自“碳中和競賽”開啟后，稀土資源逐步站上了綠色變革的新賽場，越來越多國家將它定義為支撐碳中和發(fā)展的戰(zhàn)略性關(guān)鍵資源。
而在稀土研究領(lǐng)域有這樣一位學(xué)者，他在鉆研稀土材料的路上，已經(jīng)走過了近30年，并且仍在不斷探索前行中。
前不久，美國斯坦福大學(xué)與Elsevier聯(lián)合發(fā)布2022年度“全球前2%頂尖科學(xué)家榜單”，他再次入選。他就是中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院多尺度晶體材料研究中心主任、廣東碳中和研究院（韶關(guān)）（以下簡稱碳研院）生態(tài)循環(huán)中心主任——薛冬峰。
本期“碳”索智匯專訪欄目，讓我們走進(jìn)薛冬峰的實(shí)驗(yàn)室，了解他與稀土晶體材料的不解之緣。
攻克國家“卡脖子”技術(shù)難題
這是責(zé)任
“我個(gè)人有比較強(qiáng)的好奇心和求知欲，圍繞事物的What、How、Why不斷深入研究，這是我進(jìn)入化學(xué)領(lǐng)域的內(nèi)心驅(qū)動(dòng)力。”
1998年，薛冬峰于中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所獲得無機(jī)化學(xué)博士學(xué)位。他本科和研究生所學(xué)都是化學(xué)專業(yè)，一種對(duì)探究未知事物之本質(zhì)的執(zhí)著，驅(qū)動(dòng)他多年鉆研著稀土晶體材料學(xué)方向的研究課題。
薛冬峰有著多年且豐富的海外科研經(jīng)歷，他去到了日本、德國、加拿大、澳大利亞...當(dāng)時(shí)國外高開放程度的實(shí)驗(yàn)室、先進(jìn)的設(shè)備以及高比例的國際科研人員，對(duì)他形成了一定沖擊，他也在這個(gè)過程中明晰了自己的發(fā)展方向。
“我想要做成一個(gè)東西，它能夠看得見摸得著，能夠擺到展臺(tái)上去。化學(xué)應(yīng)該有一個(gè)載體，可以走向材料，做成晶體，做成各種各樣的粉末與薄膜。”
人們常說“料要成材，材要成器，器要好用”，材料學(xué)是一類應(yīng)用性強(qiáng)、服務(wù)社會(huì)量大而面廣的研究方向。
薛冬峰有一個(gè)夢(mèng)想，他希望能夠把研究成果應(yīng)用于實(shí)際，他認(rèn)為科研工作的創(chuàng)新活動(dòng)理應(yīng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切關(guān)聯(lián)，這也是他深耕于此領(lǐng)域多年的原因。
抓住國內(nèi)學(xué)科交叉建設(shè)與人才培養(yǎng)的時(shí)代需要，2003年，薛冬峰回到了祖國，開始真正投身于稀土晶體材料學(xué)研究。
“回國前，我的導(dǎo)師對(duì)我說，獨(dú)立工作意味著你將承擔(dān)更多的責(zé)任。回國時(shí)我只是一個(gè)年輕教授，面臨著許多全新的規(guī)劃。角色不一樣，承擔(dān)的責(zé)任也不一樣。”
從“運(yùn)動(dòng)員”向“教練員”的身份轉(zhuǎn)變，憑借著一份沉甸甸的責(zé)任感，薛冬峰一步步實(shí)現(xiàn)著自己的科技理想。
2019年，薛冬峰聯(lián)合國內(nèi)德高望重的稀土晶體材料領(lǐng)域的學(xué)者，共同創(chuàng)建了中國稀土學(xué)會(huì)稀土晶體專業(yè)委會(huì)。晶體在稀土產(chǎn)品中具有很高的價(jià)值，為促進(jìn)稀土資源的高值化利用，他在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界本質(zhì)性地提出了“稀土晶體”概念，希望將稀土元素應(yīng)用于高端材料產(chǎn)業(yè)。
回國后，他分別受聘于稀土資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任和晶體材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、創(chuàng)新了大尺寸晶體材料的快速制備理論和技術(shù)、兼任10余種學(xué)術(shù)期刊編委、多項(xiàng)科研成果獲國家級(jí)及省級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)、獲得國家杰出青年科學(xué)基金、成為國家級(jí)科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才......一個(gè)個(gè)技術(shù)難點(diǎn)得以攻關(guān)，一項(xiàng)項(xiàng)榮譽(yù)也紛至沓來。
對(duì)于這些成果，他有著自己樸實(shí)的歸因。“國家現(xiàn)在面臨的多項(xiàng)‘卡脖子’技術(shù)中，一半以上都是材料和裝備問題。材料難題亟需我們的攻克，這是我們的責(zé)任。”
稀土是“萬能之土”
不稀也不土
提到稀土，人們大多都是站在資源角度去認(rèn)識(shí)和看待的。它似乎遠(yuǎn)離于我們的日常生活，但其實(shí)我們的手機(jī)、LED、電腦、汽車……都用到了稀土材料。它無處不在，甚至在許多應(yīng)用領(lǐng)域中都處于不可替代的地位。
“其實(shí)稀土不‘稀’、也不‘土’。”薛冬峰首先將筆者對(duì)稀土的認(rèn)知進(jìn)行了糾偏。
“稀”是一個(gè)相對(duì)概念。說稀土不稀主要是因?yàn)槠鋬?chǔ)量并不少，我國的儲(chǔ)量位居全球首位。之所以被說“稀”是因?yàn)樗惓Ｕ滟F，總儲(chǔ)量多但具備開采價(jià)值的卻少，且稀土資源具有不可再生性、稀土元素的分離提純和加工難度都較大。
不“土”則指的是它的應(yīng)用端并不“土”，反而十分“高大上”。
稀土被稱為“萬能之土”，廣泛應(yīng)用于先進(jìn)工業(yè)、軍事國防、醫(yī)療設(shè)備、農(nóng)業(yè)等行業(yè)，是新材料制造的重要依托和關(guān)系尖端國防技術(shù)開發(fā)的關(guān)鍵性資源，稀土在高新技術(shù)上的獨(dú)特性也決定了它與國家安全息息相關(guān)。
“想替代稀土，除非有極其高超的技術(shù)，但目前很難做到。”對(duì)于稀土資源利用的重要價(jià)值，薛冬峰給出了肯定的答案。
作為國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家，薛冬峰指出，我國在稀土儲(chǔ)量、產(chǎn)量、出口量、冶煉技術(shù)等方面都位居世界前列，已在全球范圍內(nèi)建立起完整的稀土產(chǎn)業(yè)鏈，經(jīng)濟(jì)效益不言而喻。
對(duì)于稀土新材料在“雙碳”目標(biāo)中發(fā)揮的作用，薛冬峰告訴筆者，由于稀土元素具有優(yōu)良的光電磁等物理特性，能與其他材料組成性能各異、品種繁多的新型材料，其最顯著功能就是可大幅度提高其他產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。
稀土性能與應(yīng)用。圖源文獻(xiàn)：Thibault Cheisson and Eric J. Schelter, Science 2019;363:489-493
在能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化、尾氣廢氣催化轉(zhuǎn)化、二氧化碳電催化、風(fēng)力發(fā)電、新能源汽車、高鐵、節(jié)能家電等領(lǐng)域，稀土功能材料都表現(xiàn)出了極大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>
“稀土資源是低碳清潔技術(shù)的關(guān)鍵原材料，我們可以將原材料做成磁性材料，而磁材可運(yùn)用在電動(dòng)車、高鐵等。利用稀土提高磁材的性能，在某種程度上就促進(jìn)了‘雙碳’減碳。另外稀土還可以作為很好的催化材料，可以儲(chǔ)氫。”
談及國家對(duì)于碳中和發(fā)展的戰(zhàn)略部署，薛冬峰目光炯炯。“‘雙碳’問題是人類文明進(jìn)步發(fā)展的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它有很強(qiáng)的人文情懷在里邊。人類生存的四大要素包括能源、糧食、土地和水，而碳中和歸根結(jié)底是能源的變革，會(huì)影響到人一系列的生活習(xí)慣，因此太多對(duì)眼前事物的認(rèn)知信息需要人們更新。我很慶幸我們國家在這條路上走的很正確，而且效率很高。”
綠色利用
讓韶關(guān)“稀”望之土發(fā)揮經(jīng)濟(jì)價(jià)值
11月3日，廣東省人民政府辦公廳印發(fā)《關(guān)于支持韶關(guān)建設(shè)國家老工業(yè)城市和資源型城市產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)示范區(qū)若干意見的通知》，文件中明確指出韶關(guān)要做強(qiáng)稀土等有色金屬產(chǎn)業(yè)，支持珠三角地區(qū)環(huán)保型新材料企業(yè)布局韶關(guān)，延伸發(fā)展深加工環(huán)節(jié)。
作為重稀土礦集中分布區(qū)的韶關(guān)，一直以來也高度重視稀土資源的綠色開發(fā)利用和產(chǎn)業(yè)建設(shè)，那么如何將資源優(yōu)勢(shì)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)？正在參與韶關(guān)發(fā)展與建設(shè)工作的薛冬峰給出了專業(yè)建議。
針對(duì)稀土資源在開發(fā)時(shí)難免會(huì)造成環(huán)境的影響，薛冬峰指出，韶關(guān)在開采時(shí)，需要注意準(zhǔn)確分析礦石的各種元素，針對(duì)不同的礦石來源，采取不同的分離提取流程，選擇先進(jìn)的、綠色的萃取體系，使有價(jià)元素分離后的尾礦再回流到自然環(huán)境后，從源頭上最大程度實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的保護(hù)。
在高值化應(yīng)用方面，薛冬峰表示，稀土包含17種元素，輕、重稀土的應(yīng)用場景、價(jià)值和需求量不同，韶關(guān)需要解決稀土資源平衡利用問題，拓展輕稀土的應(yīng)用方向。同時(shí)也要考慮充分利用稀土的伴生資源，可在開采稀土元素的同時(shí)回收利用與之伴生的有價(jià)元素，從而降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
站在宏觀視角，他總結(jié)道，稀土的價(jià)值在于深加工和高科技利用。我國高端產(chǎn)品產(chǎn)能不足，而稀土的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)則多集中在高端應(yīng)用領(lǐng)域，所以韶關(guān)要立足自主開發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新，把稀土應(yīng)用推向更廣、更高的科技領(lǐng)域，才能真正把稀土資源優(yōu)勢(shì)充分轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，提高我國稀土深加工在國際市場上的競爭力。
“目前已有許多強(qiáng)勢(shì)的產(chǎn)業(yè)鏈布局在韶關(guān)，我相信韶關(guān)的產(chǎn)業(yè)，會(huì)隨著稀土的綠色開采，不斷促進(jìn)高端技術(shù)產(chǎn)品的涌現(xiàn)。”薛冬峰認(rèn)為韶關(guān)在稀土新材料方面的發(fā)展充滿希望。
結(jié)合韶關(guān)自然資源稟賦優(yōu)勢(shì)與數(shù)據(jù)中心集群建設(shè)規(guī)劃，基于薛冬峰及其團(tuán)隊(duì)的科研成果強(qiáng)項(xiàng)，薛冬峰期望從材料和裝備方面為韶關(guān)碳中和發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
申報(bào)韶關(guān)市人才工程“南嶺團(tuán)隊(duì)”及“丹霞英才”計(jì)劃項(xiàng)目、孵化企業(yè)開展科技成果轉(zhuǎn)化及項(xiàng)目落地示范……今年，在碳研院的幫助下，薛冬峰帶著團(tuán)隊(duì)及技術(shù)前往韶關(guān)，尋找應(yīng)用場景。
截至目前，薛冬峰已攜手碳研院在韶成立魔晶科技（韶關(guān)）有限公司與氫圖科技（韶關(guān)）有限公司。據(jù)了解，氫圖公司致力于氫能源技術(shù)研發(fā)，將氫能技術(shù)應(yīng)用到韶關(guān)發(fā)展實(shí)際中，推進(jìn)綠色低碳科技創(chuàng)新。魔晶公司則面向工業(yè)軟件“卡脖子”技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)韶關(guān)材料制備裝備的自動(dòng)化與智能化。
采訪的最后，薛冬峰談及他對(duì)韶關(guān)的印象，“韶關(guān)政策讓科技創(chuàng)新策源能力握指成拳，有實(shí)效且可持續(xù)。韶關(guān)對(duì)高科技的接納能力高，韶關(guān)市領(lǐng)導(dǎo)和碳研院的伙伴們都比較務(wù)實(shí)，碳研院也給予了我們很大的信任與幫助。韶關(guān)人很樸實(shí)親切，人文與自然環(huán)境都非常好，與深圳是互補(bǔ)的存在。”
人物簡介
薛冬峰，博士生導(dǎo)師，國家級(jí)科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才。現(xiàn)任深圳理工大學(xué)科研講席教授、深圳先進(jìn)院多尺度晶體材料研究中心主任、碳研院生態(tài)循環(huán)中心主任、國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會(huì)委員、中國建筑材料聯(lián)合會(huì)專家委員會(huì)新材料學(xué)部委員、英國皇家化學(xué)會(huì)會(huì)士、國際先進(jìn)材料協(xié)會(huì)會(huì)士。曾任中科院長春應(yīng)化所副所長、稀土資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任；山東大學(xué)晶體材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、晶體材料研究所所長；分別在德國奧斯那布魯克大學(xué)物理系做洪堡學(xué)者、加拿大渥太華大學(xué)化學(xué)系博士后、日本國立材料科學(xué)研究所JSPS特別研究員、新加坡國立大學(xué)機(jī)械工程系高級(jí)訪問學(xué)者、西澳大利亞大學(xué)Gledden高級(jí)訪問學(xué)者開展科研工作。
薛冬峰累計(jì)發(fā)表學(xué)術(shù)論文600余篇，他引10000余次，兩次入選全球前2%頂尖科學(xué)家榜單，兼任英國皇家化學(xué)會(huì)《晶體工程通訊》、《中國稀土學(xué)報(bào)》等10余種學(xué)術(shù)期刊編委。曾獲2018年中國顆粒學(xué)會(huì)自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、2019年國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合（IUPAC&NMS）及新型材料及其合成杰出獎(jiǎng)、2020年湖南省自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、2021年獲中國化工學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)基礎(chǔ)研究成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、2022年年度無機(jī)化工科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、2022年山東省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。
