什么是“CQU盾”？重大化学化工学院的这位副教授为燃料电池发展保驾护航！

能源是国民经济发展的命脉，关系到国计民生和社会的稳定与发展。寻求新型清洁能源并依靠科技全方位提高传统能源的转化利用效率，是我国能源工作的重中之重，更是人类社会解决能源问题面临的共同挑战。目前，新能源的应用范围越来越广，从航空航天空间探测器使用的氢能到微缩于生命体中的 “生物超级电容器”新型储能系统，新能源正以崭新的面貌融入到我们的日常生活。

国家“十四五”规划建议中提出要“加快推动绿色低碳发展”，为我国绿色新能源的发展提出了明确的方向和目标。对此，重庆大学化学化工学院丁炜副教授认为：“这是新能源科研工作者和从业者的机遇与挑战。我们要在此契机下，为我国新能源领域新型产业的形成贡献力量，推动新能源汽车、能源新材料领域等产业化的发展”。

其实早在二十年前，我校魏子栋教授就已经开始在新能源领域进行探索，他领导下的重庆大学化学化工学院新能源化工团队是国内最早开展先进新型电能源研究的团队之一，在燃料电池、气体多孔电极以及电催化剂等方面形成了优势与特色，取得了一批具有国际影响力的研究成果，为下一阶段的新能源的运用与推广奠定了良好的基础。

如今，丁炜作为该新能源化工团队的核心成员，主要以降低燃料电池成本、提升燃料电池性能与可靠性为主线，潜心钻研电化学催化与新型非贵金属催化材料。他提出“原子尺度‘限维度‘特性的赋予，催化剂特异性的‘非限表达’”的学术思想，开展贵金属替代电催化剂关键科学技术研究；分别在燃料电池非贵金属催化剂的绿色宏量制备技术，非铂燃料电池复杂环境下的稳定运行以及催化剂原子利用率的大幅提升方面取得了突破性的研究成果。 

近年来，丁炜的重要研究成果发表于Nature catalysis、Chem、JACS、Angew等化学、化工、能源学科权威期刊，共计40余篇，其中3篇次论文入选ESI 1%高被引论文，论文总引次数2230，H-index 24，并形成了3种燃料电池用非铂催化剂技术产品；荣获2017年度重庆市人民政府科学技术奖自然科学一等奖（4/5）、2016年度中国发明协会发明技术铜奖（2/6）、2019年重庆市党委组织部英才青年拔尖人才、2020年重庆市自然基金杰出青年基金项目和国家自然科学基金优秀青年基金项目支持。

在燃料电池领域，有一个普遍的认知，“燃料电池清洁无污染，但制约燃料电池大规模商业化的最大弊端就是所使用的催化剂铂储量稀少且价格昂贵。”丁炜说，燃料电池等新能源技术，依赖铂作为催化剂，铂的大规模使用势必导致全球铂资源的极度短缺，而我国的铂储量更少，仅占全球储量的0.58%，铂资源势必成为我国氢能等新能源技术发展的卡脖子环节。“近年来，我们努力的方向之一，就是希望能研究出能替代铂的非贵金属催化剂及其相应的燃料电池技术，实现燃料电池的非铂化和低成本化，这样才能让燃料电池走进各行各业，使其应用更加广泛。”

研究过程中，丁炜及其团队发现：通过对含氮聚合物无机盐水溶液混合物的蒸发重结晶，能够将含氮聚合物固化在无机盐晶体中，又因为盐封的三维局域空间可将低温下随心所欲设计的聚合物形貌，最大限度地保留到高温碳化后的终极产品中，使其获得优异的三维传输通道，增加了活性位点在催化三相界面的暴露，有效解决了直接碳化过程中存在的严重烧失、高季胺氮掺杂和结构坍塌问题；克服了软硬模板法合成催化剂时，模板与纳米催化剂分离的世界性难题；实现了廉价高性能碳基催化剂的绿色宏量制备。该项研究成果被国内外科学网站誉为“新型燃料电池催化剂的得力助手”。

此外，由于城市环境中存在着大量氮氧化物和硫氧化物，在接触空气的阴极氧还原的过程中，即使空气中存在微量的硫氧化物（SOx）或氮氧化物（NOx），也会毒化催化剂，显著降低燃料电池的活性和稳定性。铂类催化剂易 “中毒”，而降低燃料电池可靠性。非铂催化剂在复杂污染环境下则具有更高的应用价值，通过对催化剂分子结构的适当设计与构筑，可使催化剂对氮氧化物和硫氧化物有较好的抗中毒能力，从而提高非铂燃料电池在可靠性方面的优势。

有趣的是，在重庆大学新能源化工实验室中，丁炜与他的团队发现了一种氮、磷、碳掺杂的催化剂，这种催化剂在酸性或碱性条件下都对毒性分子有较强的耐受性。丁炜给这种催化剂取名为“CQU盾”，“它就像拿着一个盾牌，将氮氧化物和硫氧化物隔离在外面，使反应得以快速进行。”机缘巧合之下，丁炜发现催化剂中的化学元素“cpn”与重庆大学的简称有些相似，便将其名称定为“CQU盾”。作为重庆大学的老师，丁炜为他们所发现的催化剂赋予了具有“重庆大学”符号的名称。

“现在燃料电池阴极已经可以找到较为合适非铂类催化剂，虽然稳定性仍需要提升。但是，燃料电池的阳极有高酸性和高电压，除铂这类贵金属外，鲜有物质能够胜任催化氢气或甲醇等物质的氧化反应，因此要想实现完全非铂十分困难。”丁炜介绍，他们在基于半导体自由电子调控金属d带中找到了灵感，成功研发出具有高活性和抗氧化性的金属钌、镍等非贵阳极催化剂。

说起与重大的故事，丁炜有太多经历可谈及，“我读研究生时就来到了重大，从最开始对科研的不了解、初入实验室的手足无措到后来对科研工作产生浓厚兴趣，一路走来我认为自己与所有的同学并无差异。”但在科研的起始中，一位导师的出现，让丁炜的人生发生了重大转变，他就是重庆大学化学化工学院院长、重庆市“新能源化工”创新团队学术带头人魏子栋教授。两人共处12年间，从师生到同事、科研伙伴，魏子栋不仅是丁炜科研路上的启蒙者，更是最大的支持者和解惑者，让丁炜逐渐找到自己的价值与闪光点。

“海阔凭鱼跃，天高任鸟飞”是魏子栋经常用来鼓舞丁炜和学生的话。“这已经成为我的座右铭了，我现在也说给自己的学生和团队，借此来激励他们在自己的科研工作中要敢于发现和创新，要相信自己，不要轻易否定自己的研究方向和想做的事。”多年来的亲身经历和实践感悟，成为丁炜科研路上最大的收获，也成为他如今站上讲台最大的底气。

作为重庆大学化学与化工学院的青年中坚力量，丁炜深感责任重大。对于学院及学科的发展，他认为优秀的师资力量是最重要的也最核心的。为此，他在繁忙的科研工作中，坚持进行教育教学工作，兢兢业业，从不敢懈怠。他结合魏子栋教授的教育教学理念和自身经验，总结创造出针对不同年级学生的“个性化”教学体系，根据专业知识技能学习与个人成长发展的渐进性，对本科生、研究生、博士生提出各有侧重的培养要求。

对于本科生的教学，他认为大多数本科生学习能力较强，但是在学以致用以及对知识刨根溯源的能力上相对较弱。因此，丁炜十分注重对本科学生的思维训练，希望他们能够在应用中理解知识，课堂上通过研讨等方式启发学生思维，课后布置不限字数与篇幅的原创论文作业,以此方式来鼓励学生大胆进行创想。

面对研究生，丁炜认为科研兴趣和科研素养是最为关键的。为此，他认为做科研必须要具备“三个信心”：一是要对自身有信心，无须沉溺在短暂的失败中，并用失败而否定自己。二是要对从事方向有信心，做到坚持且不断完善，不可盲从也不能随意更改。三是要对自己的团队、平台有信心，团队和平台的发展能促进个人发展，团队合作在关键问题的解决方面具有不可替代的作用。“刚进入实验室的研究生往往会对自己产生怀疑，对于自己是否适合科研十分迷茫，这是大多数做科研的人都会经历的困惑期，这‘三个信心’可以帮助学生开启兴趣大门并真正热爱上科研，成长是需要点耐心与执着的。”

丁炜的博士生何倩说：“对于博士生的培养，丁教授提醒我们不要过于看重文章的发表数量，要对每一次实验、每一个新问题进行全面分析与深入思考，才能更快更稳步的提升个人能力与科研实力。”丁炜表示，他对博士生的要求非常严格，希望他们能真正的学到知识，也希望他们以后可以做一个对科研真正有用的人。在博士生王健的印象中，丁炜教授是一个十分正派、直接、豪爽的人，他对科研保持着很高的热情，对待科研工作特别严谨认真，但生活中却十分和蔼可亲，时常关心学生的生活情况，当学生遇到困难时会尽己所能地给予帮助。

从成为教师的第一天开始，丁炜就对自己提出了更高的要求，时刻勉励自己传承化学化工学院的优良传统，在科研工作中坚持创新发展。他对于自己的学生有着殷切地期盼，希望学生能够始终保持对知识的渴求，勇于突破现有的知识体系，创新大胆地探索未知，在学术品格上要像“打不死的小强”，不惧困难，不忘初心，在自己选择的道路上越走越远，为国家和社会做出应有的贡献。

文字：孙琳洁 吴蓉 刘粟夫 赵幸 程筱锦 李澜

图片：杨万淑 张元汉

编辑：方嘉怡

指导：李婷婷