陈成猛：求新求变的“炭”究者

【奋进者】

◎本报记者 韩 荣

“求新求变”，是同事对中国科学院山西煤炭化学研究所研究员陈成猛的一致评价。“他们过奖了，我就是有些‘不安分’。”陈成猛日前对科技日报记者说。

回看陈成猛的履历，他确实不算一个“安分”的人。从钻研矿物加工到研究石墨烯，从制备电容炭到研发钠离子电池负极材料，他和团队成员在炭材料世界不断发掘研发方向，进行新的尝试。

今年，陈成猛获得2023年度中国科学院青年科学家称号。

“就是想做点不一样的”

2006年，陈成猛从中国矿业大学矿物加工专业毕业。和很多应届生一样，当时陈成猛面临人生重要选择——就业还是继续深造。

当时，矿物加工专业毕业生是不少用人单位眼中的“香饽饽”，陈成猛的同学多数进入煤矿采选企业工作或在本专业继续深造，但他“就是想做点不一样的”。

这样的想法于2004年就已在陈成猛心中萌芽。当时，英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫发现了石墨烯。这种新材料深深地吸引了陈成猛。

他介绍，作为一种新材料，石墨烯被称为“材料之王”，是一种二维碳纳米材料，是世界上已知最轻、最薄的材料，拥有优越的导热性、极低的电阻率。

读博后，在导师的安排下，陈成猛开始探索用氧化还原法制备石墨烯。

彼时，我国对石墨烯的研究才刚起步，可供查阅的资料非常有限。为了研究石墨烯，陈成猛不断阅读相关书籍、改进制备方法。2012年获得博士学位后，陈成猛在中国科学院山西煤炭化学研究所牵头成立了首个以石墨烯为主攻方向的课题组，担任课题组长，并尝试建设一条吨级石墨烯中试生产线（以下简称“生产线”）。

陈成猛回忆，成立之初团队只有两个人，实验室所有设备都需搭建。他们在购置了一些必备的实验仪器和材料后，科研经费就所剩无几了。

即便条件艰苦，陈成猛也没想过放弃，而是带领课题组想尽办法建设生产线。在不懈努力下，他们掌握了批量化生产石墨烯的核心技术，生产线成功落地并稳定运行。

“老路走不通就换条新路”

尽管取得了不错的成绩，但陈成猛没有停下脚步。

2015年，陈成猛带着课题组生产的石墨烯产品与下游厂商沟通，讨论石墨烯在超级电容器中应用的可能性。其间，一位厂商代表向他咨询：“目前，只有少数海外企业掌握电容炭相关技术。我们不得不高价购置相关材料，采购周期较长。陈老师，您能带领团队试试搞这方面的研发吗？”

超级电容器是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，具有较高的比功率、较宽的工作温度范围和极长的使用寿命，且对环境无污染。而电容炭作为超级电容器的电极材料，是一种研制难度极高的多孔活性炭。

回到单位后，陈成猛就开始着手研制电容炭。一般来说，制备电容炭的材料有3类：第一类是生物质材料，如椰壳炭；第二类是矿物材料，包括石油沥青和煤沥青等；第三类是酚醛树脂等高分子材料。

“但这些材料有的价格太高，有的性能不佳。我们尝试了几十种材料，结果都不达标。”陈成猛回忆，“既然老路走不通就换条新路，我们自己研发新的制备方法。”

经过多次尝试，陈成猛和同事开发了淀粉基电容炭制备工艺。用这种方法制备电容炭，只需一种材料——淀粉。淀粉来源广泛、成本可控，可大幅降低生产成本。此外，利用这种工艺批量生产的电容炭产品，技术指标达到国际先进水平。

“不能让成果‘躺’在实验室”

“科研人员要研发产业需要的技术，不能让成果‘躺’在实验室。”这是陈成猛挂在嘴边的话。他是这么说的，也是这么做的。

2021年，陈成猛偶然得知，多家企业急需钠离子电池负极材料——硬炭。

“钠离子电池具有生产成本低、安全性能高等优势，近年来备受关注。”陈成猛介绍，作为一种新型负极材料，硬炭结构稳定、工作电势较低，是钠离子电池理想的负极材料。不过，彼时我国硬炭依赖进口，他想打破这种局面。

此后，陈成猛带领团队成员用一年多的时间，研发出一种生物质基硬炭。然而，后续成果转化之路并不好走。生物质基硬炭制备成本高、压实密度低，产品化难度较大。

“有问题不怕，关键是找到解决方法。”陈成猛回忆，他带领团队成员调整“配方”，以储量丰富、成本低廉的煤、沥青等矿物材料为原料，研制出性价比高的钠离子电池硬炭负极材料。

“务实的理想主义者”是陈成猛给自己的评价。

“做理想主义者和求真务实二者并不矛盾。科研工作者要能天马行空地想象，敢于大胆创新；也要脚踏实地，面向生产一线需求，推动成果落地。”陈成猛说，未来他将继续带领科研团队深入了解市场需求，促进技术成果转化，服务高质量发展。