——记环境友好能源材料国家重点实验室（西南科技大学）环境修复材料国际研究中心主任、科学中国人2017年度人物晏敏皓

　　□　徐芳芳

　　2018年5月,始建于2003年的先进建筑材料四川省重点实验室，历经15年的发展与建设，经中华人民共和国科学技术部批准，成为四川省首个省部共建国家重点实验室——环境友好能源材料国家重点实验室，依托西南科技大学运行与管理。
　　
　　　　　　
　　　　
　　2013年11月深秋的绵阳，迎来了一位海归的青年学者晏敏皓。他曾留学旅居法国10年，在国际知名科研机构（法国国家科研中心、法国丹尼·狄德罗大学以及法国原子能研究所）有着长达8年的先进材料研究和工作经验。入选四川省海外高层次人才“百人计划”，中国科技城绵阳市“千英百团·军民融合高层次创新人才”，科学中国人2017年度人物。现任美国化学学会（ACS）会员，中国微纳米技术学会青年工作委员会委员，中国核学会锕系物理与化学分会理事，中国晶体学会小角散射委员会（筹）委员。
　　2014年，环境友好能源材料国家重点实验室（西南科技大学）环境修复材料国际研究中心正式组建。晏敏皓担任中心主任，带领中心团队致力于核能环境安全与环境友好修复材料的基础科学与应用基础科学研究，所取得的科研成果处于当前国际材料科学、能源与环境安全领域的前沿，部分成果处于国际尖端水平。
　　

海外求学，回国践志

　　从业10多年，晏敏皓致力于充分利用国内外大科学装置，开展针对环境安全与核废物处理处置新材料的基础科学研究。其在锕系核素在地质处置介质环境中的迁移扩散研究和核废物高效处理处置材料以及高效光响应环境修复材料的研究方面取得了较多具有重要学术价值的科研成果，其发表的高质量的论文，在国际学术届相关领域有较大影响力。
　　2003年，晏敏皓留学法国公立曼恩大学（勒芒大学）攻读分子工程与功能材料硕士，硕士学业结束后，晏敏皓一鼓作气接连完成了材料物理博士学业。
　　法国公立曼恩大学是法国知名的综合性大学，严谨的学术精神，让它的教育水平逐年来飞速发展，目前在法国当地享有极高的评价。院校对于学子的培养，除了理论知识的灌输之外，更多的着重在创造性方面，鼓励学子接受新事物、新思想，同时院校与法国各大公司、工厂都有密切合作，为学子们提供了大量进修、工作与实习的机会。
　　在法国公立曼恩大学的5年学业生涯，不但让晏敏皓积累了深厚理论知识，还让他具备了较强的科研创新能力，其后他在法国丹尼·狄德罗大学和法国国家科研中心“复杂系统与材料”实验室展开的博士后工作使他的科研能力进一步得到提升。2010年，结束博士后工作后，晏敏皓顺利进入法国原子能研究所低温与纳米材料实验室任“经理”级研究员。在此期间，晏敏皓依托法国科研署联合研究基金（主研）、法国科研署纳米创新研究基金（主研）与法国科技部博士全额奖学金，利用欧洲同步辐射光源（ESRF）与美国阿贡国家实验室先进光源（APS in ANL）等大科学装置研究了基于“亲水—厌水”效应的自组装调控机理。借助于大科学装置与小角散射技术先进分析手段，晏敏皓首先提出了在纳米尺度范围，能有效地控制表面活性聚合物的自组装新方法。该方法可有效控制其介孔孔道方向并维持其高度有效的空间结构，为高性能新型导向纳米线，传感器列阵以及光电能源传输设备的设计与开发提供了新的设计方案。相关学术成果发表于Applied Physics Letters、Journal of Applied Crystallography等国际知名学术期刊。
　　2013年，晏敏皓主持了四川省海外高层次人才“百人计划”项目“多功能动态纳米仿生纤毛研究”，借此契机，他辞去了法国原子能研究所低温与纳米材料实验室的工作回国发展，选择了环境友好能源材料国家重点实验室（西南科技大学）为落脚点。
　　如今，晏敏皓已经在环境友好能源材料国家重点实验室工作5年了。作为实验室“环境修复材料国际研究中心”的建设者和负责人，他带领中心团队立足于“锕系核素与地质处置屏障材料的作用机制与界面行为”这一关键科学问题，充分利用国内外大科学装置的小角散射技术、掠入射小角散射技术、反射技术等尖端研究设备与手段以及团队配备的小角X射线散射仪，在微观与介观尺度下，研究重要锕系核素在环境介质粘土材料中的界面结构特征与动力学机制，探究锕系核素迁移扩散的本源。这为预测并评估锕系核素在我国核废物地质处置库中的迁移扩散提供了基础科学依据。
　　此外，中心通过对天然处理处置材料巧妙的纳米结构化改性，充分借助大科学装置，从纳米至分子层面，探究了锕系核素胶体在水环境中与地质介质处理处置材料在纳米尺度的相互作用机制以及改性粘土材料对放射性核素的有效吸附、富集以及存储机理机制，为有效阻滞锕系核素在我国核废物地质处置库中的迁移提供了可行的科学方案。
　　今后，中心还将继续依托自己配备的小角X射线散射仪，联合上海光源SSRF、欧洲同步辐射光源ESRF、英国散裂中子源ISIS以及匈牙利布达佩斯中子中BNC，并与中国工程物理研究院中子物理学实验室CMRR深度合作，建设并发展兼顾区域特色与国际学术前沿的“小角散射技术国际研究平台”。旨在建立适合“环境修复材料与核废物处理处置材料”的大科学装置科学研究方法，研究材料内部多尺度结构特征对材料性能的耦合影响，帮助发现材料与结构的匹配优化设计，从宏微多尺度发掘材料与结构潜力。
　　

科研探索，有条不紊

　　回国至今，晏敏皓承担主持了国家自然科学基金重点项目子课题、四川省海外高层次人才“百人计划”、四川省青年科技基金、四川省科技创新团队、留学回国人员科技活动择优资助—国家人社部重点类项目等多项省级以上重点项目；作为第一或通信作者，在ACS Applied Materials & Interfaces, Journal of Hazardous Materials，Applied Surface Science以及Journal of Nuclear Materials 等国际权威学术期刊上发表SCI论文30余篇；曾受邀参加国际著名学术会议并作相关成果的大会及分会报告20余次。
　　晏敏皓的主要研究内容包括：微介观尺度下，地质处置屏障材料与锕系核素的作用机制与界面行为研究；针对核废物高效处理/处置的纳米改性地质介质材料研究；针对环境中有机/无机污染物的“智能”分子/纳米材料研究。他立足环境友好能源材料国家重点实验室“国际科研与合作中心”这一平台，在该领域进行了一系列的创新研究。
　　2016年，晏敏皓主持了四川省教育厅创新团队项目“高效锕系核素纳米吸附载体的设计及其萃取机理研究”，通过对氟磷灰石、蒙脱石等天然矿物的人工改性，研究其对锕系核素的高效固化与长期封存；2017年，他入选中国科技城绵阳市“军民融合高层次创新人才”，主持了绵阳市“千英百团·军民融合”高层次创新人才项目“高效铀 238核素纳米吸附载体的设计及其萃取机理研究”，设计了高度稳定分散的超顺磁纳米胶体粒子，并在其表面进行改性，使该胶体粒子可同时对水环境中的两种不同的锕系核素进行高选择性识别与获取。与此同时，他还参与了国家自然科学基金重点项目“Pu-239在粘土岩地质处置环境中的水化学行为及迁移机理研究”，作为合作方，主要负责研究地质处置阿拉善粘土对239Pu及其替代核素在水环境中的吸附动力学与迁移机制，重点研究239Pu及其替代核素与粘土岩在分子层面上的地球化学动力学过程与反应机理。
　　晏敏皓依托欧盟联合科研基金（主研）、四川省教育厅创新团队基金（主持）、四川省“百人计划”（主持）与中国工程物理研究院开放基金（主持），利用欧洲同步辐射光源(ESRF)与中国工程物理研究院绵阳中子源(CMRR)等大科学装置原位分析了胶体磁性纳米颗粒在低维度磁性材料中的微结构与界面结构信息，并查明了该胶体在微尺度下的动力学机制。以此为基础，进一步完善了在纳米尺度下，胶体纳米颗粒与有机大分子的静电相互作用机制研究，原创性提出了更加有效、更加简单实用的静电络合组装方式。
　　借助于大科学装置与小角散射技术等先进分析手段，通过对我国高放废物处置库地质介质粘土材料的巧妙纳米改性，晏敏皓建立了基于分子层面水文地球化学的高级迁移模型，准确预测核素在高放废物处置环境中的迁移数量和速率。他设计了集低成本、超强吸附能力与超低胶体输运能力于一体的改性地质介质材料安全产品。
　　除此之外，晏敏皓还原创性地发现了在超分子材料中，材料基本组成单元由分子层面的“应激”响应从而引起材料宏观性质的相应“智能”变化。通过独特的分子与纳米结构设计，首先提出了使用环境友好型三配位配体作为超分子基本单元的概念，为设计出能够针对不同环境条件（温度、酸碱环境、机械应力和施加电势等）做出相应宏观性质响应的新型金属超分子智能材料提出了新的设计理念，并实现了“智能”环境修复材料对光能的高效利用与转化，在光催化高效降解有机污染物和光响应重金属离子分子智能探针仪等领域取得了前沿性的突破与进展。目前，这些研究成果已发表或投稿于Physical Chemistry Chemical Physics、Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 、ACS Applied Materials & Interfaces等国际知名期刊。
　　

核素处理，有依有据

　　随着传统能源资源（煤炭、石油等）濒临枯竭，核能已逐渐成为人类选择的重要能源。我国根据国民经济发展对能源的紧迫需求，已将核能开发战略由“适度发展”调整为“积极发展”。预计到2020年，我国核电装机容量将达到5800万千瓦，而相应乏燃料的产出量也将与日剧增。与此同时，我国核工业发展中一些早期建设的核设施也陆续达到了设计寿期，相继进入核退役节点，这也是放射性废物另一个重要来源。针对日益庞大的核废料，如何对其进行安全、妥善、长期的管理和处置是一项至关重要的战略性议题。
　　国际上对核废物普遍采取地质处置方法，尤其针对高放废物采用“深层地质处置”方法。处置过程中同时采用工程屏障和地质屏障双重保护的方法，以确保安全。工程屏障包含核废物固化体、包装容器、缓冲/回填材料等。天然屏障主要是围岩和外围地质环境等。在现实情况中，核废物中的有害锕系核素（以下简称“核素”）可能会越过屏障，向近场（废物体本身和围绕废物周围的工程构件）、远场（废物处置的围岩及周围地质单元）迁移。如果不能提供有力的科学依据与方法以确保核素被有效地隔离在生物圈之外，公众将始终认为核废物安全处置是一项难以解决的问题，可持续性的长期能源政策亦将迟迟难以确定。因此，有效地预测并阻滞核素的迁移，显得尤为重要。
　　目前，晏敏皓致力于研究土壤胶体和铀核素胶体的相互作用。铀不仅是重要的战略物资和核能原料，也是核废物中重点关注的长半衰期元素。针对铀核素开展研究不仅具有重要的科学意义和实际应用价值，也将对其他锕系核素的研究工作有着重要的指导作用。
　　铀在水溶液中通常以U(IV)、U(VI)的价态存在。核燃料的主要成分之一为UO₂，，因此核废料中铀的主要价态为U(IV)。然而U(IV)容易水解、氧化，因此大多数U(IV)配合离子只有在还原环境和酸性条件下才稳定存在，而在天然氧化条件下极不稳定，极易氧化成六价的UO₂²⁺和[UO₂OH]⁺离子。当pH接近中性时，UO₂²⁺将发生水解，并聚合形成UO₂(OH)^₂，以胶体（粒径小于1微米）的形式存在于溶液中。这些 U(VI)胶体在天然水系中极易发生迁移。然而，迄今为止绝大多数的研究工作都是围绕UO₂²⁺展开的。国内外关于水溶液中U(VI)胶体的研究报道则十分稀少，U(VI)胶体在水环境中的胶体行为与物理化学特征等基础科学信息极为匮乏，因此，研究水溶液中的U(VI)胶体，从纳米尺度研究其胶体行为与物理化学特征，显得十分必要。
　　土壤胶体是指土壤中呈胶体状态、粒径介于1纳米与1微米之间的固体颗粒。在地质介质中，土壤胶体主要为粘土矿物，并含有部分有机质（腐殖质、微生物等）。已有研究发现土壤胶体对于铀的迁移存在显著的促进作用，所以在核废物地质处置库安全评估中，理解土壤胶体自身的物理、化学行为及其与核素的相互作用是十分关键的环节。
　　在我国的高放废物地下处置库中，膨润土是公认理想的核废物地下处置库缓冲/回填材料，起着传导和散失放射性废物衰变热等重要作用。经我国学者多年的考察和研究，认定内蒙古兴和县的高庙子膨润土矿床适合作为中国的缓冲/回填材料首选的供应基地。粘土岩具有自封闭性、渗透率低等其他岩石类型不可比拟的优点，因此将粘土岩作为核废物地下处置库围岩也越来越受到各国的关注。结合前期研究基础，晏敏皓团队选取我国高放废物地下处置库的屏障粘土材料——内蒙古阿拉善粘土（天然围岩材料）与内蒙古高庙子膨润土（人工缓冲/回填材料），有针对性地研究它们在水环境中与铀（VI）的相互作用核心机理。在研究方法上，项目团队首次提出采用小角散射法，系统地研究纳米尺度下粘土胶体与铀（VI）胶体在水环境中的胶体行为与相互作用机制。除此之外，项目团队还提出采用稀土材料掺杂无机氧化物作为柱撑体，实现对粘土材料的柱撑改造，使改造后的新粘土材料集超高吸附能力、超低胶体迁移能力、智能化表面、可示踪化等诸多优点于一身的创新思路。
　　该项目的研究方法和思路具有一定的普适性，亦可应用于其他核素胶体与粘土胶体系统，为研究核素与粘土在水环境中的相互作用提供科学的实验方法和理论依据。
　　2018年6月13日至16日，晏敏皓依托环境友好能源材料国家重点实验室在四川绵阳主办了“第一届绵阳小角散射技术国际研讨会MSAS SYMPOSIA”，晏敏皓任学术委员会成员出席并主持了大会。研讨会邀请来自国内外大科学装置与知名学术机构的小角散射技术专家，探讨小角散射技术在材料科学、环境科学以及核科学领域内的应用与研究进展。旨在利用小角散射技术促进数理、环境、材料与核科学领域的学术交流与互动。
　　作为中国核学会锕系物理与化学分会第一届理事会理事，晏敏皓还将积极协助组织并参加“锕系物理与化学”以及“环境放射化学”等相关领域的重要学术会议，加强与同行专家的交流。此外，他还将带领项目团队成员与欧洲同步辐射光源ESRF科学委员会主席、法国公立勒芒大学终身制一等教授、西南科技大学兼职特聘教授Alain Gibaud课题组开展“同步辐射SAXS技术研究锕系核素超吸附材料的结构调控与性能”合作研究；与匈牙利科学院布达佩斯中子中心终身制高级研究员、西南科技大学兼职特聘教授Almasy Laszlo课题组开展“SANS技术研究有机质胶体对粘土与核素胶体相互作用的影响”合作研究等。
　　法国作家罗曼·罗兰曾说过：“居于一切力量之首的，成为所有一切的源泉的是信仰。而要生活下去就必须有信仰。”对晏敏皓而言，勇于为科学奉献是他的信仰，为了解决科学问题坚持不懈地探索，为祖国、为全社会贡献力量就是他朝圣的前方。