在材料與能源領(lǐng)域里閃光

遲艷艷

每當(dāng)說起有機太陽能電池和燃燒機理等課題時，國家回國人員擇優(yōu)項目入選者、重慶市百人計劃專家、重慶市特聘專家、西南大學(xué)材料與能源學(xué)部教授兼部長助理鄭紹輝總是侃侃而談。他會在遇到難題時，從各種材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)去分析觀察根源；也會在無從下手時，從多層次多角度地深入理解各方面之間的聯(lián)系，再通過精細(xì)的探秘與判斷找到突破口?！拔覐牟慌绿魬?zhàn)，做科研要想著如何解決問題，更重要的是還要去探究更為前沿的科技?！编嵔B輝說。

一頭扎進(jìn)材料與能源世界

鄭紹輝教授，很小就表現(xiàn)出對數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)的興趣和很高的天賦，在高中時期就經(jīng)常獲得省地級舉辦的物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)奧林匹克競賽的大獎，1991年以地區(qū)狀元被南開大學(xué)化學(xué)系錄取，1995年畢業(yè)后，在天津核工業(yè)部理化工程研究院針對同位素分離、高溫金屬、無機材料做了近5年的研究工作，并取得了中國核工業(yè)部科技進(jìn)步獎三等獎。2000年開始，他師從南開大學(xué)中心實驗室林少凡教授學(xué)習(xí)，林教授是南開大學(xué)德高望重的名師，也是學(xué)科內(nèi)最早將有機化學(xué)和計算機相結(jié)合來進(jìn)行研究的學(xué)者，“林少凡老師對我影響很大，也是在林老師的指導(dǎo)下，我在心中萌生了想到國外看一看其他科研學(xué)者是怎樣做研究的想法。”鄭紹輝說。

而想法也不是說說而已，2003年，鄭紹輝橫跨大洋，遠(yuǎn)赴美國布法羅紐約州立大學(xué)求學(xué)?？僧悋l(xiāng)，失敗常有，困難也常有，經(jīng)常是一個課題做了很長時間也無結(jié)果，但“決不放棄一點希望”的信念時刻支撐著他。2009年，他作為在導(dǎo)師Jochen Autschbach研究組里最多產(chǎn)的博士畢業(yè)，同年進(jìn)入加州大學(xué)伯克利分校和美國科學(xué)院院士WilliamMiller合作從事LSC-IVR研究工作。

2010年至2012年，鄭紹輝作為美國密歇根大學(xué)的研究員與Eitan Geva和Barry Dunietz教授合作開展美國能源部新型太陽能材料研究的工作。眾所周知，在太陽能材料飛速發(fā)展的今天，仍然存在一個大問題——目前主流軟件或個人開發(fā)軟件都不能正確的計算出其環(huán)境效益。“試想一下，如果將水分子放在真空環(huán)境里，就可以實現(xiàn)自由穿梭，但放在水里則就無法使其自由移動。”鄭紹輝說道。在密西根學(xué)習(xí)與研究的歲月里，鄭紹輝查閱了同行很多資料，進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)以當(dāng)時的研究水平，很多算法都只能停留在計算出真空環(huán)境里的電子傳輸，但在太陽能電池介質(zhì)里就無人知曉，甚至連能量的具體數(shù)據(jù)、傳輸過程都是一片空白。“在凝聚態(tài)狀態(tài)下，在高密度電子里，在溶液里或固體里電子是怎樣傳輸?shù)?，解決這些問題，我都是第一人?！编嵔B輝補充道。

“除了物理和化學(xué)領(lǐng)域，我對軍事也很感興趣?！?012年，完成了美國能源部項目后，出于個人興趣和將來對中國噴氣發(fā)動機的設(shè)計制造希望能助一臂之力的愿望，鄭紹輝應(yīng)邀以美國華盛頓大學(xué)化學(xué)工程系研究員的身份，與JimPfaendnter教授為美國空軍實驗室開展了關(guān)于噴氣燃燒機理研究的工作。“燃燒表面看起來簡單，但其實很復(fù)雜。燃燒的材料里是由很多微小到肉眼看不到的小分子組成的，而且在燃燒過程中還會出現(xiàn)很多中間產(chǎn)物，我就是在做捕捉這些中間產(chǎn)物的前沿工作。”鄭紹輝說。

就算身在海外，鄭紹輝也密切關(guān)注著國內(nèi)的發(fā)展，深切感受到我國發(fā)動機的落后與各種弊端的存在，但在當(dāng)時國家極度重視的情形下，讓他看到了我國發(fā)動機事業(yè)發(fā)展的希望之景?！靶切侵?，可以燎原”，鄭紹輝不會放棄一點希望，也相信堅持一定會有收獲。“我國GDP已經(jīng)是世界第二的水平了，如果迅速發(fā)展下去反超美國不是問題，我覺得國家在這方面應(yīng)該會加大投資力度的，我也會繼續(xù)在研究燃燒動力學(xué)的路上走下去?！编嵔B輝充滿信心地說道。

踏實研究，認(rèn)真育人

在鄭紹輝看來，科研就是要為國家、為社會服務(wù)，否則就喪失了它的意義，但更重要的是在艱辛的研發(fā)過程和碩果累累中實現(xiàn)自我。而這一切，并不能在國外舒適的科研環(huán)境和安逸的生活中得到滿足。于是，他接受了西南大學(xué)材料與能源學(xué)部的邀請，于2015年回到了祖國。

回國后的鄭紹輝憑借在美國豐富的科研經(jīng)歷，依托西南大學(xué)材料和能源學(xué)部，在有機太陽能電池和燃燒機理等方向上獲得了堅實的團(tuán)隊支持?！拔髂洗髮W(xué)對我很重視，在多方面的努力下，相關(guān)研究課題組也很快建立起來，這讓我對有機太陽能電池和燃燒機理的科研發(fā)展做原創(chuàng)性突破很有信心?！编嵔B輝表示。

眾所周知，近年來，由于傳統(tǒng)化石燃料儲量的有限性及其帶來的污染，導(dǎo)致可再生綠色太陽能光伏產(chǎn)業(yè)和研究開發(fā)的投資增長非?？?。因而，研究和設(shè)計具有高光電轉(zhuǎn)換效率的新型有機太陽能材料對于解決我國環(huán)境污染、能源安全和替代問題都具有重大的現(xiàn)實和經(jīng)濟(jì)意義。

鄭紹輝博士回國后，給自己的第一個課題是理解有機太陽能材料中電子給體和受體之間的電子傳輸機理，并希望在探索極化子中正/負(fù)離子在有機太陽能電池的擴(kuò)散問題上有所突破。為此，針對理解有機太陽能材料中電子給體和受體之間的電子傳輸機理的研究中，鄭紹輝將利用密度泛函理論和含時密度泛函理論研究基態(tài)、激子態(tài)和極化子態(tài)性質(zhì)。值得一提的是，“為考慮凝聚態(tài)環(huán)境的影響，也就是極化子周圍有機分子的作用，約束密度泛函理論也將被使用。”鄭紹輝介紹道。

此外，在探索極化子中正/負(fù)離子在有機太陽能電池的擴(kuò)散問題中，鄭紹輝打算使用基于平面波和密度泛函理論的軟件包，如維也納從頭計算模擬軟件包和Car-Parrinello。分子動力學(xué)軟件包來研究這個復(fù)雜的問題。對此，鄭紹輝也抱著勢在必行的決心。

“有機太陽能電池性能不穩(wěn)定、容易老化等問題至今沒能解決，能不能引進(jìn)無硅化合物將其利用在電池內(nèi)部，這是我一直設(shè)想的問題。”鄭紹輝說道?！斑@種材質(zhì)質(zhì)量輕，可以既輕便又簡潔地掛在衣服或背包上。環(huán)保也是其一個巨大優(yōu)點，我認(rèn)為完全可以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。但目前最大的問題——光電轉(zhuǎn)化效率低，也正是我們急于解決的?！?/p>

在成績斐然的科研道路之外，教學(xué)也是鄭紹輝投入很大精力的一面?！翱蒲惺切量嗟?，也是孤獨的，作為一名合格的科研工作者一定要耐得住寂寞?！编嵔B輝說道。在美國期間，鄭紹輝就對科研及學(xué)術(shù)氛圍深有體會。相比較下，他認(rèn)為美國的學(xué)生獨立性和自主性更高，“興趣是最好的老師”在美國學(xué)生的身上體現(xiàn)得淋淋盡致。在制度方面，國外更提倡學(xué)生在不同研究組之間自由轉(zhuǎn)換，以便最終確定自己喜歡哪個研究方向，而較于國內(nèi)分配式的科研制度，就更能提起學(xué)生的研究興趣。“在國內(nèi)，我歡迎本科生來我的課題組學(xué)習(xí)，如果感興趣我會用適合的方式培養(yǎng)他們，不感興趣我也會鼓勵他們?nèi)ミx擇自己熱愛的方向。我還是希望國內(nèi)的學(xué)生是真正熱愛、帶著興趣去做科研的，而不僅僅是為了一份工作，一種生活方式?！编嵔B輝坦言道。目前，在回國一年時間內(nèi)，他培養(yǎng)的研究生先后獲得全國創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)大賽重慶賽區(qū)決賽優(yōu)秀獎、重慶市科慧杯二等獎、中央高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目基金、校級研究生一等獎學(xué)金、校級科技創(chuàng)新個人等多個榮譽，并有多個專利在審核，多篇SC0文章在投。

雖然工作繁忙，鄭紹輝還是一有時間就去爬山、游泳。“畢竟身體是革命的本錢，一定要學(xué)會自我減壓，適當(dāng)?shù)胤潘勺约??！编嵔B輝說。這也是他給更多科研工作者的警醒。