鄧德會：愛做夢的催化界“鎧甲勇士”

原文地址：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/4/498236.shtm

鄧德會在實驗室工作。受訪者供圖

■本報見習記者 孫丹寧

凌晨三點，昏暗的房間里閃爍著斑駁的光。

鄧德會突然從床上坐起來，認真思索片刻后立馬從床邊翻出一個小本子，認認真真地記錄著。

“昨天晚上我做了個夢，夢到電催化方向的一個新想法。這不，今天一早，我立馬就與組里同事和學生一起討論。”鄧德會在接受記者采訪時笑著說。

隨身攜帶的本子見證了鄧德會的每一次“突發奇想”，也陪他度過了悠悠研究歲月。如今，攻克多項學術難題、專注給催化劑穿“鎧甲”的鄧德會，即將邁入不惑之年。

“我覺得科研人員就是要敢想敢干，這樣才能取得創新性成果。”中科院大連化學物理研究所（以下簡稱大連化物所）研究員鄧德會告訴《中國科學報》。接下來的科研生涯，他的目標就是讓每一個“科研夢”成真。

興趣指引的“幻想家”

1984年，鄧德會出生于河南省新蔡縣一個農民家庭。

家庭的拮據讓鄧德會在上高中之前連縣城都很少去，就蝸居在這小小的一方天地中。

但在他很小的時候，周圍人就對科學家十分崇拜。他常常暢想：如果成為一名科學家，會做出怎樣有意義的事情呢？

小學放假的時候，鄧德會去一所中學看望在那兒工作的爺爺。在那里，他似乎找到了答案。

有一天，他偶然闖入了學校的一個廢棄實驗室，里面的很多瓶瓶罐罐一下子吸引了他的目光。彎彎曲曲的冷凝管像彈簧一樣、圓肚細頸的燒瓶在試驗臺上靜靜地立著……這些廢舊儀器仿佛打開了一個光怪陸離的新世界，讓鄧德會第一次知道了“化學”這個詞。沒過多久，上初中的他正式接觸到了化學，從此深深喜歡上了這門學科。

除了日常的理論學習，鄧德會還特別喜歡“動手”。他樂呵呵地向記者講述了一件“傻事”：“我之前很喜歡玩泥巴。有一次，我看見電熱爐外面是一個硬殼，里面有一圈蜘蛛網一樣的電熱絲，我就想能不能自己做一個。于是，我就用泥巴做了一個框架，中間盤上一圈圈鐵絲，然后用火燒泥巴將鐵絲固定住。結果剛一通電，家里的燈全滅了，電路短路了。”

雖然這是一次失敗的嘗試，但卻激發了鄧德會的動手興趣。他有時會把收音機拆開再組裝，自行車也被拆裝了很多遍。他每次都認真琢磨其中的原理。

轉眼間到了大學，鄧德會以優異的成績考入四川大學。他選擇了一門動手能力很強的學科——輕化工程，開始學習皮革制造等課程。

大三時，鄧德會遇到了兩件對他研究生涯影響很大的事。第一件就是輔修了與本專業完全不同方向的學科課程——國民經濟管理。

“在學有余力的情況下，我很想多學一點東西豐富自己的知識領域。”鄧德會說。這兩個截然不同的學科課程，為他后來的研究提供了很多幫助。

“輕化工程就是通過化學、物理和機械的方法研究各類輕化工產品的生產和加工，這為我從事多相催化領域的研究奠定了基礎。國民經濟管理則讓我接觸到了很多與經濟、財務、管理等相關的知識，教會了我如何與別人合作交流及帶領團隊開展科研。”鄧德會說。

第二件事，就是提前進入研究組開展更深層次的科學研究。

“當時我有一個師兄，本科期間就在國際著名刊物上發表過論文，展示自己的科研成果，這引起了我的強烈興趣。因此，在大三那年，我就爭取機會進入四川大學石碧院士和廖學品教授的課題組。”鄧德會說。

“石老師和廖老師對本科生和研究生一視同仁，按照研究生的培養模式教導我們本科生。”一年時間很快過去了，鄧德會的研究進展十分順利。他圍繞本科期間的研究工作接連發表了4篇SCI（科學引文索引）論文，取得了重要的研究成果。

在這期間，鄧德會利用動物皮里的膠原纖維作為模板制作一些多孔碳材料或金屬氧化物，并發現這些材料比較適合做催化劑。因此，在保研的時候，鄧德會毫不猶豫地選擇了大連化物所，師從包信和院士和潘秀蓮研究員，專門從事催化化學相關研究。

在進入大連化物所學習和工作的十余年里，鄧德會在2017年組建了創新特區研究組，并于2021年順利轉為正式組，目前擔任大連化物所能源與環境小分子催化研究組組長。

給催化劑穿“鎧甲”

提起到目前為止做的最滿意的一項研究，鄧德會不假思索地給出答案——“鎧甲催化”。

催化在現代化學工業中占據重要地位，直接或間接貢獻了全球國內生產總值的20%~30%。在催化反應中，催化劑發揮著至關重要的作用，而催化劑的本質就是改變化學反應的速率。

“許多催化劑會用貴金屬作為原材料，比如用作女士項鏈的鉑金材料，但是這些貴金屬儲量低、成本高。如何降低成本并提高穩定性，這對催化劑的實際應用至關重要。”鄧德會說。

要解決上述問題，他的團隊首先想到的是利用廉價催化劑，如鐵、鈷、鎳等便宜、易得的原料替代貴金屬。但非貴金屬催化劑存在的一個很大問題是，在苛刻反應條件下穩定性較差、壽命較短。那么，如何才能使其適用于強酸、強堿及高的過電位等苛刻的反應條件呢？

“在研究過程中，我們發現可以利用二維材料獨特的結構和電子特性來設計催化劑，使其具有優異的催化性能。”鄧德會告訴《中國科學報》。

二維材料如單層的石墨烯，厚度僅是一張普通打印紙的三十萬分之一。但在二維方向上，它是無限延伸的，不僅具有高柔韌性，還能抗腐蝕。如果能用石墨烯等抗腐蝕的二維材料作為“鎧甲”，將不穩定的非貴金屬嚴嚴實實封裝起來，那么非貴金屬遇到的穩定性問題將迎刃而解。

但是，催化劑中的金屬顆粒小到納米尺寸，石墨烯很難直接將其嚴絲合縫地封裝起來。因此，團隊想到了先做出非貴金屬的納米顆粒，然后通過化學氣相沉積的方法將石墨烯覆蓋在納米顆粒的表面。

“就像在人身上織毛衣一樣，人先站在這里，再圍繞他一點點把毛線織上去。”鄧德會解釋說，“石墨烯就像是勇士身上穿的‘鎧甲’，一方面可以保護里面的非貴金屬免遭腐蝕，另一方面封裝后的催化劑仍然具有活性。類似于‘隔山打牛’，有更多的電子可以從里面的金屬轉移到‘鎧甲’的表面，讓原先惰性的‘鎧甲’有了催化活性，可以發生催化反應，解決了傳統非貴金屬穩定性差和活性低的雙重挑戰。”

鄧德會和包信和團隊于2013年在國際上率先提出“鎧甲催化”這一概念，并不斷對其進行完善和應用拓展。近些年，團隊成功將鎧甲催化應用于電解水等體系，解決了苛刻條件下非貴金屬催化劑穩定性差的難題。基于此，團隊開發出大電流密度、低能耗電解水制氫、制氧系統，已成功研制出250千瓦級高效電解水設備，并實現成果落地轉化，有望助力我國大規模綠色氫能源和生命健康等產業的發展。

“希望學生水平超過我”

接連斬獲重要研究成果，鄧德會倍感欣慰。他終于成為童年時心目中最厲害的人，也擁有了60余人的科研團隊。從茁壯成長的樹苗轉變成培育學生的園丁，這背后離不開老師的教導。

在四川大學讀書時，專注于皮革研究的石碧院士一直鼓勵鄧德會做有用的科研，加強動手能力。在大連化物所讀博期間，主攻催化基礎研究的包信和院士經常告誡鄧德會要做原創的科研、做“從0到1”的研究。在廈門大學工作期間，田中群院士教會了鄧德會要注重合作，尤其是“強強聯合”，要與高手過招。而在美國斯坦福大學的訪問學者經歷，讓鄧德會從戴宏杰院士那里學習到了科研合作伙伴相互支持的重要性。

“這幾位老師盡管風格不同，但對待科研執著、認真的精神都是一樣的，在做人、做事上一直都是我學習的榜樣。他們除了教會我許多科研上的知識，還讓我在團隊管理上形成了自己的模式。”鄧德會告訴《中國科學報》。

勇于創新、敢作敢為、加強合作……成為鄧德會管理團隊和指導學生的“秘密武器”。

在鄧德會團隊里，面向國家“雙碳”目標，開展能源小分子高效催化轉化研究是主攻方向。“要先確定大樹的根基，才能在上面長出新的葉子。”鄧德會說。