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王伟俊奋力为儿时的疑问找答案 纳米能源驱动者

王伟俊筹划的厦门大学大马分校之纳米能源与催化技术卓越中心即将成立。他寄望该中心在未来5年可成为大马甚至世界有名的纳米能源技术研究中心。

2019及2020连续两年,王伟俊博士被列入由科睿唯安发布的“全球高被引学者”名单,为我国少数入选者之一。他主要研究领域包括光催化技术、光电催化和电化学水分解、纳米科技、能源转换和存储等等,是近年本地化学工程领域学术研究表现亮眼的年轻科学家。
 
报道:关丽玲      摄影:黄安健、部分图由受访者提供 
 
现任职于厦门大学马来西亚分校能源与化工学院副教授的王伟俊,跟我们分享以快邮寄达的“全球高被引学者”证书,对于资历约10年的研究学者来说是一大肯定,可以感受到他内心的喜悦。
 
获颁“全球高被引学者”证书
全球领先的专业资讯服务提供者科睿唯安(Clarivate Analytics)每年发布“全球高被引学者”名录(Global Highly Cited Researchers)。这份备受瞩目的名单每年都会选出对学术界具有重大影响力的研究人员,获选者在过去10年曾发表了多篇高被引论文,这些论文在Web of Science引文平台中的被引用次数在同学科文章中排名前1%。2020年,全球共有来自六十多个国家与地区的6167位研究人员入选,而马来西亚总计有13位学者入选,王伟俊是其中一位。
 
除此之外,王伟俊也入选了2020年美国史丹福大学发表的《世界前2%顶尖科学家排名》(World's Top 2% Scientists)。
 
2019及2020连续两年,王伟俊被列入由科睿唯安发布的“全球高被引学者”名单,为我国少数入选者之一。
 
王伟俊领导的课题研究组,主要研究开发用于能量转换和存储的富含地球先进纳米材料,重点包括光催化和光电催化、电催化还原二氧化碳、固氮和水分解、能源与环境科学的热催化和光热催化以及电池。世界经济论坛曾发表了“2020年十大新兴技术”,其中一项是太阳能转换二氧化碳成可再生能源,这趋势刚好与王伟俊的研究方向契合。同时,太阳击中地球每小时的能量要比人类全年消耗的能量还要多。
 
王伟俊现在专注的研究,外行人听来很深奥难懂。他解释,其实是来自小学四年级的科学基础。王伟俊自小学开始对科学很有兴趣,尤其喜欢化学。“记得叶绿素吗?小学四年级科学课读过,叶绿素可以进行自然光合作用。叶绿素吸收光、二氧化碳、水分,并产生氧气和葡萄糖。所谓的纳米材料,就像是叶绿素的叶子,这个纳米材料吸收光、二氧化碳、水分,把H2O破解得到氢气和氧气,氢气就是一种很好的可再生源燃料。至于二氧化碳,把之转换成一氧化碳和甲烷或甲醇,其能源量也很高,可以用在工业产生电能及其他燃料。催化工作是化学的本质,如修饰二维材料来转换水形成变成氢气,结合纳米技术和大规模反应器则是工程。”
 
“一天有8小时的时间出现太阳”、“为什么人可以在地球生存?”,这等等都是王伟俊小时候就开始对自然光合作用的深入思考,虽然当时并不理解何谓人工光合作用,一直到了大学才真正认识,但有疑问而想找出答案,很早就已在他心中埋下了种子。
 
目前全球获得的能量或电流大都来自燃烧石油和天然气,排放的二氧化碳带来的温室效应,加剧全球暖化,促使对太阳能和纳米技术有浓厚兴趣的王伟俊极力研究这一块。
 
王伟俊(左二)的其中3位厦门大学大马分校化学工程学生,他们曾到厦门大学总校做研究和发表论文。刘俞伶(左一)刚学士学位毕业,现在已开始工作。吴舒霏(右一起)和傅捷正修读硕士第一年,即将转跳博士。傅捷和吴舒霏是FRGS研究计划的研究生。
 
致力提升再生燃料纳米技术
“全世界都在探索纳米技术,以目前的发展来说,纳米材料产生可再生燃料是可行的,只是还没达到产业效率和低成本竞争力。从基础研究到产业化必须经过一个过程。我希望从这过程中可以提升效率到10%的太阳能转换,达到产业化,例如用纳米技术把水变成氢气是很大的突破。
 
“很多科学家利用水电解将太阳能电池板中的电能泵入水中来获取氢气。尽管已经成熟,但是这技术仍然昂贵。”
 
王伟俊解释,科学家不停地在研究中找出突破点。“我研究纳米技术,进一步从不同的形貌、结构和特征来改变非贵金属纳米材料的性质,提升至更容易转换的模式,从水分变成氢气、二氧化碳成如一氧化碳、甲烷的可再生燃料,燃烧后再产生二氧化碳,二氧化碳又转换再生燃料,之间可形成一个循环,实现二氧化碳净零排放。”
 
很多人用不同的方式,有的人用高温来触发活性。他的目的是利用室温和太阳能来达到这个效果,如何调控二维材料如石墨烯、石墨氮化碳、金属硫化物、金属磷化物、单原子催化、异质结纳米复合材料等,改进性质来探索其效率。这都属于基础工作。王伟俊笑说:“哪个工作不是从基础开始呢?”
王伟俊2018年获得德国教育与研究部颁发的绿色精英奖(Green Talent Award),是全球25名获奖的年轻学者之一。
 
读博时已立志科研发展
今年32岁的王伟俊2012年毕业于大马蒙纳士化学工程学位,之后凭一级荣誉学位直跳博士,2016年博士毕业。修读博士期间,曾获得澳洲奋进研究奖学金(Endeavour Research Fellowships),到澳洲蒙纳士克雷顿校区及新南威尔斯大学研究交流半年,让他开拓眼界,意识到从事科研,眼光不能只是放在大马,而是要多跟来自不同地方的专才交流,学习经验才会更多。
他也是从修读博士阶段开始,肯定自己的志向——走学术路线,将来成为讲座教授,拥有自己的课题研究组和研究中心,栽培更多年轻学者。
博士毕业后,王伟俊没有立即投奔大学教书,因觉得经验尚浅,应该出外闯闯,因此申请到国外研究所工作。他在新加坡A* STAR材料研究与工程研究所(IMRE)担任研究员两年,做的多是偏企业性研究。他说:“企业方向的研究,也要有很强的基础,否则将很难理解需要改进的课题。”
 
不过,在研究所工作是无法成为教授的,工作两年后,他决定回国,在2018年加入厦门大学马来西亚分校,因研究表现不错,一入职即担任助理教授,2019年升任副教授。
 
在德国的交流计划,王伟俊研究利用光化学、电化学及光电化学,通过纳米技术产生可再生燃料。图为光电化学反应器。
 
海外交流開拓眼界 認清對未來的路向
王伟俊曾获得几项重要奖项,而有机会远赴德国和美国参与科研交流。2018年,他凭转换二氧化碳和太阳能为燃料,有潜力成为未来能源供应的解决方案研究,获得德国教育与研究部颁发的绿色精英奖(Green Talent Award),是全球25名获奖的年轻学者之一。他与其他获奨者到德国交流3个月,包括参加科学座谈会、参观当地大学、研究所及企业。
 
另一个奖项是2018年默迪卡奖国际实习计划,以客座教授身分到美国劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)和伯克利加利福尼亚大学交流3个月。
 
在那里除了科研交流,差不多每周都有讲座,听报告可以了解主讲人的专长。能够见识到当地顶尖的实验室有完善设备和技术是肯定的,王伟俊从中看到的,还有研究人员的课题专注及深入。这让他省思,一直改变课题方向,所做的成果可能只流于表面,而找到对的课题方向才是最重要,可以做得更深入,同时也要同时也要找到科研的兴趣与毅力。“就如我对纳米技术感兴趣,从能源转换稍为扩大到能源储能,但还是跟纳米技术调控有关,所以特別有成就感。”
 
他在LBNL实验室的人工光合作用中心课题组做研究,钻研电化学和光电化学方向,用光和电促进活性,水变成氢和氧气,二氧化碳变成一氧化碳、甲烷或者多个碳(C2+)的化合物等等。
 
德国和美国之行,王伟俊认识了当地顶尖研究学者,也拓展他的研究版图,并且连结了将来的合作机会,包括他获得2020年高教部的基础研究基金计划(FRGS),已跟当地和中国学者合作更多的研究计划。
 
到美国劳伦斯伯克利国家实验室交流,让王伟俊认识了当地顶尖研究学者,也拓展他的研究版图,并且连结了将来的合作机会。
 
大马科研发展最愁经费
王伟俊的研究计划一般来自基础科学,目标当然是希望扩大到产业化,对大马经济有帮助,才有研究价值。导师曾跟王伟俊说,科研不是自己一个人在做,而是应该跨及多领域。成功申请到FRGS,他希望跟国外大学合作,结合实验和计算,探索利用计算技术如AI,节省时间和成本之下,探索更好的纳米材料,以尽早实现与联合国可持续发展目标相一致的目标。
 
“从实验中得到很好的效率,包括如何量产是非常重要。如果把纳米材料量产,是否能够达到一样的高效率,确保结构、特征是统一的,这过程还是需要时间来做得更成熟。”
 
大马科研的瓶颈,最大的成因还是在经费,王伟俊认为来自政府和产业的研究资金还是欠缺的,目前大学与业界的产学合作也是不足。政府应该给予获得全球认可的大马科学家更多的支持,这对栽培未来大马诺贝尔奨得主是非常重要的。相较于高产量研究,高素质的研究才能带大马在世界舞台飞得更远。
 
王伟俊筹划的厦门大学大马分校之纳米能源与催化技术卓越中心(Center of Excellence for NaNo Energy & Catalysis Technology, CONNECT)即将在2021年成立。他作为卓越中心主任寄望该中心在未来5年可成为大马甚至世界有名的纳米能源技术研究中心。至于自己的事业规划,他希望有一天可成为讲座教授和化工院士,并且指导更多的研究生和博士后,培育更多高层次科研人才,建设更有竞争力的国际队伍。
 
2019年,王伟俊获选出席在德国举行的第69届林岛诺贝尔奖得主会议。
 
有关全球前1%高被引学者榜单研究方法
全球高被引学者是从21个自然科学与社会科学领域及跨领域项目中选出超过6000位研究人员。高被引学者名录的遴选与研究方法来自科睿唯安旗下Institute for Scientific Information之书目计量专家所进行的资料分析,利用InCitesTM和Essential Science IndicatorsTM,按照学术论文出版统计数据及Web of Science引用资料的科学绩效量化与趋势资料所制定。此榜单以其科学严谨的筛选方法被学术界所广泛接受,具有很高的公信力。
 

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