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青年科学家张健:探寻无机化学风景 力解能源环境难题

2018年12月13日 14:05 来源:中国新闻网 参与互动 
青年科学家张健:探寻无机化学风景力解能源环境难题
    张健在办公室。中科院 供图

  中新网上海12月13日电 题:青年科学家张健:探寻无机化学风景 力解能源环境难题

  作者 郑莹莹

  对40岁的中国科学院福建物质结构研究所研究员张健而言,化学是门奇妙的学科,而他用它来探索能源环境难题。

  张健1978年出生于中国湖南省,高中时便参加化学奥林匹克竞赛,并曾因为拿到该省一等奖而被保送到知名学府厦门大学。

  作为一名酷爱者,在张健的眼里,化学一直是门奇妙的学科,“两种化合物通过化学反应,得到一种新的化合物,带来新性能,开始新应用,化学这门学科虽基础,但很奇妙。”

  2001年,张健在厦门大学化学系读完4年书后,进入中国科学院福建物质结构研究所攻读硕士、博士研究生,此时,他对化学又有了一层认识,重点不在“新”,而在“深”。

  在研究生阶段,他从事无机晶体结构,“通过X射线,能很深入地明白和理解一个化合物如何通过原子或者分子来连接、堆积形成,还可以知道一个物质的结构和它的性能有什么样的关系,那时感觉‘物质的世界’非常精彩。”

张健在实验室。中科院 供图
张健在实验室。中科院 供图

  2009年,在赴国外做了3年博士后之后,张健回到中国科学院福建物质结构研究所,独立带了一个60多人的大课题组,延续了对化学的“挖掘”:创造新物质,解决能源与环境难题。

  张健介绍,他主要做两个方向的研究:从2009年开始的类沸石分子筛化合物,以及从2015年开始的氧化钛研究。

  选择这两个方向,张健说,一方面是基于自己原来结构化学的研究背景;另一方面,则是面向国家需求,因为能源存储利用对国家发展非常重要。

  关于类沸石分子筛化合物的应用,他举例说,有些出租车使用天然气,车上的储气罐一般存储80升左右的天然气,跑200公里左右;如果能将类沸石分子筛化合物放到气罐里,由于它能增加气体分子吸附、存储能力,同样大的储气罐就可以存储原来3倍的天然气,这样出租车跑个600公里才需加注天然气,这将有力促进清洁能源的使用。

  所谓的类沸石,是模拟自然界中已知的矿石——沸石,它在工业上有广泛应用,可用于气体吸附、分离、催化等等。

  张健解释,自然界中的沸石有一定的局限性,比如孔径和比表面积比较小,而课题组在开发孔径更大、比表面积更大的类沸石材料,“如果做出来,比起现有沸石,新的材料能装更大尺寸的分子,就可以在有机催化领域发挥更大的功能,比如,用于储存甲烷气体,还有一些尺寸比较大的乙烯、乙炔、丙烯、丙炔等等。”

  他介绍,目前课题组已开发了一系列类沸石分子筛化合物,但到具体转化应用还有一定距离。比如,课题组于2012年创制出了具有2.6纳米孔径的分子筛型材料,是当时世界上具有最大孔径的类沸石分子筛化合物,为一些大尺寸分子的分离应用奠定了基础。

  他研究的第二类则是氧化钛材料,具体是从结构的角度,去分析和改造氧化钛的光催化性能。张健介绍,课题组创制了一系列具有半导体性能的氧化钛材料,这类新物质具有优异的光催化性能,能与其它一些新材料一起,高效利用可见光去分解水产生氢,为解决能源与环境问题提供良好的材料基础。

  关于这两块研究,他介绍,类沸石分子筛化合物方面处于国际并跑阶段,而氧化钛研究方面处于国际领先水平。

  生于1978年,张健说,自己这代人还是很幸运的一代,所处的教育环境、科研平台等都有很大提高,“特别是近10年来,中国变化非常大,国家在科研领域投入很大,对科学家十分重视,尤其重视年轻科学家,从人才政策、经费资助等多方面帮助这一代人科研人才尽快成长。”

  四十不惑,张健说,自己没有特别远大的目标,只想踏踏实实走好每一步,最大的一个规划就是把科研队伍带好,把所致力的两个方向研究都做到国际领先。(完)

【编辑:刘湃】

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