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——記西南大學(xué)材料與能源學(xué)部教授鄭紹輝
本刊記者 遲艷艷
每當(dāng)說起有機(jī)太陽(yáng)能電池和燃燒機(jī)理等課題時(shí)，國(guó)家回國(guó)人員擇優(yōu)項(xiàng)目入選者、重慶市百人計(jì)劃專家、重慶市特聘專家、西南大學(xué)材料與能源學(xué)部教授兼部長(zhǎng)助理鄭紹輝總是侃侃而談。他會(huì)在遇到難題時(shí)，從各種材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)去分析觀察根源；也會(huì)在無從下手時(shí)，從多層次多角度地深入理解各方面之間的聯(lián)系，再通過精細(xì)的探秘與判斷找到突破口?！拔覐牟慌绿魬?zhàn)，做科研要想著如何解決問題，更重要的是還要去探究更為前沿的科技?！编嵔B輝說。
一頭扎進(jìn)材料與能源世界
鄭紹輝教授，很小就表現(xiàn)出對(duì)數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)的興趣和很高的天賦，在高中時(shí)期就經(jīng)常獲得省地級(jí)舉辦的物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)奧林匹克競(jìng)賽的大獎(jiǎng)，1991年以地區(qū)狀元被南開大學(xué)化學(xué)系錄取，1995年畢業(yè)后，在天津核工業(yè)部理化工程研究院針對(duì)同位素分離、高溫金屬、無機(jī)材料做了近5年的研究工作，并取得了中國(guó)核工業(yè)部科技進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)。2000年開始，他師從南開大學(xué)中心實(shí)驗(yàn)室林少凡教授學(xué)習(xí)，林教授是南開大學(xué)德高望重的名師，也是學(xué)科內(nèi)最早將有機(jī)化學(xué)和計(jì)算機(jī)相結(jié)合來進(jìn)行研究的學(xué)者，“林少凡老師對(duì)我影響很大，也是在林老師的指導(dǎo)下，我在心中萌生了想到國(guó)外看一看其他科研學(xué)者是怎樣做研究的想法?！编嵔B輝說。
而想法也不是說說而已，2003年，鄭紹輝橫跨大洋，遠(yuǎn)赴美國(guó)布法羅紐約州立大學(xué)求學(xué)?？僧悋?guó)他鄉(xiāng)，失敗常有，困難也常有，經(jīng)常是一個(gè)課題做了很長(zhǎng)時(shí)間也無結(jié)果，但“決不放棄一點(diǎn)希望”的信念時(shí)刻支撐著他。2009年，他作為在導(dǎo)師Jochen Autschbach研究組里最多產(chǎn)的博士畢業(yè)，同年進(jìn)入加州大學(xué)伯克利分校和美國(guó)科學(xué)院院士William Miller合作從事LSC-IVR研究工作。
2010年至2012年，鄭紹輝作為美國(guó)密歇根大學(xué)的研究員與Eitan Geva和Barry Dunietz教授合作開展美國(guó)能源部新型太陽(yáng)能材料研究的工作。眾所周知，在太陽(yáng)能材料飛速發(fā)展的今天，仍然存在一個(gè)大問題——目前主流軟件或個(gè)人開發(fā)軟件都不能正確的計(jì)算出其環(huán)境效益?！霸囅胍幌?，如果將水分子放在真空環(huán)境里，就可以實(shí)現(xiàn)自由穿梭，但放在水里則就無法使其自由移動(dòng)?！编嵔B輝說道。在密西根學(xué)習(xí)與研究的歲月里，鄭紹輝查閱了同行很多資料，進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)以當(dāng)時(shí)的研究水平，很多算法都只能停留在計(jì)算出真空環(huán)境里的電子傳輸，但在太陽(yáng)能電池介質(zhì)里就無人知曉，甚至連能量的具體數(shù)據(jù)、傳輸過程都是一片空白?！霸谀蹜B(tài)狀態(tài)下，在高密度電子里，在溶液里或固體里電子是怎樣傳輸?shù)?，解決這些問題，我都是第一人?！编嵔B輝補(bǔ)充道。
“除了物理和化學(xué)領(lǐng)域，我對(duì)軍事也很感興趣?！?012年，完成了美國(guó)能源部項(xiàng)目后，出于個(gè)人興趣和將來對(duì)中國(guó)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)制造希望能助一臂之力的愿望，鄭紹輝應(yīng)邀以美國(guó)華盛頓大學(xué)化學(xué)工程系研究員的身份，與Jim Pfaendnter教授為美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室開展了關(guān)于噴氣燃燒機(jī)理研究的工作。“燃燒表面看起來簡(jiǎn)單，但其實(shí)很復(fù)雜。燃燒的材料里是由很多微小到肉眼看不到的小分子組成的，而且在燃燒過程中還會(huì)出現(xiàn)很多中間產(chǎn)物，我就是在做捕捉這些中間產(chǎn)物的前沿工作?！编嵔B輝說。
就算身在海外，鄭紹輝也密切關(guān)注著國(guó)內(nèi)的發(fā)展，深切感受到我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)的落后與各種弊端的存在，但在當(dāng)時(shí)國(guó)家極度重視的情形下，讓他看到了我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)事業(yè)發(fā)展的希望之景?！靶切侵穑梢粤窃?，鄭紹輝不會(huì)放棄一點(diǎn)希望，也相信堅(jiān)持一定會(huì)有收獲?！拔覈?guó)GDP已經(jīng)是世界第二的水平了，如果迅速發(fā)展下去反超美國(guó)不是問題，我覺得國(guó)家在這方面應(yīng)該會(huì)加大投資力度的，我也會(huì)繼續(xù)在研究燃燒動(dòng)力學(xué)的路上走下去?！编嵔B輝充滿信心地說道。
踏實(shí)研究，認(rèn)真育人
在鄭紹輝看來，科研就是要為國(guó)家、為社會(huì)服務(wù)，否則就喪失了它的意義，但更重要的是在艱辛的研發(fā)過程和碩果累累中實(shí)現(xiàn)自我。而這一切，并不能在國(guó)外舒適的科研環(huán)境和安逸的生活中得到滿足。于是，他接受了西南大學(xué)材料與能源學(xué)部的邀請(qǐng)，于2015年回到了祖國(guó)。
回國(guó)后的鄭紹輝憑借在美國(guó)豐富的科研經(jīng)歷，依托西南大學(xué)材料和能源學(xué)部，在有機(jī)太陽(yáng)能電池和燃燒機(jī)理等方向上獲得了堅(jiān)實(shí)的團(tuán)隊(duì)支持?！拔髂洗髮W(xué)對(duì)我很重視，在多方面的努力下，相關(guān)研究課題組也很快建立起來，這讓我對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池和燃燒機(jī)理的科研發(fā)展做原創(chuàng)性突破很有信心?！编嵔B輝表示。
眾所周知，近年來，由于傳統(tǒng)化石燃料儲(chǔ)量的有限性及其帶來的污染，導(dǎo)致可再生綠色太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)和研究開發(fā)的投資增長(zhǎng)非常快。因而，研究和設(shè)計(jì)具有高光電轉(zhuǎn)換效率的新型有機(jī)太陽(yáng)能材料對(duì)于解決我國(guó)環(huán)境污染、能源安全和替代問題都具有重大的現(xiàn)實(shí)和經(jīng)濟(jì)意義。
鄭紹輝博士回國(guó)后，給自己的第一個(gè)課題是理解有機(jī)太陽(yáng)能材料中電子給體和受體之間的電子傳輸機(jī)理,并希望在探索極化子中正/負(fù)離子在有機(jī)太陽(yáng)能電池的擴(kuò)散問題上有所突破。為此，針對(duì)理解有機(jī)太陽(yáng)能材料中電子給體和受體之間的電子傳輸機(jī)理的研究中，鄭紹輝將利用密度泛函理論和含時(shí)密度泛函理論研究基態(tài)、激子態(tài)和極化子態(tài)性質(zhì)。值得一提的是，“為考慮凝聚態(tài)環(huán)境的影響，也就是極化子周圍有機(jī)分子的作用，約束密度泛函理論也將被使用。”鄭紹輝介紹道。
此外，在探索極化子中正/負(fù)離子在有機(jī)太陽(yáng)能電池的擴(kuò)散問題中，鄭紹輝打算使用基于平面波和密度泛函理論的軟件包，如維也納從頭計(jì)算模擬軟件包和Car-Parrinello分子動(dòng)力學(xué)軟件包來研究這個(gè)復(fù)雜的問題。對(duì)此，鄭紹輝也抱著勢(shì)在必行的決心。
“有機(jī)太陽(yáng)能電池性能不穩(wěn)定、容易老化等問題至今沒能解決，能不能引進(jìn)無硅化合物將其利用在電池內(nèi)部，這是我一直設(shè)想的問題?！编嵔B輝說道。“這種材質(zhì)質(zhì)量輕，可以既輕便又簡(jiǎn)潔地掛在衣服或背包上。環(huán)保也是其一個(gè)巨大優(yōu)點(diǎn)，我認(rèn)為完全可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。但目前最大的問題——光電轉(zhuǎn)化效率低，也正是我們急于解決的。”
在成績(jī)斐然的科研道路之外，教學(xué)也是鄭紹輝投入很大精力的一面?！翱蒲惺切量嗟?，也是孤獨(dú)的，作為一名合格的科研工作者一定要耐得住寂寞?！编嵔B輝說道。在美國(guó)期間，鄭紹輝就對(duì)科研及學(xué)術(shù)氛圍深有體會(huì)。相比較下，他認(rèn)為美國(guó)的學(xué)生獨(dú)立性和自主性更高，“興趣是最好的老師”在美國(guó)學(xué)生的身上體現(xiàn)得淋淋盡致。在制度方面，國(guó)外更提倡學(xué)生在不同研究組之間自由轉(zhuǎn)換，以便最終確定自己喜歡哪個(gè)研究方向，而較于國(guó)內(nèi)分配式的科研制度，就更能提起學(xué)生的研究興趣?！霸趪?guó)內(nèi)，我歡迎本科生來我的課題組學(xué)習(xí)，如果感興趣我會(huì)用適合的方式培養(yǎng)他們，不感興趣我也會(huì)鼓勵(lì)他們?nèi)ミx擇自己熱愛的方向。我還是希望國(guó)內(nèi)的學(xué)生是真正熱愛、帶著興趣去做科研的，而不僅僅是為了一份工作，一種生活方式?！编嵔B輝坦言道。目前，在回國(guó)一年時(shí)間內(nèi)，他培養(yǎng)的研究生先后獲得全國(guó)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)大賽重慶賽區(qū)決賽優(yōu)秀獎(jiǎng)、重慶市科慧杯二等獎(jiǎng)、中央高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目基金、校級(jí)研究生一等獎(jiǎng)學(xué)金、校級(jí)科技創(chuàng)新個(gè)人等多個(gè)榮譽(yù)，并有多個(gè)專利在審核，多篇SCI文章在投。 雖然工作繁忙，鄭紹輝還是一有時(shí)間就去爬山、游泳。“畢竟身體是革命的本錢，一定要學(xué)會(huì)自我減壓，適當(dāng)?shù)胤潘勺约??！编嵔B輝說。這也是他給更多科研工作者的警醒。