實現碳達峰碳中和是推動高質量發展的內在要求，我國“雙碳”目標的明確提出，必將大力推動綠色低碳能源轉型升級和可持續發展，推動能源的清潔安全高效利用。
光電能源催化是利用可再生能源太陽能制備清潔可再生能源的有效手段，其中，光電催化制氫被認為是21世紀的“夢技術”。省科學院測試分析研究所（中國廣州分析測試中心）光電功能材料與器件研究團隊的負責人汪福憲正是這一領域的探索者。多年來，汪福憲深耕材料化學研究，帶領團隊在《Advanced Functional Materials 》、《Chemical Communication》、《Energy & Environmental Science》等SCI期刊發表系列科研成果，并積極致力于相關技術的轉化應用。
新型催化劑光催化二氧化碳高效制乙醛并揭示反應過程新機理
“千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金?！闭劶翱蒲信c應用，汪福憲引用了一句劉禹錫的《浪淘沙》。
一、“因為發自內心地喜歡，我常常不覺得辛苦?！?/b>
“潛在的光電催化材料種類異常繁多，再加上每種材料都有獨特性能，從眾多備選材料中篩選出優質光電催化材料，無異于大浪淘沙，任務艱巨?！蓖舾椈貞?，從博士研究開始，自己就一直在經歷“千淘萬漉”的磨煉。
2013年，汪福憲赴德國柏林工業大學攻讀化學工程專業博士學位，開始從事光電催化制氫研究?！爱敃r我的導師Roel van de Krol主持了歐盟最大的光電催化制氫應用項目（PECDEMO），我承擔了其中光電薄膜的制備與表征應用基礎研究，但是早期工作開展得并不順利。從搭建鍍膜及表征設備到調試和鍍膜工藝開發，可以說是耗時費力，困難重重；
在工藝開發階段，有一個噴霧熱解的前驅體配方工作，我有300多個配方，熱解后都不能成膜，什么都沒有得到；讀博前3年，我沒有一篇論文發表?！?/span>
實驗在反復失敗中艱難進行，沮喪、彷徨、自我懷疑當然不可避免?！皩覕覒鸬乩^續推進研究，離不開導師的支持和鼓勵，也離不開自己最初堅定選擇這條道路的熱情”。
汪福憲在實驗室
時至今日，汪福憲依然清晰記得，在多年前的一堂中學實驗課上，老師展示氫氣爆炸：Na在水中劇烈反應產生氫氣，然后氫氣導入易拉罐跟空氣混合，一個火花刺激，“嘭”——奇妙的爆炸點燃了少年科研志趣的火苗。中學時，汪福憲接連在全國競賽中拿下數學與物理的獎項，但是高考那年，他出人意料地堅定選擇了材料化學專業。
跟隨內心的熱愛和導師的建議，汪福憲積極從失敗中總結規律及科學工作方式，逐個設計實驗、逐步排查……一步步找到原因，并有針對性地添加改性試劑，解決前驅體溶液穩定性和鋪展性的難題，最終，他獲得了光電性能優異的催化電極，順利完成博士研究。
從事科研多年，汪憲福對科研的感情仍如最初看見氫氣爆炸的那個少年：“因為發自內心地喜歡，我常常不覺得辛苦?！?/span>
二、“求真務實、開拓創新，是我們一代代科研人的共同使命?！?/b>
2006年，汪福憲入讀武漢理工大學材料化學專業。在校期間，他積極申請加入傅正義教授課題組，在實驗室做了許多有趣的化學實驗，還接觸到了材料制備與表征技術，為以后的科研打下基礎?！半y忘的還有，材料學院經常邀請相關領域國際知名專家開講座，這些講座是我開闊視野、了解國際前沿技術研究的窗口。從事科研并學以致用，做應用型研究的想法就是在那時產生的?！?/span>
2010年，汪福憲以數學滿分、總分第一的成績考取華南理工大學化學工程專業，師從張正國教授和方曉明研究員，“兩位導師求真務實的科研作風深深影響了我，在導師指導下，我開始陸續發表論文，可以說是‘師父領進門’?！?/span>
在德國讀博期間，“令我難忘的是，在我還沒有發表一篇論文的情況下，導師Roel van de Krol就鼓勵我去美國參加MRS材料領域國際會議，我當時還拿到一個作口頭報告的機會，是唯一沒有論文發表就作口頭報告的學者?！币舱且驗楫敃r的研究基礎，后來汪福憲被導師推薦到Helmholtz研究所做助理研究員，延續了博士期間的課題。
“這也是我第一次獨立承擔一個科研課題。我開發了一種全新的梯度自摻雜法，提出通過創建自摻雜內建電場的策略，提升了光電極的光電分離效率，相關工作發表在《Journal of the American Chemical Society》上。這段工作對我來講非常珍貴，為我日后創建團隊，獨立開展科研工作奠定了基礎?！?/span>
德國求學和工作的5年，汪福憲在系統的科研訓練與實踐中，掌握了光電功能薄膜的制備及表征手段，能夠獨立設計、組裝和調試光電功能材料相關的設備和儀器。2018年，汪憲福結束在德國的工作，回國加入廣東省科學院創建光電功能材料與器件團隊。
這里還有一個小插曲，汪福憲回憶，當時還沒來得及辦理入職，就看到“廣東省高?？萍紕撔鲁晒椖俊北荣惖耐ㄖ?，他帶著“氫”潔水源項目前往參賽，最終從573個項目中脫穎而出，獲得銀獎。同年，光電催化制氫項目入選“廣東省高?？萍汲晒D化中心重點轉化項目庫”，他的研究及團隊建設獲得了省科學院及院屬測試分析研究所的大力支持。
光電功能材料與器件團隊合影
目前，光電功能材料與器件團隊共有10人，其中，引進了青年骨干1名，博士后2名，碩士2名，本科生1名，還有華南理工聯合培養研究生3名。說到此處，汪福憲有些自豪：“我團隊的劉瓊博士入選了廣東省科學院‘百人計劃’，成暉入選了‘博新計劃’。他們都非常有發展潛力?！?/span>
“求真務實、開拓創新，是我們一代代科研人的共同使命?！蓖舾椪f，“將科研成果進行轉化與推廣，造福社會，是我們團隊一直以來的愿望，我們一直都堅定行走在這條道路上?！?/span>
三、“千淘萬漉的磨礪永遠是現在進行時?！?/b>
來省科學院近三年，汪福憲團隊取得了系列科研進展：在關于梯度自摻雜鉍酸銅光電極的可控構筑及其載流子遷移機制的研究中，研究團隊針對“噴霧熱解可控性不強”的問題，設計了新型的功率漸變磁控濺射法，實現了梯度自摻雜光電極的室溫可控構筑，相關技術已獲2項PCT專利和3項中國發明專利授權。
針對傳統電解水制氫技術中氫氧混合易爆，需要隔膜分離的難題，研究團隊開發了低溫甲醇催化安全在線制氫技術，從根本上避免了氫氣氧氣混合易爆的難題，極大地提升了氫氣制備過程的安全性。近期，團隊《常溫電催化甲醇安全在線制氫》項目技術獲第一屆全國博士后創新創業大賽總決賽銅獎，是全國唯一獲獎的制氫項目。目前首款安全制氫儀樣機已在進行中試和長時間運行各項參數測試，不久后就將面向市場生產。
《常溫電催化甲醇安全在線制氫》獲第一屆全國博士后創新創業大賽總決賽銅獎
面對癌癥這一世界性的公共衛生難題，研究團隊迎難而上，利用磁控濺射技術設計開發了一種高穩定性、可見光吸收的通用光電傳感材料（CuV2O6），并構建了可見光驅動的傳感器，實現了癌胚抗原（CEA）和人體血清甲胎蛋白（AFP）等多種腫瘤標志物的靈敏、精準檢測，為癌癥早發現早治療貢獻了力量……
“對我而言，‘千淘萬漉’的磨礪永遠是現在進行時?！蓖舾椊榻B，在現有情況下，不同研究團隊使用的測試參數和條件也各不相同，光電性能因此無法橫向對比。實驗室研發所用到的光電測試儀器因無法做到微尺度的選區測試，很難配合現有的高通量材料制備技術，實現微米級別空間分辨率……制約條件凡此種種，前方道路仍很艱辛。
目前，汪福憲團隊已經初步搭建了能源材料與設備分析測試平臺，現已具備光/電催化反應過程及產物的在線定性定量檢測能力，并成功將同位素示蹤法用于催化反應機理分析，已為國內外多家單位提供分析檢測技術服務。他們正在進一步開發高通量原位表征設備，并引入理論計算與分析，加速材料篩選和優化，創建光電功能材料數據庫?！拔磥?，我們期待能繼續完善能源檢測平臺建設，推廣規范測試標準，覆蓋更全面的檢測分析服務?！?/span>
【策劃/編?！渴】茖W院綜合辦公室
【稿件來源】省科學院測試分析研究所
【知行·人物】投稿信箱：gdasgzh@163.com
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