——记中国海洋大学教授侯春朝

张锦玉

假如仅有1块标准乐高积木，那它只是个长方体积木而已。但如果有6块这样的积木，就可以创造出超过9亿种不同的组合。“拆开来看平平无奇，组合起来变化万千”，从这个角度来说，中国海洋大学教授侯春朝的研究对象——金属有机框架材料（MOF），也是一种“乐高式积木”。金属有机框架材料作为新一代多孔材料，凭借其超高的比表面积（可达10000m2 g-1）、均一化孔道设计、化学可修饰性等众多优势在能源转换、药物载体、传感反馈等许多领域得到广泛应用，成为当今研究的热点。

作为一名功能多孔材料的研究者，侯春朝始终在基于金属有机框架材料的可控设计及能源催化领域潜心钻研，砥砺前行。经过多年探索，他像“魔术师”一样，将金属离子和有机配体这两种“积木”拼装成结构不同、性能各异的金属有机框架基功能材料。在拥有无数种可能的微观世界里，他创造出了一些独一无二的新材料，摸索出了一套行之有效的研究方法，也搭建了一条通往科技高峰的攀登之路。

道虽迩，不行不至；事虽小，不为不成

《说文解字》中解释道：“孔：通也。”多孔材料就是这样一类由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料。作为最新一代多孔材料，金属有机框架材料研究起源于20世纪90年代末——科学家发现金属离子和有机配体可以通过配位作用，制备出具有稳定孔道的结晶多孔框架材料；通过更换不同的金属离子和有机配体，可以合成不同结构的框架材料。截至目前，有多达上万种框架材料被制备出来。

众多优势使框架材料得以在人类化学史上书写新的“网络化学”篇章。但在电化学应用领域，框架材料一般是惰性的，需要化学修饰或结构改造。侯春朝就致力于金属有机框架材料的电化学应用这一重要能源领域。2012年，侯春朝进入中国科学院理化技术研究所由支志明院士领衔的“中科院-香港大学新材料研究团队”，从事金属有机框架基材料的设计、制备及电化学应用方面研究。2017年，他留学日本，先后在日本国立产业技术综合研究所（AIST）和日本京都大学化学能源开放创新实验室（ChEM-OIL）学习和工作，师从日本工程院院士徐强教授（Prof. Qiang Xu）和日本学士院院士北川进教授（Prof. Susumu Kitagawa），这为他日后开发新型框架基材料在能源转换和储存方面的应用研究打下坚实基础。

在电催化领域，框架材料导电率低且在溶液中不稳定，极大限制了其在电化学领域的进一步发展。针对这一难题，侯春朝通过可控碳化制备了功能多孔金属有机框架衍生材料。此类材料不仅继承了框架材料的高孔性，又凭借良好的导电率和可控催化位点设计，在电催化领域大放异彩。围绕“无损性多孔设计”和“精准活性位构筑”两方面，侯春朝进行了一系列紧密相连的创新性研究工作，揭示了界面诱导作用对材料组装合成和催化性能调控机制，提出了新原理和新概念，为制备新型能源转换体系提供新思路和方法等。

元代诗人马钰在《踏云行·偶尔心明》中提到：“偶尔心明，自然灵感。”自然总能给人以启迪，侯春朝也喜欢在自然中寻找材料设计上的灵感。一次研究中，他要解决这样一道难题：传统多孔材料颗粒之间物理接触导电性差，若合成多孔聚集体导电性提高，孔道则会崩塌，多孔性下降。如何平衡两者关系，“无损伤”合成超结构材料，让材料“运动”起来，使其按照人的想法“顺其自然”地自组织拼接成稳定的结构呢？一筹莫展之际，他决定出门走走。彼时，日本街头开满了五颜六色的绣球花。侯春朝注意到，这些绣球花上的小花朵层层叠叠地堆积着，却没有互相挤压生存空间，每一朵小花都能自由地舒展它的花瓣、充分感受阳光的洗礼，甚至还通过互相支撑获得了单个花朵所没有的强韧，使其得以在风吹雨打中保持它的美丽。一簇簇大的绣球花，远处看去，平平无奇，细处看来，内有沟壑乾坤，有着多层级结构——这不正像一个超结构材料吗？基于这一灵感，侯春朝发展了“自下而上（Bottom-Up）”无损伤性金属有机框架材料自组装超结构新方法，首次揭示了“无损伤”合成对材料电催化性能提升机制。相关成果发表在国际期刊上，得到了业内专家的极大认可，取得了很大成功。

当被问及如何取得这些创新性成果时，侯春朝回答：“我是个行动派，正所谓‘道虽迩，不行不至；事虽小，不为不成’。对待化学，就是不停的尝试加偶然的灵感，以前导师也告诉过我，‘化学就是实验（Chem is try）’。”

咬定青山不放松，立根原在破岩中

面向国家能源技术方面的重大需求，侯春朝持续深耕电化学储能研究。当下新能源经济中，形成了以锂电池为代表的电能存储利用体系，但面临着锂枝晶带来的起火爆炸及锂资源不可逆消耗、电池回收难等众多挑战。寻找可替代的高性能、高安全电化学储能器件是最有希望的突破方向之一。

一般来说，电池能量密度高，但循环稳定性较差。而电容器有优异的循环稳定性，但储能效果较差。能否将这两者优势互补，研发一种新型电化学储能器件，使其兼具电池和电容器的优点呢？答案是有的，就是杂化电容器。“这种储能器件十分特别，一半是电池，一半是电容器，能够将两者优势完美统一。”但这种器件，特别是在水系条件下，要想运行起来，需要克服几大难题：一是受限于水的理论分解电压，电池电压窗口较窄；二是电极材料对锌离子吸附作用较弱且自放电严重；三是电极材料多孔性限制，传质受阻。“说到底是材料的问题，传统材料无法克服以上难点，制约了新型器件的开发和利用。”

针对以上重要科学问题，侯春朝利用开放性孔道的新型金属有机框架基衍生电极材料，研发出了高性能高稳定性的新型水系锌离子杂化储能器件。大比表面积和开放性的孔道设计赋予了材料优异的离子传质性能，其内部磷基锌离子吸附位点的构筑，有效提升了锌离子储存能力，抑制了自放电问题。这种储能器件能量密度接近常规锂离子电池，实现了高电压输出（达到2伏）和超高的循环稳定性（循环达到30万次），还具备超强的耐温特性，在-25℃到40℃之间均表现出良好的性能。文章一经发表，便引起学术界的广泛关注。

在侯春朝看来，他之所以能不断取得创新成果，一方面要感谢多年来妻子和家人的全力支持、导师的引导与启迪、同事及学生的共同努力；另一方面则在于长期打下的扎实功底、深厚积淀和永不言败的精神。他说：“做科研是一场苦行僧般的修行，不仅要耐得住寂寞，坐得了冷板凳，还要学会坦然接受别人的冷眼与质疑，更要有‘咬定青山不放松，立根原在破岩中’的精神。”

路漫漫其修远兮，吾将上下而求索

羁旅他国的这些年里，侯春朝始终关注着祖国的发展，牵挂着祖国的山河。学有所成后，他第一时间想到的就是回国，将自己所学运用到国家建设中。启程之前，他请教自己的导师：“回国后，我是否还要继续从事先前的研究。”导师语重心长地告诉他：“你如果继续做这一方向，即使再做10年，也不过是在之前的成果上添砖加瓦。未来你一定要推陈出新，即使再难，也要做自己的研究，努力实现从0到1的原创性突破，而不是做从1到100的研究。”导师的谆谆教导，侯春朝铭记于心。

侯春朝在外这几年，也是世界能源环境问题越发突出的几年，发展清洁能源利用技术势在必行。因此，他选择回到自己的家乡山东，加入中国海洋大学，计划将研究与海洋大学平台相结合，在近海构建海上浮岛型一体化制氢平台，将海上丰富的风力和太阳能资源转换为电能后，再利用框架材料催化技术从海水中提取绿氢。“中国海岸线漫长，沿海地区占据了中国人口和国内生产总值的大部分，我的梦想是利用海上浮岛型一体化制氢平台，实现海洋到陆地的辐射，供应绿氢协同燃料电池等方式进入人们生产生活的方方面面，推动氢能生态的构建。”

“前路漫漫，接下来的任务还很重，我们唯有脚踏实地，一步一个脚印地往前走，以后的路才会更稳、更宽。”侯春朝如是说，“在科研的道路上，将热爱、身心倾注在你所期望的事物上，必有收获。”

（责编：袁园）