：目前這三類電池的電化學研究中，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的研究優(yōu)勢下，從納米催化劑構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，探索新型電化學反應機制和開發(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行了產(chǎn)業(yè)化工作。

關于鈣鈦礦太陽能電池，這些年發(fā)展很快，特別是在材料設計方面。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、解決光激活效應及滯后效應等。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鍵，這正是界面電化學的優(yōu)勢。

《我國科學報》：面向未來，除了能源領域的應用外，界面電化學作為一個學科，還有可能在什么方向上取得突破？

孫世剛：界面電化學是電化學的核心科學問題。按照現(xiàn)有的研究基礎，未來有可能在基礎理論、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，基礎理論上通過超高時/空分辨實驗研究結合理論計算和模型模擬，進一步理解界面結構以及溶液、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當?shù)玫街匾暋?/p>

除了能源領域，相關研究還有望基于對鋼筋、混凝土界面復雜過程的研究實現(xiàn)精準監(jiān)測鋼筋腐蝕和安全性，以及開發(fā)不銹鋼表界面構筑和超高耐腐蝕防護新技術。這些新技術已經(jīng)并將進一步在國家重大工程上應用。

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過程，將在微納機電系統(tǒng)、微納結構功能器件、半導體晶圓拋光、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：聚焦能源前景可期