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)略性關鍵資源。
而在稀土研究領域有這樣一位學者，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，美國斯坦福大學與Elsevier聯(lián)合發(fā)布2022年度“全球前2%頂尖科學家榜單”，他再次入選。他就是中國科學院深圳先進技術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）（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，讓我們走進薛冬峰的實驗室，了解他與稀土晶體材料的不解之緣。
攻克國家“卡脖子”技術難題
這是責任
“我個人有比較強的好奇心和求知欲，圍繞事物的What、How、Why不斷深入研究，這是我進入化學領域的內(nèi)心驅(qū)動力。”
1998年，薛冬峰于中國科學院長春應用化學研究所獲得無機化學博士學位。他本科和研究生所學都是化學專業(yè)，一種對探究未知事物之本質(zhì)的執(zhí)著，驅(qū)動他多年鉆研著稀土晶體材料學方向的研究課題。
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...當時國外高開放程度的實驗室、先進的設備以及高比例的國際科研人員，對他形成了一定沖擊，他也在這個過程中明晰了自己的發(fā)展方向。
“我想要做成一個東西，它能夠看得見摸得著，能夠擺到展臺上去。化學應該有一個載體，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”，材料學是一類應用性強、服務社會量大而面廣的研究方向。
薛冬峰有一個夢想，他希望能夠把研究成果應用于實際，他認為科研工作的創(chuàng)新活動理應與社會經(jīng)濟發(fā)展密切關聯(lián)，這也是他深耕于此領域多年的原因。
抓住國內(nèi)學科交叉建設與人才培養(yǎng)的時代需要，2003年，薛冬峰回到了祖國，開始真正投身于稀土晶體材料學研究。
“回國前，我的導師對我說，獨立工作意味著你將承擔更多的責任。回國時我只是一個年輕教授，面臨著許多全新的規(guī)劃。角色不一樣，承擔的責任也不一樣。”
從“運動員”向“教練員”的身份轉變，憑借著一份沉甸甸的責任感，薛冬峰一步步實現(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域的學者，共同創(chuàng)建了中國稀土學會稀土晶體專業(yè)委會。晶體在稀土產(chǎn)品中具有很高的價值，為促進稀土資源的高值化利用，他在學術界和產(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實驗室主任和晶體材料國家重點實驗室主任、創(chuàng)新了大尺寸晶體材料的快速制備理論和技術、兼任10余種學術期刊編委、多項科研成果獲國家級及省級獎項、獲得國家杰出青年科學基金、成為國家級科技創(chuàng)新領軍人才......一個個技術難點得以攻關，一項項榮譽也紛至沓來。
對于這些成果，他有著自己樸實的歸因。“國家現(xiàn)在面臨的多項‘卡脖子’技術中，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識和看待的。它似乎遠離于我們的日常生活，但其實我們的手機、LED、電腦、汽車……都用到了稀土材料。它無處不在，甚至在許多應用領域中都處于不可替代的地位。
“其實稀土不‘稀’、也不‘土’。”薛冬峰首先將筆者對稀土的認知進行了糾偏。
“稀”是一個相對概念。說稀土不稀主要是因為其儲量并不少，我國的儲量位居全球首位。之所以被說“稀”是因為它異常珍貴，總儲量多但具備開采價值的卻少，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”則指的是它的應用端并不“土”，反而十分“高大上”。
稀土被稱為“萬能之土”，廣泛應用于先進工業(yè)、軍事國防、醫(yī)療設備、農(nóng)業(yè)等行業(yè)，是新材料制造的重要依托和關系尖端國防技術開發(fā)的關鍵性資源，稀土在高新技術上的獨特性也決定了它與國家安全息息相關。
“想替代稀土，除非有極其高超的技術，但目前很難做到。”對于稀土資源利用的重要價值，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，我國在稀土儲量、產(chǎn)量、出口量、冶煉技術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)濟效益不言而喻。
對于稀土新材料在“雙碳”目標中發(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。
稀土性能與應用。圖源文獻：Thibault Cheisson and Eric J. Schelter, Science 2019;363:489-493
在能源存儲與轉化、尾氣廢氣催化轉化、二氧化碳電催化、風力發(fā)電、新能源汽車、高鐵、節(jié)能家電等領域，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的關鍵原材料，我們可以將原材料做成磁性材料，而磁材可運用在電動車、高鐵等。利用稀土提高磁材的性能，在某種程度上就促進了‘雙碳’減碳。另外稀土還可以作為很好的催化材料，可以儲氫。”
談及國家對于碳中和發(fā)展的戰(zhàn)略部署，薛冬峰目光炯炯。“‘雙碳’問題是人類文明進步發(fā)展的一個重要環(huán)節(jié)，它有很強的人文情懷在里邊。人類生存的四大要素包括能源、糧食、土地和水，而碳中和歸根結底是能源的變革，會影響到人一系列的生活習慣，因此太多對眼前事物的認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“稀”望之土發(fā)揮經(jīng)濟價值
11月3日，廣東省人民政府辦公廳印發(fā)《關于支持韶關建設國家老工業(yè)城市和資源型城市產(chǎn)業(yè)轉型升級示范區(qū)若干意見的通知》，文件中明確指出韶關要做強稀土等有色金屬產(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，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，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，那么如何將資源優(yōu)勢化為經(jīng)濟優(yōu)勢？正在參與韶關發(fā)展與建設工作的薛冬峰給出了專業(yè)建議。
針對稀土資源在開發(fā)時難免會造成環(huán)境的影響，薛冬峰指出，韶關在開采時，需要注意準確分析礦石的各種元素，針對不同的礦石來源，采取不同的分離提取流程，選擇先進的、綠色的萃取體系，使有價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現(xiàn)對環(huán)境的保護。
在高值化應用方面，薛冬峰表示，稀土包含17種元素，輕、重稀土的應用場景、價值和需求量不同，韶關需要解決稀土資源平衡利用問題，拓展輕稀土的應用方向。同時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回收利用與之伴生的有價元素，從而降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。
站在宏觀視角，他總結道，稀土的價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)濟優(yōu)勢則多集中在高端應用領域，所以韶關要立足自主開發(fā)、技術創(chuàng)新，把稀土應用推向更廣、更高的科技領域，才能真正把稀土資源優(yōu)勢充分轉變?yōu)榻?jīng)濟優(yōu)勢，提高我國稀土深加工在國際市場上的競爭力。
“目前已有許多強勢的產(chǎn)業(yè)鏈布局在韶關，我相信韶關的產(chǎn)業(yè)，會隨著稀土的綠色開采，不斷促進高端技術產(chǎn)品的涌現(xiàn)。”薛冬峰認為韶關在稀土新材料方面的發(fā)展充滿希望。
結合韶關自然資源稟賦優(yōu)勢與數(shù)據(jù)中心集群建設規(guī)劃，基于薛冬峰及其團隊的科研成果強項，薛冬峰期望從材料和裝備方面為韶關碳中和發(fā)展貢獻力量。
申報韶關市人才工程“南嶺團隊”及“丹霞英才”計劃項目、孵化企業(yè)開展科技成果轉化及項目落地示范……今年，在碳研院的幫助下，薛冬峰帶著團隊及技術前往韶關，尋找應用場景。
截至目前，薛冬峰已攜手碳研院在韶成立魔晶科技（韶關）有限公司與氫圖科技（韶關）有限公司。據(jù)了解，氫圖公司致力于氫能源技術研發(fā)，將氫能技術應用到韶關發(fā)展實際中，推進綠色低碳科技創(chuàng)新。魔晶公司則面向工業(yè)軟件“卡脖子”技術領域，實現(xiàn)韶關材料制備裝備的自動化與智能化。
采訪的最后，薛冬峰談及他對韶關的印象，“韶關政策讓科技創(chuàng)新策源能力握指成拳，有實效且可持續(xù)。韶關對高科技的接納能力高，韶關市領導和碳研院的伙伴們都比較務實，碳研院也給予了我們很大的信任與幫助。韶關人很樸實親切，人文與自然環(huán)境都非常好，與深圳是互補的存在。”
人物簡介
薛冬峰，博士生導師，國家級科技創(chuàng)新領軍人才。現(xiàn)任深圳理工大學科研講席教授、深圳先進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)展專家咨詢委員會委員、中國建筑材料聯(lián)合會專家委員會新材料學部委員、英國皇家化學會會士、國際先進材料協(xié)會會士。曾任中科院長春應化所副所長、稀土資源利用國家重點實驗室主任；山東大學晶體材料國家重點實驗室主任、晶體材料研究所所長；分別在德國奧斯那布魯克大學物理系做洪堡學者、加拿大渥太華大學化學系博士后、日本國立材料科學研究所JSPS特別研究員、新加坡國立大學機械工程系高級訪問學者、西澳大利亞大學Gledden高級訪問學者開展科研工作。
薛冬峰累計發(fā)表學術論文600余篇，他引10000余次，兩次入選全球前2%頂尖科學家榜單，兼任英國皇家化學會《晶體工程通訊》、《中國稀土學報》等10余種學術期刊編委。曾獲2018年中國顆粒學會自然科學獎一等獎、2019年國際純粹與應用化學聯(lián)合（IUPAC&NMS）及新型材料及其合成杰出獎、2020年湖南省自然科學獎一等獎、2021年獲中國化工學會科學技術獎基礎研究成果獎二等獎、2022年年度無機化工科學技術獎技術發(fā)明獎一等獎、2022年山東省科學技術進步獎一等獎等獎項。
