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[转载]人物专访|Douglas R. MacFarlane 教授

已有 1427 次阅读 2019-12-4 14:23 |系统分类:人物纪事|文章来源:转载

GEE本期人物专访对话的是澳大利亚莫纳什大学(Monash University)教授、澳大利亚科学院院士、澳大利亚技术科学与工程院院士——Prof. Douglas R. MacFarlane 

      采访期间,MacFarlane教授饶有兴致地讲述了自己对化学产生兴趣的缘由,畅谈了离子液体从基础研究到工业应用面临的挑战及未来研究的突破点,也提到了年轻科研工作者的职业选择并分享了自己的看法。最后,MacFarlane教授对中国科学院过程工程研究所在离子液体方面所做的研究以及GEE取得的进步表示充分肯定,也给GEE的发展提出了建设性的建议,相信GEE将不断迈上新台阶。



人物简介

      Douglas R. MacFarlane教授为澳大利亚莫纳什大学(Monash University)化学系教授,澳大利亚科学院院士,澳大利亚技术科学与工程院院士,澳大利亚研究理事会桂冠教授(ARC Laureate Fellowship——澳大利亚学术和科研界的最高荣誉),澳大利亚研究理事会电材料科学卓越研究中心(ACES)能源项目负责人,中国科学院特聘研究员,Green Energy & Environment 期刊副主编。

       MacFarlane教授致力于离子液体的基础研究及其他类型的离子材料在电化学、绿色化学、太阳能电池和生物技术等方面的应用,包括蛋白质稳定性和生物存储。迄今在ScienceNature Nature Materials 等国际顶级期刊发表论文760余篇,SCI引用近4万次,H-index为87。


Q&A


1. 兴趣来源


可以和我们分享下您选择化学作为终身职业的原因吗?

       我们家族几代人都是科学家和工程师,我很小的时候就深深沉迷于化学世界。大概在我八岁那年的圣诞节,父母送了我一套化学仪器作为礼物。送小孩一套化学仪器真的很有意思,利用仪器,他们可以混合各种各样的化学物品,还有燃烧器,因此我的房间也被点燃过不止一次,所以必须要有水,这样我又会不断在地板上制造“洪水”。我经常和小伙伴在房间里做一些非常有趣的化学实验,从化学的角度,把一种物质变成另一种物质是非常奇妙的。这一套仪器让我对化学着迷并产生了终身的兴趣。


2. 看法


在职业选择上,很多学生认为基础研究投入多回报少,您怎么看待这一现象呢?

       化学不是一门已完结的科学,尤其是生物化学和材料化学。当本科生快毕业时,我们会引导他们进行基础研究。对于刚开始读博士的学生来说,他们会发现化学中许多奥秘和挑战是值得他们花时间去研究和探索的。一些学生对基础研究感兴趣,也有一些学生更倾向于探索工业应用。在我们学校(莫纳什大学),很大比例的优秀毕业生都选择了继续深造。

       

       您提到有一些学生在职业选择上更倾向于IT或金融类职业。我认为这是一个普遍存在的现象。人们都希望所选的职业能让自己未来发展有可靠经济来源。但现在的职业越来越成为“Gig Economy”(零工经济)的一部分。“零工经济”本质上是一种短期工作形式,Uber(优步)或类似公司的司机都是“零工”司机。我认为科研也有这样的趋势,人们在一个地方工作了一两年后,又换了另一份工作,直到找到可以确保他们长期从事该职业的工作,比如成为教授或课题组长。


3. 挑战


您认为离子液体研究面临的最大挑战是什么?

       对于工业生产来说,离子液体确实相对昂贵。我们需要选择合适的离子液体使成本最小化,比如找到成本较低的含氟离子液体,这些材料可能会以更低的成本实现规模化生产。但如果离子液体在某一领域有突出优势并使人信服,即使增加一点点成本,也是可以接受的。锂电池就是一个很好的例子。手机、电脑都在使用锂离子电池,电动汽车市场也在迅速扩大。但电池本身稳定性并不好,在高温的环境下它们自身会产热并发生热失控,从而造成起火或爆炸等安全事故。离子液体恰好能解决这个问题,它们比有机溶剂稳定得多,但是很贵。作为添加剂也是一个方案。

       

       另一个方法是从离子液体的昂贵部分入手。比如氢氰酸类离子液体,它们由碳和氮组成,不含氟,从根本上来说更便宜,在改善电池性能方面也取得了进展,并且在很多方面都适用,比如手机和汽车电池。但如果不能达到甚至超越现有产品的水平,在市场上推出新产品会很困难,除非法律禁止不稳定电池的使用。在澳大利亚,你可以把大型太阳能储能装置——特斯拉能源墙买回家,它能储存5-6千瓦时的能量。但是澳大利亚的安全法规定必须把它装在屋外防火封闭的环境里,这就增加了成本。和整个装置系统的安装成本比较,离子液体的价格就很低了。


4. 突破点


您认为离子液体相关研究的下一个重大突破可能是什么?会是电池或氨吗?据您了解,有哪些新兴研究呢?

       电池的突破应该是十多年前的事情了,该研究并不是大新闻了,只是当下电池的市场需求很大我认为氨的研究上可能会有进展这应该是催化剂方面的突破离子液体在合成氨的过程中是作为电解液,他们有一个重要特性,即某些离子液体具有很高的氮溶解度。这一发现已经有了突破,要使其真正发挥作用就需要一种非常好的催化剂。

      关于新兴研究和应用,Karolina Matuszek (Monash University, Australia) 在报告中提到利用离子液体制备新材料进行储能,这是离子液体研究的一个新维度。我们在制造热能时使用了大量能源,这些能源一小部分用于照明、运行设备等,绝大部分用于产生热量。现在我们可以比光伏板更有效地从太阳获取热量,硅太阳能电池比太阳能集热器效率低得多。Karolina制备的新材料每立方米可以储存数百兆焦耳的能量,它不仅拥有更高的收集效率而且成本仅为电池的十分之一。这不单单适用于澳大利亚这样光照充足的国家,风能过剩的国家同样适用。风能是间歇性的,如果不加以储存就很难大量使用。我们的想法是在储存之前将风能转化为热能,用一个装有电加热器的蓄热材料吸收能量并加热,将风能以热能的形式储存当我们需要热量时就将其从材料中释放出来。我们目前只是提出了这一问题并尝试解决它,还需要从晶体学、光谱学及理论模拟等角度对其进行深入研究,也需要大量化学知识来制造可以检验理论的新材料。

       电池不易于移动,若要选择一种可运输的能源形式,氢或者氢载体是可行的,氨就是一种氢载体。世界上有很多地方有足够的空间利用可再生能源制造氢或氢载体。我们必须找到一种方法把它从这个地方带到需要它的地方。世界能源问题不是发电,而是将能源运送到需要的地方。世界能源的未来是非常令人兴奋的。大多数氢需要低温运输,这不是一个陌生概念,天然气就是以液态形式运输的,成本并不高。液态氨在运输行业也很常见,每天都有氨罐在世界各地流动,我们把它运到上海,或者天津,然后转化回氢,这很容易做到。关于可再生能源运输方式的研究是未来研究的关键。催化剂是制造这些能源产品的核心,我们也在尝试还原氮和氧化碳等,这是离子液体发挥作用的理想机会。

后记


       从MacFarlane教授的热情分享中,我们真切感受到了他对科研事业的认真与热爱。希望他关于科研的独到见解对您有所启发!

       感谢大家的浏览,欢迎您在下方评论区畅所欲言~


本文转载自绿色能源与环境微信公众号 (gee-journal) :https://mp.weixin.qq.com/s/KfZbE0pqbikbIpwGzYwtZg



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