能源是一个国家兴衰的命脉，是推动人类社会发展的重要动力。改革开放以来，我国经济发展迅速，对能源的需求也是越来越旺盛，致使能源消费节节攀升，我国于年成为世界最大的能源消费国，随之而来是对环境保护和经济建设的严峻挑战。
作为我国新能源研究排头兵的中国石油大学新能源研究院为此制定了详细的科研方向和战略管理规划，将太阳能与生物能源、洁净煤等作为重点课题进行研究，为响应院里的战略规划，李振兴带领自己的课题组成员，在太阳能电池开发和相关新能源催化剂方面开展了许多前沿性的研究，并获得了丰硕的成果。
李振兴，副研究员、博士生导师，担任多孔材料与能源催化课题组组长，兼任中国化学会会员、中国化工协会会员。
新材料使太阳能发挥更大效能
太阳能电池是一种将太阳能转换为电能、实现节能减排的重要手段。目前，全世界生产应用最多的是由单晶硅和多晶硅构成的晶体硅太阳能电池，其产量占世界总量的90％以上。但单晶硅太阳能电池需要消耗大量的高纯硅材料，而制造这些材料生产工艺复杂，耗能巨大。因而，取代单晶硅的多晶硅电池得以上市，但其也存在着晶向不一致，表面织构困难等技术缺陷，电池效率甚至比单晶硅还低。为此，开发一种经久耐用、经济性好的材质对于改善太阳能电池的转换效率来说，已经迫在眉睫。
李振兴带领其团队已经从事这项研究有2年多时间，他们了解到，与传统的有机材质的电荷传输材料相比，金属氧化物比有机材料显示出更好的稳定性和场效应迁移率，为了寻找合适的金属氧化物，李振兴尝试过包括氧化锡、二氧化钛、氧化锌和氧化镍在内的多种氧化物，也尝试过其他纳米材质，但均未取得很好的效果。李振兴并未气馁，而是继续探索，直至找到了氧化锡包覆氧化锌核壳结构纳米颗粒，将钙钛矿型太阳能电池的效能加以发挥。
其实，早在年，钙钛矿型太阳能电池以其合适的能级、较高的载流子迁移率等性能以及低廉的成本已经应用到太阳能发电领域，并被公认为具有巨大商业价值，但对钙钛矿型太阳能电池能否提升光电转换效率并不清晰。而李振兴及其团队针对钙钛矿型太阳能电池的电子传输材料进行了深入研究，认定对于钙钛矿太阳能电池而言，电子传输材料是决定其光电转换效率的重要因素，在此基础上，李振兴和国内外的合作伙伴共同对钙钛矿太阳能电池的电子传输材料进行了深入研究，通过溶剂热方法设计出一种新型的电子传输材料氧化锡包覆氧化锌核壳纳米结构（ZnO
SnO2），首次提出了氧化锡包覆氧化锌核壳纳米结构的制备方法，揭示了其具有较高光电转换效率的内在机理。由于氧化锡壳层的能级匹配和核层氧化锌纳米粒子的高电子迁移率，无机钙钛矿太阳能电池的光电转换效率高达14.35%。氧化锡包覆氧化锌核壳纳米粒子的尺寸为8.1nm，电子迁移率是氧化锡纳米粒子的7倍。同时，均匀的核壳型氧化锡包覆氧化锌纳米粒子对无机钙钛矿薄膜的生长极为有利。研究结果表明，氧化锡包覆氧化锌核壳纳米结构是一种理想的太阳能电池的电子传输层，光电转换效率比传统的电子传输材料提高40%，从而使太阳能能够进一步发挥更大的效能。成果研究出来了，论文也发表了，但如何推广到工业界进行应用呢？对此，李振兴有自己的看法，一方面，他还想继续优化产品；另一方面，对于未来保持着乐观态度，但有个先决条件不得不考虑，就是要依赖于材料本身的发展，李振兴为此将继续不懈努力。
纳米新军提高催化效率
金属纳米材料自从在20世纪80年代中期研制成功之后，呈现出与传统材料不同的物理和化学性质，因而在催化、传感、能源以及医学等方面有着广阔的应用前景，已经为学术界和应用界贡献了许多成果，李振兴也将纳米材质作为了自己攻克催化剂难关的一道利剑。
年，德国化学家F.Ullmann报道了硝基溴苯与过量铜粉在高温下脱卤偶联生成联芳烃的反应式，是形成芳-芳键最主要的方法之一。Ullmann反应有其优点，使用的是价格较为低廉的铜试剂为催化剂，在工业中的应用范围也较广，但同样存在着不足之处。传统的Ullmann偶联反应条件苛刻，涉及高温、强碱，造成环境污染和能源消耗严重。因此，寻找价格低廉，低毒性的催化剂，使其能够在温和的反应条件下显著提高催化效率是许多科学家正在研究的课题。
李振兴经过研究发现，太阳能很少被作为光催化应用到催化有机偶联反应中，而太阳能却是一种绿色环保、资源丰富的能源，且用之不竭。同时，铜（Cu）纳米颗粒可以作为催化活性中心，氧化亚铜（Cu2O）纳米颗粒具有适宜的光吸收带隙，两者对光催化均具有重要意义，何不将二者加以“撮合”？李振兴及其团队通过多次努力和试验，终于找到了一种非常简单的水热法，成功制备出具有各种形貌的（）面Cu/Cu2O纳米颗粒，并通过精细控制还原剂葡萄糖的剂量，随着葡萄糖量的增加，纳米颗粒的形状将从八面体、二十四面体逐渐转变为星形。通过高分辨透视电镜和X-射线能谱确定Cu主要停留在Cu/Cu2O纳米颗粒的中心，而Cu2O会分布在表面。该Cu/Cu2O纳米颗粒可以作为C-NUllmann偶联反应的有效催化剂，在光照射下无须任何配体和溶剂辅助，表现出对脂肪胺和环胺与卤代苯偶联反应的良好光催化活性。
该研究利用太阳能减少能源消耗，通过无配体和无溶剂反应消除环境污染，并引入纳米材料提高催化效率，为纳米材料、光催化和有机反应的协同工作来提高工业化学进程提供非常值得参考的可能性。
合理催化使氢发挥巨大作用
在当今社会，氢能源已经成为了不可忽视的新型能源，氢能源能量密度高，燃烧产生水而不会污染环境，现已显示出替代化石能源的潜力。年12月，济南市首批氢能源公交车已投入运营，代表着氢能源的应用已经进入到民用阶段，其前景会更为广阔。对于学术界而言，高效、稳定、低成本的催化剂开发一直是电解水领域的前沿课题，国内的许多学者和专家在析氢方面的研究层出不穷，且多数成果集中在催化剂的改进方面，李振兴及其团队也不甘落伍。
目前的研究成果显示，传统的铂（Pt）基化合物被用作酸性条件下活性最高的析氢反应电催化剂，但铂属于贵金属，资源稀缺，使用转化成本高，故而许多研究者将其研究重点转向非贵金属催化剂。与铂、钯、金等贵金属相比，镍（Ni）在地球中含量较多，这使得Ni有可能成为低成本的析氢反应催化剂，但镍对于析氢（HER）的催化性能与贵金属相比还有待提高。经过一系列的探索研究，李振兴及其团队成功地开发了一种新颖自模方法来选择性刻蚀合成一系列纳米结构，在合成过程中，边缘切割的Cu
Ni纳米立方体和Cu-Ni纳米笼的角被蚀刻以产生高催化活性（）面。通过密度泛函理论计算和实验表明，与Cu-Ni合金相比，纯Ni的中间态太强导致HER活性降低，（）小平面具有比（）小平面更小的吉布斯自由能，并且可以提供更多的活性位点并吸附更多的氢，为高性能催化剂的合成提供了一种新的方法。李振兴还告诉记者，使用这种方式析氢电能消耗更少，相对于之前的高耗能析氢，节能效果明显。出生于内蒙古的李振兴清醒地知道，在自己的家乡和新疆，风能发电资源丰富，但当地的工业相对不发达，风能发电供大于求，且风能发电不稳定，并网传输不太现实，造成许多电资源浪费了。而在这些地区可以建设析氢工厂，将风电应用在电解水上，从而将水转化为应用更为广泛的氢能源，是一条非常值得探索的创新之路。
众所周知，任何科研成果都不是一蹴而就的，需要积跬步，才能至千里，李振兴深深地明白这个道理，循序渐进才能有所成就。多年的科研经历，让李振兴保持着脚踏实地、精益求精的精神，而自己的辛苦也得到了回报。年10月，从年开始、历时2年的横向项目《ZrO2基固体超强酸载体的合成与改性技术研究》通过客户的验收，其研究引入了助剂钇，制备了更高四方相比例的氧化锆载体，并且通过负载硫和钨对氧化锆载体酸性改性，提高了氧化锆载体的酸强度，满足了客户的需求。
目前，李振兴手头还有若干项目在研，他不担心项目干不完，也不拒绝小项目，而是以自己特有的步骤，一步一步地将深入探索，目的是研究出一项创新成果，就向社会推广一项，并始终在改善清洁能源、发展绿色能源的道路上砥砺前行，矢志不移。
撰稿：杜浩钧
（转自《中国高新科技》杂志年第9期）
