探求科學(xué)真理 服務(wù)社會(huì)發(fā)展
——記環(huán)境友好能源材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（西南科技大學(xué)）環(huán)境修復(fù)材料國(guó)際研究中心主任、科學(xué)中國(guó)人2017年度人物晏敏皓

□ 徐芳芳

晏敏皓作為負(fù)責(zé)人協(xié)助所在國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主辦專業(yè)領(lǐng)域國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議

2013年11月深秋的綿陽，迎來了一位海歸的青年學(xué)者晏敏皓。他曾留學(xué)旅居法國(guó)10年，在國(guó)際知名科研機(jī)構(gòu)（法國(guó)國(guó)家科研中心、法國(guó)丹尼·狄德羅大學(xué)以及法國(guó)原子能研究所）有著長(zhǎng)達(dá)8年的先進(jìn)材料研究和工作經(jīng)驗(yàn)。入選四川省海外高層次人才“百人計(jì)劃”，中國(guó)科技城綿陽市“千英百團(tuán)·軍民融合高層次創(chuàng)新人才”，科學(xué)中國(guó)人2017年度人物。現(xiàn)任美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)（ACS）會(huì)員，中國(guó)微納米技術(shù)學(xué)會(huì)青年工作委員會(huì)委員，中國(guó)核學(xué)會(huì)錒系物理與化學(xué)分會(huì)理事，中國(guó)晶體學(xué)會(huì)小角散射委員會(huì)（籌）委員。

2014年，環(huán)境友好能源材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（西南科技大學(xué)）環(huán)境修復(fù)材料國(guó)際研究中心正式組建。晏敏皓擔(dān)任中心主任，帶領(lǐng)中心團(tuán)隊(duì)致力于核能環(huán)境安全與環(huán)境友好修復(fù)材料的基礎(chǔ)科學(xué)與應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)研究，所取得的科研成果處于當(dāng)前國(guó)際材料科學(xué)、能源與環(huán)境安全領(lǐng)域的前沿，部分成果處于國(guó)際尖端水平。

海外求學(xué)，回國(guó)踐志

從業(yè)10多年，晏敏皓致力于充分利用國(guó)內(nèi)外大科學(xué)裝置，開展針對(duì)環(huán)境安全與核廢物處理處置新材料的基礎(chǔ)科學(xué)研究。其在錒系核素在地質(zhì)處置介質(zhì)環(huán)境中的遷移擴(kuò)散研究和核廢物高效處理處置材料以及高效光響應(yīng)環(huán)境修復(fù)材料的研究方面取得了較多具有重要學(xué)術(shù)價(jià)值的科研成果，其發(fā)表的高質(zhì)量的論文，在國(guó)際學(xué)術(shù)屆相關(guān)領(lǐng)域有較大影響力。

2003年，晏敏皓留學(xué)法國(guó)公立曼恩大學(xué)（勒芒大學(xué)）攻讀分子工程與功能材料碩士，碩士學(xué)業(yè)結(jié)束后，晏敏皓一鼓作氣接連完成了材料物理博士學(xué)業(yè)。

法國(guó)公立曼恩大學(xué)是法國(guó)知名的綜合性大學(xué)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)精神，讓它的教育水平逐年來飛速發(fā)展，目前在法國(guó)當(dāng)?shù)叵碛袠O高的評(píng)價(jià)。院校對(duì)于學(xué)子的培養(yǎng)，除了理論知識(shí)的灌輸之外，更多的著重在創(chuàng)造性方面，鼓勵(lì)學(xué)子接受新事物、新思想，同時(shí)院校與法國(guó)各大公司、工廠都有密切合作，為學(xué)子們提供了大量進(jìn)修、工作與實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)。

在法國(guó)公立曼恩大學(xué)的5年學(xué)業(yè)生涯，不但讓晏敏皓積累了深厚理論知識(shí)，還讓他具備了較強(qiáng)的科研創(chuàng)新能力，其后他在法國(guó)丹尼·狄德羅大學(xué)和法國(guó)國(guó)家科研中心“復(fù)雜系統(tǒng)與材料”實(shí)驗(yàn)室展開的博士后工作使他的科研能力進(jìn)一步得到提升。2010年，結(jié)束博士后工作后，晏敏皓順利進(jìn)入法國(guó)原子能研究所低溫與納米材料實(shí)驗(yàn)室任“經(jīng)理”級(jí)研究員。在此期間，晏敏皓依托法國(guó)科研署聯(lián)合研究基金（主研）、法國(guó)科研署納米創(chuàng)新研究基金（主研）與法國(guó)科技部博士全額獎(jiǎng)學(xué)金，利用歐洲同步輻射光源（ESRF）與美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)光源（APS in ANL）等大科學(xué)裝置研究了基于“親水—厭水”效應(yīng)的自組裝調(diào)控機(jī)理。借助于大科學(xué)裝置與小角散射技術(shù)先進(jìn)分析手段，晏敏皓首先提出了在納米尺度范圍，能有效地控制表面活性聚合物的自組裝新方法。該方法可有效控制其介孔孔道方向并維持其高度有效的空間結(jié)構(gòu)，為高性能新型導(dǎo)向納米線，傳感器列陣以及光電能源傳輸設(shè)備的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供了新的設(shè)計(jì)方案。相關(guān)學(xué)術(shù)成果發(fā)表于Applied Physics Letters、Journal of Applied Crystallography等國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊。

2013年，晏敏皓主持了四川省海外高層次人才“百人計(jì)劃”項(xiàng)目“多功能動(dòng)態(tài)納米仿生纖毛研究”，借此契機(jī)，他辭去了法國(guó)原子能研究所低溫與納米材料實(shí)驗(yàn)室的工作回國(guó)發(fā)展，選擇了環(huán)境友好能源材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（西南科技大學(xué)）為落腳點(diǎn)。

如今，晏敏皓已經(jīng)在環(huán)境友好能源材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室工作5年了。作為實(shí)驗(yàn)室“環(huán)境修復(fù)材料國(guó)際研究中心”的建設(shè)者和負(fù)責(zé)人，他帶領(lǐng)中心團(tuán)隊(duì)立足于“錒系核素與地質(zhì)處置屏障材料的作用機(jī)制與界面行為”這一關(guān)鍵科學(xué)問題，充分利用國(guó)內(nèi)外大科學(xué)裝置的小角散射技術(shù)、掠入射小角散射技術(shù)、反射技術(shù)等尖端研究設(shè)備與手段以及團(tuán)隊(duì)配備的小角X射線散射儀，在微觀與介觀尺度下，研究重要錒系核素在環(huán)境介質(zhì)粘土材料中的界面結(jié)構(gòu)特征與動(dòng)力學(xué)機(jī)制，探究錒系核素遷移擴(kuò)散的本源。這為預(yù)測(cè)并評(píng)估錒系核素在我國(guó)核廢物地質(zhì)處置庫中的遷移擴(kuò)散提供了基礎(chǔ)科學(xué)依據(jù)。

此外，中心通過對(duì)天然處理處置材料巧妙的納米結(jié)構(gòu)化改性，充分借助大科學(xué)裝置，從納米至分子層面，探究了錒系核素膠體在水環(huán)境中與地質(zhì)介質(zhì)處理處置材料在納米尺度的相互作用機(jī)制以及改性粘土材料對(duì)放射性核素的有效吸附、富集以及存儲(chǔ)機(jī)理機(jī)制，為有效阻滯錒系核素在我國(guó)核廢物地質(zhì)處置庫中的遷移提供了可行的科學(xué)方案。

今后，中心還將繼續(xù)依托自己配備的小角X射線散射儀，聯(lián)合上海光源SSRF、歐洲同步輻射光源ESRF、英國(guó)散裂中子源ISIS以及匈牙利布達(dá)佩斯中子中BNC，并與中國(guó)工程物理研究院中子物理學(xué)實(shí)驗(yàn)室CMRR深度合作，建設(shè)并發(fā)展兼顧區(qū)域特色與國(guó)際學(xué)術(shù)前沿的“小角散射技術(shù)國(guó)際研究平臺(tái)”。旨在建立適合“環(huán)境修復(fù)材料與核廢物處理處置材料”的大科學(xué)裝置科學(xué)研究方法，研究材料內(nèi)部多尺度結(jié)構(gòu)特征對(duì)材料性能的耦合影響，幫助發(fā)現(xiàn)材料與結(jié)構(gòu)的匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)，從宏微多尺度發(fā)掘材料與結(jié)構(gòu)潛力。

受邀訪問南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院

科研探索，有條不紊

回國(guó)至今，晏敏皓承擔(dān)主持了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目子課題、四川省海外高層次人才“百人計(jì)劃”、四川省青年科技基金、四川省科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、留學(xué)回國(guó)人員科技活動(dòng)擇優(yōu)資助—國(guó)家人社部重點(diǎn)類項(xiàng)目等多項(xiàng)省級(jí)以上重點(diǎn)項(xiàng)目；作為第一或通信作者，在ACS Applied Materials & Interfaces， Journal of Hazardous Materials，Applied Surface Science以及Journal of Nuclear Materials等國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表SCI論文30余篇；曾受邀參加國(guó)際著名學(xué)術(shù)會(huì)議并作相關(guān)成果的大會(huì)及分會(huì)報(bào)告20余次。

晏敏皓的主要研究?jī)?nèi)容包括：微介觀尺度下，地質(zhì)處置屏障材料與錒系核素的作用機(jī)制與界面行為研究；針對(duì)核廢物高效處理/處置的納米改性地質(zhì)介質(zhì)材料研究；針對(duì)環(huán)境中有機(jī)/無機(jī)污染物的“智能”分子/納米材料研究。他立足環(huán)境友好能源材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室“國(guó)際科研與合作中心”這一平臺(tái)，在該領(lǐng)域進(jìn)行了一系列的創(chuàng)新研究。

2016年，晏敏皓主持了四川省教育廳創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目“高效錒系核素納米吸附載體的設(shè)計(jì)及其萃取機(jī)理研究”，通過對(duì)氟磷灰石、蒙脫石等天然礦物的人工改性，研究其對(duì)錒系核素的高效固化與長(zhǎng)期封存；2017年，他入選中國(guó)科技城綿陽市“軍民融合高層次創(chuàng)新人才”，主持了綿陽市“千英百團(tuán)·軍民融合”高層次創(chuàng)新人才項(xiàng)目“高效鈾238核素納米吸附載體的設(shè)計(jì)及其萃取機(jī)理研究”，設(shè)計(jì)了高度穩(wěn)定分散的超順磁納米膠體粒子，并在其表面進(jìn)行改性，使該膠體粒子可同時(shí)對(duì)水環(huán)境中的兩種不同的錒系核素進(jìn)行高選擇性識(shí)別與獲取。與此同時(shí)，他還參與了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“Pu-239在粘土巖地質(zhì)處置環(huán)境中的水化學(xué)行為及遷移機(jī)理研究”，作為合作方，主要負(fù)責(zé)研究地質(zhì)處置阿拉善粘土對(duì)239Pu及其替代核素在水環(huán)境中的吸附動(dòng)力學(xué)與遷移機(jī)制，重點(diǎn)研究239Pu及其替代核素與粘土巖在分子層面上的地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)過程與反應(yīng)機(jī)理。

晏敏皓依托歐盟聯(lián)合科研基金（主研）、四川省教育廳創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)基金（主持）、四川省“百人計(jì)劃”（主持）與中國(guó)工程物理研究院開放基金（主持），利用歐洲同步輻射光源（ESRF）與中國(guó)工程物理研究院綿陽中子源（CMRR）等大科學(xué)裝置原位分析了膠體磁性納米顆粒在低維度磁性材料中的微結(jié)構(gòu)與界面結(jié)構(gòu)信息，并查明了該膠體在微尺度下的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。以此為基礎(chǔ)，進(jìn)一步完善了在納米尺度下，膠體納米顆粒與有機(jī)大分子的靜電相互作用機(jī)制研究，原創(chuàng)性提出了更加有效、更加簡(jiǎn)單實(shí)用的靜電絡(luò)合組裝方式。

借助于大科學(xué)裝置與小角散射技術(shù)等先進(jìn)分析手段，通過對(duì)我國(guó)高放廢物處置庫地質(zhì)介質(zhì)粘土材料的巧妙納米改性，晏敏皓建立了基于分子層面水文地球化學(xué)的高級(jí)遷移模型，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)核素在高放廢物處置環(huán)境中的遷移數(shù)量和速率。他設(shè)計(jì)了集低成本、超強(qiáng)吸附能力與超低膠體輸運(yùn)能力于一體的改性地質(zhì)介質(zhì)材料安全產(chǎn)品。

除此之外，晏敏皓還原創(chuàng)性地發(fā)現(xiàn)了在超分子材料中，材料基本組成單元由分子層面的“應(yīng)激”響應(yīng)從而引起材料宏觀性質(zhì)的相應(yīng)“智能”變化。通過獨(dú)特的分子與納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先提出了使用環(huán)境友好型三配位配體作為超分子基本單元的概念，為設(shè)計(jì)出能夠針對(duì)不同環(huán)境條件（溫度、酸堿環(huán)境、機(jī)械應(yīng)力和施加電勢(shì)等）做出相應(yīng)宏觀性質(zhì)響應(yīng)的新型金屬超分子智能材料提出了新的設(shè)計(jì)理念，并實(shí)現(xiàn)了“智能”環(huán)境修復(fù)材料對(duì)光能的高效利用與轉(zhuǎn)化，在光催化高效降解有機(jī)污染物和光響應(yīng)重金屬離子分子智能探針儀等領(lǐng)域取得了前沿性的突破與進(jìn)展。目前，這些研究成果已發(fā)表或投稿于Physical Chemistry Chemical Physics、Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 、ACS Applied Materials & Interfaces等國(guó)際知名期刊。

第一屆材料科學(xué)與小角散射技術(shù)國(guó)際研討會(huì)專家學(xué)者合影

核素處理，有依有據(jù)

隨著傳統(tǒng)能源資源（煤炭、石油等）瀕臨枯竭，核能已逐漸成為人類選擇的重要能源。我國(guó)根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源的緊迫需求，已將核能開發(fā)戰(zhàn)略由“適度發(fā)展”調(diào)整為“積極發(fā)展”。預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)核電裝機(jī)容量將達(dá)到5800萬千瓦，而相應(yīng)乏燃料的產(chǎn)出量也將與日劇增。與此同時(shí)，我國(guó)核工業(yè)發(fā)展中一些早期建設(shè)的核設(shè)施也陸續(xù)達(dá)到了設(shè)計(jì)壽期，相繼進(jìn)入核退役節(jié)點(diǎn)，這也是放射性廢物另一個(gè)重要來源。針對(duì)日益龐大的核廢料，如何對(duì)其進(jìn)行安全、妥善、長(zhǎng)期的管理和處置是一項(xiàng)至關(guān)重要的戰(zhàn)略性議題。

國(guó)際上對(duì)核廢物普遍采取地質(zhì)處置方法，尤其針對(duì)高放廢物采用“深層地質(zhì)處置”方法。處置過程中同時(shí)采用工程屏障和地質(zhì)屏障雙重保護(hù)的方法，以確保安全。工程屏障包含核廢物固化體、包裝容器、緩沖/回填材料等。天然屏障主要是圍巖和外圍地質(zhì)環(huán)境等。在現(xiàn)實(shí)情況中，核廢物中的有害錒系核素（以下簡(jiǎn)稱“核素”）可能會(huì)越過屏障，向近場(chǎng)（廢物體本身和圍繞廢物周圍的工程構(gòu)件）、遠(yuǎn)場(chǎng)（廢物處置的圍巖及周圍地質(zhì)單元）遷移。如果不能提供有力的科學(xué)依據(jù)與方法以確保核素被有效地隔離在生物圈之外，公眾將始終認(rèn)為核廢物安全處置是一項(xiàng)難以解決的問題，可持續(xù)性的長(zhǎng)期能源政策亦將遲遲難以確定。因此，有效地預(yù)測(cè)并阻滯核素的遷移，顯得尤為重要。

目前，晏敏皓致力于研究土壤膠體和鈾核素膠體的相互作用。鈾不僅是重要的戰(zhàn)略物資和核能原料，也是核廢物中重點(diǎn)關(guān)注的長(zhǎng)半衰期元素。針對(duì)鈾核素開展研究不僅具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，也將對(duì)其他錒系核素的研究工作有著重要的指導(dǎo)作用。

鈾在水溶液中通常以U（IV）、U（VI）的價(jià)態(tài)存在。核燃料的主要成分之一為UO2，因此核廢料中鈾的主要價(jià)態(tài)為U（IV）。然而U（IV）容易水解、氧化，因此大多數(shù)U（IV）配合離子只有在還原環(huán)境和酸性條件下才穩(wěn)定存在，而在天然氧化條件下極不穩(wěn)定，極易氧化成六價(jià)的UO22+和[UO2OH]+離子。當(dāng)pH接近中性時(shí)，UO22+將發(fā)生水解，并聚合形成UO2（OH）2，以膠體（粒徑小于1微米）的形式存在于溶液中。這些 U（VI）膠體在天然水系中極易發(fā)生遷移。然而，迄今為止絕大多數(shù)的研究工作都是圍繞UO2

2+展開的。國(guó)內(nèi)外關(guān)于水溶液中U（VI）膠體的研究報(bào)道則十分稀少，U（VI）膠體在水環(huán)境中的膠體行為與物理化學(xué)特征等基礎(chǔ)科學(xué)信息極為匱乏，因此，研究水溶液中的U（VI）膠體，從納米尺度研究其膠體行為與物理化學(xué)特征，顯得十分必要。

土壤膠體是指土壤中呈膠體狀態(tài)、粒徑介于1納米與1微米之間的固體顆粒。在地質(zhì)介質(zhì)中，土壤膠體主要為粘土礦物，并含有部分有機(jī)質(zhì)（腐殖質(zhì)、微生物等）。已有研究發(fā)現(xiàn)土壤膠體對(duì)于鈾的遷移存在顯著的促進(jìn)作用，所以在核廢物地質(zhì)處置庫安全評(píng)估中，理解土壤膠體自身的物理、化學(xué)行為及其與核素的相互作用是十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

在我國(guó)的高放廢物地下處置庫中，膨潤(rùn)土是公認(rèn)理想的核廢物地下處置庫緩沖/回填材料，起著傳導(dǎo)和散失放射性廢物衰變熱等重要作用。經(jīng)我國(guó)學(xué)者多年的考察和研究，認(rèn)定內(nèi)蒙古興和縣的高廟子膨潤(rùn)土礦床適合作為中國(guó)的緩沖/回填材料首選的供應(yīng)基地。粘土巖具有自封閉性、滲透率低等其他巖石類型不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此將粘土巖作為核廢物地下處置庫圍巖也越來越受到各國(guó)的關(guān)注。結(jié)合前期研究基礎(chǔ)，晏敏皓團(tuán)隊(duì)選取我國(guó)高放廢物地下處置庫的屏障粘土材料——內(nèi)蒙古阿拉善粘土（天然圍巖材料）與內(nèi)蒙古高廟子膨潤(rùn)土（人工緩沖/回填材料），有針對(duì)性地研究它們?cè)谒h(huán)境中與鈾（VI）的相互作用核心機(jī)理。在研究方法上，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)首次提出采用小角散射法，系統(tǒng)地研究納米尺度下粘土膠體與鈾（VI）膠體在水環(huán)境中的膠體行為與相互作用機(jī)制。除此之外，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還提出采用稀土材料摻雜無機(jī)氧化物作為柱撐體，實(shí)現(xiàn)對(duì)粘土材料的柱撐改造，使改造后的新粘土材料集超高吸附能力、超低膠體遷移能力、智能化表面、可示蹤化等諸多優(yōu)點(diǎn)于一身的創(chuàng)新思路。

該項(xiàng)目的研究方法和思路具有一定的普適性，亦可應(yīng)用于其他核素膠體與粘土膠體系統(tǒng)，為研究核素與粘土在水環(huán)境中的相互作用提供科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法和理論依據(jù)。

2018年6月13日至16日，晏敏皓依托環(huán)境友好能源材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在四川綿陽主辦了“第一屆綿陽小角散射技術(shù)國(guó)際研討會(huì)MSAS SYMPOSIA”，晏敏皓任學(xué)術(shù)委員會(huì)成員出席并主持了大會(huì)。研討會(huì)邀請(qǐng)來自國(guó)內(nèi)外大科學(xué)裝置與知名學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的小角散射技術(shù)專家，探討小角散射技術(shù)在材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)以及核科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用與研究進(jìn)展。旨在利用小角散射技術(shù)促進(jìn)數(shù)理、環(huán)境、材料與核科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)交流與互動(dòng)。

作為中國(guó)核學(xué)會(huì)錒系物理與化學(xué)分會(huì)第一屆理事會(huì)理事，晏敏皓還將積極協(xié)助組織并參加“錒系物理與化學(xué)”以及“環(huán)境放射化學(xué)”等相關(guān)領(lǐng)域的重要學(xué)術(shù)會(huì)議，加強(qiáng)與同行專家的交流。此外，他還將帶領(lǐng)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員與歐洲同步輻射光源ESRF科學(xué)委員會(huì)主席、法國(guó)公立勒芒大學(xué)終身制一等教授、西南科技大學(xué)兼職特聘教授Alain Gibaud課題組開展“同步輻射SAXS技術(shù)研究錒系核素超吸附材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控與性能”合作研究；與匈牙利科學(xué)院布達(dá)佩斯中子中心終身制高級(jí)研究員、西南科技大學(xué)兼職特聘教授Almasy Laszlo課題組開展“SANS技術(shù)研究有機(jī)質(zhì)膠體對(duì)粘土與核素膠體相互作用的影響”合作研究等。

法國(guó)作家羅曼·羅蘭曾說過：“居于一切力量之首的，成為所有一切的源泉的是信仰。而要生活下去就必須有信仰。”對(duì)晏敏皓而言，勇于為科學(xué)奉獻(xiàn)是他的信仰，為了解決科學(xué)問題堅(jiān)持不懈地探索，為祖國(guó)、為全社會(huì)貢獻(xiàn)力量就是他朝圣的前方。