陳成猛：求新求變的“炭”究者

【奮進者】

◎本報記者 韓 榮

“求新求變”，是同事對中國科學院山西煤炭化學研究所研究員陳成猛的一致評價。“他們過獎了，我就是有些‘不安分’。”陳成猛日前對科技日報記者説。

回看陳成猛的履歷，他確實不算一個“安分”的人。從鑽研礦物加工到研究石墨烯，從製備電容炭到研發鈉離子電池負極材料，他和團隊成員在炭材料世界不斷髮掘研發方向，進行新的嘗試。

今年，陳成猛獲得2023年度中國科學院青年科學家稱號。

“就是想做點不一樣的”

2006年，陳成猛從中國礦業大學礦物加工專業畢業。和很多應屆生一樣，當時陳成猛面臨人生重要選擇——就業還是繼續深造。

當時，礦物加工專業畢業生是不少用人單位眼中的“香餑餑”，陳成猛的同學多數進入煤礦採選企業工作或在本專業繼續深造，但他“就是想做點不一樣的”。

這樣的想法於2004年就已在陳成猛心中萌芽。當時，英國曼徹斯特大學科學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫發現了石墨烯。這種新材料深深地吸引了陳成猛。

他介紹，作為一種新材料，石墨烯被稱為“材料之王”，是一種二維碳納米材料，是世界上已知最輕、最薄的材料，擁有優越的導熱性、極低的電阻率。

讀博後，在導師的安排下，陳成猛開始探索用氧化還原法制備石墨烯。

彼時，我國對石墨烯的研究才剛起步，可供查閲的資料非常有限。為了研究石墨烯，陳成猛不斷閲讀相關書籍、改進製備方法。2012年獲得博士學位後，陳成猛在中國科學院山西煤炭化學研究所牽頭成立了首個以石墨烯為主攻方向的課題組，擔任課題組長，並嘗試建設一條噸級石墨烯中試生產線（以下簡稱“生產線”）。

陳成猛回憶，成立之初團隊只有兩個人，實驗室所有設備都需搭建。他們在購置了一些必備的實驗儀器和材料後，科研經費就所剩無幾了。

即便條件艱苦，陳成猛也沒想過放棄，而是帶領課題組想盡辦法建設生產線。在不懈努力下，他們掌握了批量化生產石墨烯的核心技術，生產線成功落地並穩定運行。

“老路走不通就換條新路”

儘管取得了不錯的成績，但陳成猛沒有停下腳步。

2015年，陳成猛帶着課題組生產的石墨烯產品與下游廠商溝通，討論石墨烯在超級電容器中應用的可能性。其間，一位廠商代表向他諮詢：“目前，只有少數海外企業掌握電容炭相關技術。我們不得不高價購置相關材料，採購週期較長。陳老師，您能帶領團隊試試搞這方面的研發嗎？”

超級電容器是介於傳統電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置，具有較高的比功率、較寬的工作温度範圍和極長的使用壽命，且對環境無污染。而電容炭作為超級電容器的電極材料，是一種研製難度極高的多孔活性炭。

回到單位後，陳成猛就開始着手研製電容炭。一般來説，製備電容炭的材料有3類：第一類是生物質材料，如椰殼炭；第二類是礦物材料，包括石油瀝青和煤瀝青等；第三類是酚醛樹脂等高分子材料。

“但這些材料有的價格太高，有的性能不佳。我們嘗試了幾十種材料，結果都不達標。”陳成猛回憶，“既然老路走不通就換條新路，我們自己研發新的製備方法。”

經過多次嘗試，陳成猛和同事開發了澱粉基電容炭製備工藝。用這種方法制備電容炭，只需一種材料——澱粉。澱粉來源廣泛、成本可控，可大幅降低生產成本。此外，利用這種工藝批量生產的電容炭產品，技術指標達到國際先進水平。

“不能讓成果‘躺’在實驗室”

“科研人員要研發產業需要的技術，不能讓成果‘躺’在實驗室。”這是陳成猛掛在嘴邊的話。他是這麼説的，也是這麼做的。

2021年，陳成猛偶然得知，多家企業急需鈉離子電池負極材料——硬炭。

“鈉離子電池具有生產成本低、安全性能高等優勢，近年來備受關注。”陳成猛介紹，作為一種新型負極材料，硬炭結構穩定、工作電勢較低，是鈉離子電池理想的負極材料。不過，彼時我國硬炭依賴進口，他想打破這種局面。

此後，陳成猛帶領團隊成員用一年多的時間，研發出一種生物質基硬炭。然而，後續成果轉化之路並不好走。生物質基硬炭製備成本高、壓實密度低，產品化難度較大。

“有問題不怕，關鍵是找到解決方法。”陳成猛回憶，他帶領團隊成員調整“配方”，以儲量豐富、成本低廉的煤、瀝青等礦物材料為原料，研製出性價比高的鈉離子電池硬炭負極材料。

“務實的理想主義者”是陳成猛給自己的評價。

“做理想主義者和求真務實二者並不矛盾。科研工作者要能天馬行空地想象，敢於大膽創新；也要腳踏實地，面向生產一線需求，推動成果落地。”陳成猛説，未來他將繼續帶領科研團隊深入瞭解市場需求，促進技術成果轉化，服務高質量發展。