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90年博后再获重大突破，材料性能实现巨大飞跃，即将回国任教

材料学网 · 公众号 · · 2024-05-19 10:03

正文

曾有那么一段时光，三个月的辛勤付出仿佛在一瞬间化为乌有，潘林枫真切地体验到了这种失落与绝望。那时的他正在英国剑桥大学攻读博士后，一心追求着将器件变为透明的梦想，以便更好地应用于光谱技术的表征。然而，就在实验进入最后冲刺阶段，当他试图用腐蚀性气体去除器件背后不透明的材料时，边缘反应却出乎意料地迅速，让他眼睁睁地看着自己倾注心血制作的样品化为灰烬。那一刹那，潘林枫仿佛跌入了无尽的深渊，心情沉重得难以言喻。他无助地放下了手中的“烂摊子”，黯然神伤地回到了家，整整躺了两天，试图从这次巨大的打击中恢复过来。然而，潘林枫并没有被这次失败击垮。

他深知科研之路充满坎坷，但也正是这些挑战和挫折，让他更加坚定了自己的信念。他抱着“科研虐我千百遍，我待科研如初恋”的心态，重新振作起来，勇敢地回到了实验室，准备从头再来。正是因为这种不屈不挠的精神和坚定的决心，潘林枫在科研领域取得了令人瞩目的成绩。他不仅在生活中活得热气腾腾，更在学术上大放异彩。截至目前，他已在Nature Catalysis、Nature Communications等顶尖期刊上发表了共计26篇论文，据Google Scholar统计，这些文章的总被引次数已超过3500次，H指数高达20。近日，潘林枫更是以第一作者的身份在Nature期刊上发表了论文，这一成果标志着他在发展面临瓶颈的太阳能燃料领域取得了重大突破。这一成就不仅彰显了他在科研领域的深厚实力，更为他未来的学术发展奠定了坚实的基础。潘林枫的故事告诉我们，面对失败和挫折时，我们不应该轻易放弃，而是应该勇敢地面对、积极地应对。只有保持坚定的信念和不屈不挠的精神，我们才能在科研的道路上走得更远、取得更大的成就。

潘林枫。受访者供图

一个简单的方法，材料性能实现巨大飞跃

氧化亚铜，这款材料凭借其低廉的价格、丰富的储量和无毒性质，以及出色地捕获阳光并将其转化为电荷的能力，早已被视作硅材料的经济型替代者。然而，尽管它拥有诸多优势，但在光电催化性能方面，与主导市场的硅材料相比，仍显得逊色不少。和其他氧化物半导体一样，氧化亚铜也面临着诸多挑战。在接受采访时，潘林枫表示：“其中一大挑战在于光的吸收深度与电荷在材料中的传播距离之间的不匹配问题。这导致顶层材料下方的多数氧化物实质上成了‘死空间’，未能充分发挥其光电转化潜力。因此，我们需要解决载流子传输距离过短这一氧化物半导体普遍存在的问题。”

剑桥大学化学工程与生物技术系的Sam Stranks教授则指出，对于许多太阳能电池材料来说，表界面的缺陷往往对性能产生较大影响；然而，在氧化物材料这里，情况却截然相反。它们的表面状况通常相当良好，但内部却隐藏着导致性能损失的“元凶”。这意味着晶体的生长方式对于提升氧化亚铜的性能至关重要。为了将氧化亚铜打造成为现有光伏材料的强劲对手，研究人员正致力于对其进行深入优化。他们从基础研究出发，不断探索如何提升光生载流子的分离与传输效率，以期在推动化石燃料向清洁、可持续能源的转变中发挥更大的作用。通过一系列的科学研究与技术创新，我们有理由相信，氧化亚铜这一潜力巨大的材料，未来定能在光伏领域大放异彩。

探索科学的新领域，单晶薄膜成为了科研人员眼中的璀璨明星。这种拥有高度有序晶体结构的超薄材料片，正是基础研究的理想之选，尤其在电子产品的世界里，它更是扮演着不可或缺的角色。然而，想要驾驭这一神奇的材料并不容易，单晶薄膜的制作过程犹如一场精细的舞蹈，既复杂又耗时。幸运的是，科研团队勇攀科技高峰，开发出了一种全新的液相外延生长技术。这项技术能在常压和室温的温和条件下，锻造出高质量的氧化亚铜薄膜。随后，他们携手剑桥大学物理系，利用飞秒瞬态反射光谱这一尖端工具，首次揭开了电荷在晶体内部移动的神秘面纱。他们不仅观察到了电荷在不同晶向上移动的巨大差异，还精确地量化了这些关键参数。 “这些晶体就像精巧的立方体迷宫，”潘林枫兴奋地介绍道，“我们发现，当电子选择以体对角线的方式穿越这个迷宫，而不是沿着立方体的表面或边缘徘徊时，它们的扩散距离能显著提升，甚至达到一个数量级以上的飞跃。简而言之，电子跑得越远，材料的性能就越出色。

” Stranks教授也对此成果赞不绝口：“在这些材料中，对角线方向仿佛隐藏着某种魔法力量。它已经为我们的性能带来了前所未有的提升，未来的潜力更是难以估量。” 为了验证这项技术的实力，科研团队对使用新技术制造的氧化亚铜光电极进行了严格测试。结果显示，与目前最先进的电沉积制备氧化物光电极材料相比，其性能提升幅度惊人，高达70%以上。这一重大突破不仅为光电催化制氢领域开辟了新的道路，更预示着这种神奇材料在能源转型中的巨大潜力。总之，这项研究成果不仅展示了科研人员的智慧和勇气，也为我们揭示了单晶薄膜的无限可能。在未来的日子里，我们有理由期待更多激动人心的科技突破，共同书写人类探索未知、创造美好未来的辉煌篇章。

60多页回复，审稿历时一年多

在太阳能燃料这一充满挑战的领域，发表一篇Nature级别的论文绝非易事。就像攀爬一座险峻的高峰，越往高处，每一步都显得尤为艰难，因为低垂的果实已被悉数采摘。对此，潘林枫博士深有感触。他坦言：“这个领域已发展到相对成熟的阶段，要实现重大突破实属不易。” 然而，潘林枫博士领导的研究团队却迎难而上，向Nature递交了一份令人瞩目的研究成果。他们自豪地介绍了这项工作的三大创新点：首先，团队首次开发出一种全新的液相外延生长技术，能够在室温常压下生长出完美且可控可调的单晶模板，为单晶薄膜的制备开辟了新的道路；其次，通过与戴霖杰博士的紧密合作，他们成功定制了飞秒瞬态光谱，对氧化亚铜薄膜的三个方向进行了全面表征，首次精确量化了载流子在各个方向的传输距离，从而确定了最优晶体方向；

最后，团队通过调整多晶薄膜中晶体的方向，使其达到最优的高纯度状态，成功将光电流性能提升了70%以上。然而，成功的背后离不开艰辛的努力和团队的紧密协作。面对编辑和审稿人提出的各种问题，团队成员们齐心协力、分工合作，从多个角度补充和完善实验数据。即使在面临关键仪器缺失、时间紧迫等困难时，他们也毫不气馁，通过寄送样品等方式，克服重重阻碍，最终完成了审稿人的要求。这段经历让潘林枫博士感慨良多：“当时压力确实很大，我甚至考虑亲自去瑞士做实验。但最终，我们还是依靠团队的力量和坚持不懈的努力，成功解决了所有问题。”他的这番话，不仅展现了科研人员的坚韧与毅力，更让我们看到了团队合作的力量和科研探索的无限可能。

在回复意见即将画上句号的时刻，潘林枫与团队中的一位波兰同事成为了深夜办公室的常客，两人经常并肩作战至凌晨一两点，因此被同事们戏称为“守夜人”。这段日子，他们如同探险者般在科学的海洋中奋力前行。为了完善实验，他们投入了近五个月的辛勤努力；为了撰写回复意见，又倾注了三个多月的心血与汗水。最终，这份回复意见洋洋洒洒地达到了六十多页的篇幅，经过了导师的四次反复打磨，才再次勇敢地投向了学术的殿堂。幸运的是，他们的努力得到了编辑和审稿人的认可，这无疑是对他们辛勤付出的最好回报。这次经历让潘林枫深刻体会到了在顶尖期刊上发表论文的艰难。

从2022年12月首次投稿，到文章最终发表，他们历经了一年多的漫长等待与反复打磨。但正是这份坚持与执着，让他们的研究成果得以在Nature这样的国际顶级期刊上亮相。这项研究之所以受到如此高度的认可，是因为它为所有氧化物半导体提供了一个优化性能的解决方案。这一创新性的发现不仅为氧化物半导体的研究开辟了新的道路，也为相关领域的研究者提供了新的思路和方法。此外，该研究还提供了一系列针对各项测试的表征方法，无论是太阳能电池、探测器还是晶体管等研究，都可以从中汲取灵感，借鉴这套独特的测试方法。潘林枫和他的团队用他们的坚持和智慧，为我们展示了科学研究的魅力和价值。他们的故事告诉我们，只要我们有足够的热情和毅力，就能够攀登到科学的高峰，为人类文明的发展贡献自己的力量。

遇到好导师很重要

你是否曾认为运气只是飘渺的概念，成就全靠个人的努力和天赋？然而，在潘林枫的眼中，运气却如同一把神奇的钥匙，能开启人生新的大门。而其中，最令他感激的运气，无疑是遇到了那些引领他前行的导师们。潘林枫的求学之路充满了精彩与挑战。他在南京工业大学度过了本科岁月，又在华东理工大学获得硕士学位。但他不满足于现状，怀揣着对知识的渴望和对世界的好奇，他远赴瑞士洛桑联邦理工学院，在Michael Grätzel课题组继续深造。 Grätzel教授，这位世界闻名的光电材料化学家，被誉为染料敏化太阳能电池之父。他的学术造诣深厚，见解独到，对潘林枫产生了深远的影响。在Grätzel教授的指导下，潘林枫不仅学术上取得了显著的进步，更在人生道路上获得了宝贵的启示。而在读博期间，潘林枫还有幸遇到了另一位导师——Anders Hagfeldt。Hagfeldt教授不仅在工作上给予他悉心的指导，更在生活中像朋友一样关照他。

当潘林枫面临工作与家庭难以平衡的困扰时，Hagfeldt教授总是耐心地倾听并提供建议，帮助他度过了那段艰难的时光。博士毕业后，潘林枫渴望独立带领课题组，但跟随名声显赫的Grätzel教授，他发现自己难以得到足够的锻炼。于是，他做出了一个勇敢的决定——前往Stranks实验室做博士后。Stranks教授是一个理性、严谨且高效的科学家，他的反馈速度快，为潘林枫的研究提供了大量资源。更重要的是，Stranks教授现代化的管理模式让潘林枫受益匪浅，为他未来的科研之路奠定了坚实的基础。回顾潘林枫的求学之路，我们不难发现，运气与努力、天赋同样重要。正是那些指引他前行的导师们，让他在人生的道路上不断前行，绽放出耀眼的光芒。

Sam Stranks课题组合影。受访者供图

好的导师能营造好的实验室科研氛围。虽然欧洲的科研节奏比中国、美国慢很多，但潘林枫所在的课题组非常有名，总体节奏非常快。“我们的工作强度很大，做实验从早上9点到晚上11点是常态，但因为周围的人都特别努力，跟他们交流和学习很开心，所以也不会觉得累。我真的很喜欢这种志同道合为科研奋斗的氛围。”

幸得妻子全力支持

潘林枫之所以能够取得今日的成绩，离不开一位默默奉献的佳人——他的妻子。这位同样在洛桑联邦理工学院攻读博士学位的贤内助，不仅拥有深厚的学术背景，更是他人生旅程中不可多得的坚强后盾。两人的生活原本温馨而平静，然而新冠疫情的爆发却给他们带来了不小的挑战。在那段艰难的日子里，潘林枫的科研工作遭受了不小的冲击。当科研所需的仪器姗姗来迟，终于经过一年半的漫长等待才寄到手中时，他的妻子毅然决然地担起了照顾家庭和孩子的重任，用无私的奉献和坚定的支持，为潘林枫筑起了一个温馨的避风港。这对志同道合的夫妻，常常在科研的道路上相互扶持、共同进步。他们共同探讨学术前沿，交流职业发展，潘林枫更是从妻子的观点中汲取智慧，不断修正自己的错误。这种默契与理解，使得他们的感情愈发深厚，也为彼此的学术事业注入了源源不断的动力。尽管在国外生活和工作多年，但潘林枫的心中始终牵挂着祖国。

当他做出回国的决定时，妻子毫不犹豫地给予了坚定的支持。有了妻子的鼓励和支持，潘林枫在论文被接收后便迫不及待地踏上了归国的征程。他马不停蹄地奔波于苏州、杭州、上海等地，寻找心仪的高校，希望能将自己的所学所长贡献给祖国的科研事业。如今，潘林枫即将入职一所享有盛誉的“985”高校，开启新的学术征程。他深知国家对青年科研人才的支持力度日益加大，回国发展的时机已经成熟。同时，他也看到了国内在太阳能燃料光谱测试研究领域的巨大缺口，希望能够利用自己在国外的知识积累和经验，为国内相关研究搭建起一个高水平的实验室平台，推动这个领域的研究加速发展。在未来的日子里，潘林枫将带着妻子的祝福和期望，在祖国的科研事业上不断耕耘、不断收获，用自己的智慧和汗水书写更加辉煌的篇章。

来源：科学网

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