罗景山:规模化利用太阳燃料,走向人类能源和环境的未来之路 | 35岁以下科技创新35人榜单人物专栏

能源
罗景山:规模化利用太阳燃料,走向人类能源和环境的未来之路 | 35岁以下科技创新35人榜单人物专栏
麻省理工科技评论 2019-03-27

2019-03-27

“身为一名科研工作者,绝不能仅仅为了满足个人的兴趣爱好而去做科研,应该心怀天下,面向国家、世界和人类的需求,力求改变世界,改善人类生活,推动社会进步。”在罗景山看来,回国任教,是他改变世界最好的舞台。
35岁以下科技创新35人
“身为一名科研工作者,绝不能仅仅为了满足个人的兴趣爱好而去做科研,应该心怀天下,面向国家、世界和人类的需求,力求改变世界,改善人类生活,推动社会进步。”在罗景山看来,回国任教,是他改变世界最好的舞台。

2019年1月21日,《麻省理工科技评论》公布了2018年“35岁以下创新35人”(Innovators Under 35 China)中国区榜单。从榜单中,我们看到更多中国创新科研力量的崛起,也看到跨学科、跨领域、并且对落地应用有更强烈企图心与使命感的科研创新,这其中涵盖人工智能研究与应用、NLP、脑科学、新材料、新能源、生命科学、生物科技、自动驾驶等多个不同领域。我们将陆续发出对35位获奖者的独家专访,介绍他们的科技创新成果与经验,以及他们对科技趋势的理解与判断。

关于Innovators Under 35 China榜单

自 1999 年起,《麻省理工科技评论》每年都会推出“35岁以下创新35人”(Innovators Under 35 China)榜单,旨在于全球范围内评选出被认为最有才华、最具创新精神,以及最有可能改变世界的 35 位年轻技术创新者或企业家,共分为发明家、创业家、远见者、人文关怀者及先锋者五类。2017年,该榜单正式推出中国区评选,遴选中国籍的青年科技创新者。新一届榜单正在征集提名与报名,截止时间2019年5月31日。

罗景山:规模化利用太阳燃料,走向人类能源和环境的未来之路

很多科学家在年少时,就梦想过长大以后要成为一名科学家。但出生于河南驻马店一户书香门第的罗景山,梦想却是成为一名武林高手。你没有看错,就是那种武功高强,可以行侠仗义的武林高手。

因此,尽管从事教育行业的家人通过自己的辅导,给他提供了一个小城市里最优质的教育资源,但他的理想学府,却一度是少林寺和遍布河南全省的武术学校。

不过,中学的时候,罗景山接触到了几何,觉得猜谜游戏一样的几何证明题散发着无尽的魅力;又读了《爱迪生传》,让他意识到当个发明家也很有趣。就这样,“改变志向”、“弃武从文”的罗景山,重新变回了好学生,考上了市里最好的高中。

后来,又因为浓厚的兴趣,考入吉林大学物理学院。本科毕业后,罗景山先后进入新加坡南洋理工大学和瑞士洛桑联邦理工学院攻读博士学位、从事博士后研究。没能手执长剑站在“华山之巅”的罗景山,就这样一步一步地,凭借着他在光解水制氢和二氧化碳还原等领域的一系列研究成果,站上了新能源、新材料的学术高峰。

我们都知道,氢气和氧气燃烧会生成水,而煤炭、石油、天然气等燃料燃烧的主要产物,则是二氧化碳。正是这些燃烧的过程,为人类社会提供了绝大多数的能源。而所谓的光解水制氢和二氧化碳还原,则是将燃烧的过程逆过来,利用太阳能等可再生的清洁能源,把水变回氢气和氧气,把二氧化碳还原为一氧化碳、甲烷、乙醇等物质,把产物变回燃料,重新注入到汽车、锅炉、燃气灶里去。其中,氢能是唯一没有污染、也不会产生温室效应排放、还有着极高能量密度的理想的燃料;而二氧化碳还原的意义,则不仅仅在于燃料再生和化工产品的合成,更在于可以降低大气中的温室气体含量,从而缓解、甚至逆转全球气候变暖的影响。因此,一直以来,光解水制氢和二氧化碳还原,都被认为是对人类能源和环境的未来有着重大意义的化学过程。

不过,这些过程的实现难度都非常大。这也很好理解,如果自然界中天然存在着可以分解水和还原二氧化碳的催化剂或者化学过程,那么太阳光一照,作为生命之源的水就不存在了,二氧化碳也会变成有毒的一氧化碳。因此,如何寻找出自然界中不存在的化学物质和化学过程,让光解水制氢和二氧化碳还原摆脱效率低、成本高等困扰,一直是科学界的一项难题。

而罗景山却在这个领域接连取得了一系列突破性的进展。

本科时,罗景山大三就进入到了实验室,从事可以发光的碲化镉量子点的合成。至今,他都十分感激吉林大学一流的教学水平,给他打下的扎实的基础。进入到南洋理工大学之后,研究方向换成了光解水。在从导师到学生都竞争压力巨大的环境下,他学会了如何独立从事科研工作。面对新的课题,罗景山利用量子点敏化二氧化钛,做出了用于光解水的高效光阳极。

之后,在相对于中国、新加坡来说压力小很多的瑞士,可以平静从容地做科研的罗景山,实现了学术成果的“大爆发”。首先,他使用廉价的材料,制备出了高质量的氧化亚铜纳米线阵列光阴极,解决了该材料光吸收厚度和电荷传输距离不匹配的难题,取得了氧化物材料光电化学分解水的世界纪录。之后,他又在光伏驱动光解水产氢领域开辟了全新的思路,首次利用非常廉价的钙钛矿太阳能电池与镍铁基催化剂,用相比于传统技术1/3到1/5的成本,实现了几乎同等的产氢效率,一时引起了包括《麻省理工科技评论》在内的各大科技媒体的争相报道。而在二氧化碳还原方面,他开发了基于氧化铜和氧化锡的廉价复合电催化剂,解决了二氧化碳还原生成一氧化碳的高选择性难题,并与光伏电池结合,创造了13.4%的太阳能驱动二氧化碳还原制一氧化碳的世界纪录。

这三项研究成果,都是使用廉价材料,做出了非常高的效率,引领了全世界相关领域的研究方向。这些研究成果都有着清晰的应用前景:以氢能源汽车、氢气储能为代表的国际能源市场,早已对廉价氢气翘首以待了多年;而全球减排目标与碳排放交易市场的建设,也使得二氧化碳还原技术有着越来越大的需求。

2018年初,罗景山回国加入南开大学,成为一名教授。他表示:“身为一名科研工作者,绝不能仅仅为了满足个人的兴趣爱好而去做科研,应该心怀天下,面向国家、世界和人类的需求,力求改变世界,改善人类生活,推动社会进步。”在罗景山看来,回国任教,是他改变世界最好的舞台。

麻省理工科技评论

From Tech to Deeptech