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    温州大学化学与材料工程学院副院长金辉乐:“碳”赜索隐半岛综合体育官网登录入口添加时间:2023-08-30

      半岛综合体育官网登录入口半岛综合体育官网登录入口金辉乐,温州人,博士、教授,博士生导师,温州大学化学与材料工程学院副院长。目前兼任浙江省碳材料技术研究重点实验室副主任、Wiley出版集团国际学术期刊《Carbon Energy》执行编辑等。曾入选温州市“551人才工程”第二层次、浙江省“万人计划”青年拔尖人才等。

      加快新能源、新材料发展,是当前温州推动先进制造业发展的重要基础,是提高产业竞争力的重要支撑,是加快高质量发展的大势所趋。借着温州新能源、新材料产业良好的产业基础、较好的合作平台和广阔的市场前景,金辉乐希望能紧紧把握全球新一轮产业变革的“脉动”,用自己的科研成果推动温州新能源、新材料产业发展。

      而对于温州的感情,金辉乐是非常深厚的。2005年硕士毕业之后,金辉乐回到母校温州大学,从实验中心的实验室助理实验师做起,一直升任至高级实验师、硕士生导师、教授,到现如今的温州大学化学与材料工程学院副院长。15年来,他一直扎根教学、科研及管理工作一线,从事教师教育和科研工作,其间还在东华大学材料学专业完成了博士学位的学习。

      2009年前后,适逢纳米材料的科学研究讨论在业内异常火热,原本以药物化学为研究方向的金辉乐也在考虑转型至纳米材料化学的研究。“药物化学是以有机化学为基础的学科,纳米材料特别是碳材料属于新兴的交叉学科,这样的研究方向转变对我来说是个非常大的挑战。”金辉乐说,转型是一个非常痛苦的过程,所有的东西几乎要从零开始重新学,他都是自己上网查询,请教学生、同事以及在边做实验边学习的过程中完成了方向的转型。

      在日常的教学里,金辉乐担任本科生、研究生的相关课程。化学专业的课程相对枯燥,如何把很多的创新思想带给同学们,金辉乐有自己的考量。“学生的书每本都有这么厚。”金辉乐比了一下手势,以此来示意化学教材上繁复的知识点。“化学是个实验科学,实验相关的动手操作比较多,所以我比较注重学生实操能力的的拓展,以及学习思维和方法的培养,而不是简单的书本上的知识点学习。”金辉乐说,为此,上课他更注重思想和思维的启发,注重把生活内容、工业实践以及前沿科研成果融入课堂,努力使学生获得更直观的收获。

      如针对碳基超级电容器由于多孔碳密度低导致体积容量和体积能量密度低的核心科学问题,金辉乐通过杂化和孔结构调控,开创性地提出并建立了一种基于含氮杂环化合物(如吡啶、磷腈)与卤代共轭二烯间的原位脱卤聚合新方法,构建了系列具有超高密度(1.5-2.1 g.cm-3)的尺寸、孔径以及杂原子掺杂量可调的碳小球,并实现了规模化制备与应用。“为进一步降低成本,我们创新性地利用可再生的廉价生物质杨梅、鸡蛋等为前驱体,低成本量化制备了纳米固体(FeSN-C)储能材料。”金辉乐说,“该材料创造了生物质碳基材料迄今最高的体积比电容(1320.4 F/cm3)和体积比能量(221.9 Wh/L)以及大电流充放电条件下的最长循环寿命。”

      此外,高体积容量、高能量密度、超快充放电的长寿命碳基储能材料的低成本批量制备仍是金辉乐当前最重要研究课题之一。“碳材料的应用在能源、新型电池应用和研发方面,有着广阔的前景。”金辉乐说。他之后将在前期研究的基础上,开辟一种基于卤代烃原位脱卤聚合的新方法和新技术,解决传统碳基电容器电极材料在实际应用过程中体积能量密度低的关键缺陷,提升碳基超级电容器体积容量、体积能量密度和超快充放电性能,推动我国小型化、轻量化便携式电子产品的快速发展。

      与此同时,他还获授权中国发明专利32项,其中申请国际PCT发明专利2项,担任Wiley出版集团国际学术期刊《Carbon Energy》的执行编辑和《Frontiers in Chemistry》编委,多次组织和担任国际学术会议副主席,并应邀在国际和国内会议、高校等报告10余次。2019年11月,2019国际能源存储与转化功能材料大会暨第二届中国温州碳能源材料高峰论坛会议在温州召开,金辉乐作为大会副主席,与与会的各位专家学者围绕“碳能源材料”主题,针对能源材料领域的关键科学问题和碳材料领域的研究热点、难点展开深入讨论,促进学科交叉。

      2016 年11月,在浙南科技城与温州大学的支持下,金辉乐参与建立了温州大学新材料与产业技术研究院并担任副院长,致力于人才引进、项目孵化及技术研究工作。“研究院现在是一个研发的中试基地,也是一个引才的平台,在这里会进行核心技术的实验。现在已经有多个团队入驻。”金辉乐说。他自己也有一只团队目前入驻在那边。

      “我们团队有8人,其中教授3人,副教授2人,且6人具有博士学位。团队专门从事电池的生产制作,平常跟企业接触得很多,产业氛围十分良好,并且我们还在那边建立了一条小型的中试生产线,一些新型的、高密度、高容量的碳材料电池目前都能进行生产。”金辉乐说,虽然目前新型电池的产量小,成本还是略高,但在后续会进一步在数量级上继续向上突破,把成本压缩到可控范围之内,往产业化那块走,争取将这些新型电池达到日常民用的程度,应用在各个领域。

      “我们有关新能源材料可以跟温州的产业对接起来,如温州的锂电池,电动车等能源企业,之后会将我们这些材料和批量合成技术用在未来的动力电池,超级电容器上等。”金辉乐说,“同样温州的低压电器产业也很发达,如果能将碳材料应用到低压电器的电接触材料上面,不仅可以节省成本,还能提高效率,因此和企业建立研究中心进行产业化布局,是我所期望的。”

      金辉乐提到,为了适应未来的趋势,目前团队已经成功开发了柔性电池。设想一下,不久之后的衣服表面会装上许多传感器,来监测人体的各项健康数据,而这时候柔性电池就能应用在衣服上,给这些传感器和电器元件供电。这种柔性电池既轻量化又能折叠,充电迅速,在尽可能小的体积上有着超高的能量密度,这样一想,科幻片里的“战甲”也离我们不远了。

      与此同时,金辉乐利用碳基材料在强度、硬度、光学、耐热性、耐辐射、耐化学药品、导电性、导热、表面与界面特性等方面优异的性能,组建了碳基功能材料产业化团队,与加拿大滑铁卢大学的陈忠伟院士合作,在其企业温州玖源锂电池科技发展有限公司进行纳米结构碳基材料的控制合成及在燃料电池、锂硫电池、超级电容器方面的研究和测试。