2025年11月30日，由西安建筑科技大学云斯宁教授主持的“国际交流合作系列会议之——新能源材料专题（十五）（The 15th International Webinar on “New Energy Materials” in XAUAT 2025）”在西安建筑科技大学工科大楼会议室召开。
导语
在材料科学、量子物理与人工智能交汇的时代，能源科学正迎来史无前例的范式转变。朱斌教授受邀在本届国际系列专题会议中做学术报告，他以深刻洞察和跨界视野，重新定义未来能源技术的可能性，从量子输运到AI共智，为广大师生带来一场难得的学术思想盛宴。
讲座开始由OAE《Energy Materials》杂志执行编辑文新萍女士做开场介绍。她系统回顾了期刊在全球能源材料领域的定位、发展战略以及对原创性前沿研究的持续支持，强调了学术出版与科研创新共同推动国际合作的重要意义。
随后，本次讲座的主讲嘉宾、国际著名能源材料学家、半导体离子学主要奠基人的朱斌教授（Loughborough University，英国）带来了主题报告：《从离子学、半导体离子学到量子离子学前沿——AI赋能下一代能源科学与技术创新》。
朱斌教授以其35年的跨学科研究积累，从根本问题切入——传统掺杂结构设计的离子导体为何在能源材料领域形成了长达百年的瓶颈？
朱斌教授从材料结构、能带理论、量子输运三条主线，引导听众经历了一场从“经典”到“未来”的科学旅程。
主讲人简介
朱斌，东南大学能源与环境学院特聘教授，前瑞典皇家工学院研究教授，现英国拉夫堡大学访问教授，在纳米复合材料以及用于超质子导体和先进燃料电池/太阳能电池的新型半导体—离子材料（SIMs）领域，从材料到器件、技术层面，发表了450多篇论文（Google Scholar引用次数超过19800次，H指数72），并致力于能源多联产系统的相关技术研究。
朱教授在SIMs、质子波动输运及波粒二象性方面的创新研究，催生了超质子导体和单层（SIM）燃料电池（SLFCs），奠定了量子离子输运（学）的科学基础，从而引领了下一代高效能源存储与转换技术的发展。多年来，朱教授与阿尔托大学的Peter Lund教授合作，致力于建立面向电化学能源的前沿学科——半导体离子学和半导体电化学，共同获得国际可持续能源技术创新奖。
讲座回顾
一、背景：能源科技的演进与挑战
朱斌教授首先回顾了固体氧化物燃料电池的发展历程。从第一代高温SOFC（固体氧化物燃料电池）（800–1000°C）到第二代中温SOFC(600–800°C）到现在低温SOFC/PCFC(质子陶瓷燃料电池）300-500°C)，材料与结构的创新不断推动着离子输运科学和性能边界的突破。
欧洲SOFC市场在欧盟长达半个世纪以来的绿色可持续的政策和大力投资下快速发展，其增长动力主要来自能源转型、氢能经济、工业脱碳及欧盟2050净零目标。然而，SOFC高造价、高温材料耐久性、制造规模化与可重复和可持续性仍是当前产业面临的核心挑战。
二、材料挑战与科研突破
朱斌教授指出，材料本身的局限性是制约SOFC性能突破的根本瓶颈。以经典电解质材料 YSZ 为例，传统离子学框架主要依赖“结构掺杂—形成氧空位—离子跳跃迁移”的机制。这种基于局域空位跳迁（hopping）的离子传输模式决定了其电导率上限：要实现氧离子电导率达到 0.1 S/cm，往往必须依赖 900℃以上的高温 才能克服迁移能垒，其“天花板效应”已凸显。
朱斌教授从氧空位形成、局域几何构型限制及其能垒起源等方面，系统解释了为什么传统结构掺杂路线难以长期突破这一物理极限。
朱教授强调：基于表面/界面非结构效应的设计，能够构建近零禁带（0-bandgap-like）离子输运通道，从而提供另一条实现超离子导体的可行路径。这类非结构驱动的离子输运模式不再受限于局域几何位点，可通过能带态、场效应及界面相干机制显著降低迁移能垒，展现出远超传统材料的潜力。
三、从离子学到半导体离子学的理论的跃迁
传统材料科学框架导致下的离子传导的“跳跃式扩散”（hopping）机制本质上受限于局域几何、缺陷浓度与迁移能垒，难以突破固有瓶颈。因此，即便持续掺杂优化，仍难以获得跨越性提升。而半导体离子学是从局域扩散到能带传输的第一次跨越。
半导体离子学（Semiconductor Ionics, SI）由朱斌教授团队率先建立，其核心突破在于：1）离子能够参与能带态传输（band-like conduction）；2）离子与电子之间存在耦合效应（E–I coupling）；3）表面与界面可形成“近零禁带场（0-bandgap-like field）”；4）输运不再受制于经典迁移能垒。这意味着离子传输首次从“点缺陷局域跳跃”进入到“能带驱动的准自由态”：离子输运不再是点跳跃，而是沿势阱展开的非局域迁移。
这一模式成功解释了许多传统离子学理论难以解释的现象，包括：1）低温下（300–500℃）实现高导电；2）非结构材料（如无序氧化物、界面）出现超常离子导；3）单层燃料电池（SLFC）跨越传统三层结构的基本限制。这标志着离子科学百年来的第一次范式转变。
四、拓扑质子学量子离子学：能源材料的量子革命
朱斌教授进一步提出量子离子学（Quantum Ionics, QI），这是超越能带态的第二次理论飞跃，半导体离子学架起了从经典离子学通向量子离子学的桥梁。在量子限域条件下（如纳米界面、狭缝、金属场调控等）：1）质子不再表现为经典粒子，而呈现波粒二象性（Wave–Particle Duality, WPD）；2）质子的波函数在空间中延展，可跨越局域位点；3）迁移过程不再依赖跳跃，而是相干传播（coherent transport）；4）波函数具有拓扑相位（Berry phase）特征，可受到拓扑结构调控多质子呈现集体态（collective state）迁移，远超经典模型预期这一理论框架揭示了一个核心事实：
质子是可以表现为“波”的，而且是可以被调控、被限域、被相干增强的“量子波”。这个被朱斌教授团队最新的实验结果证明。这直接打破了过去百年来“质子=随机扩散粒子”的固有认知，推动质子传输进入量子驱动时代。
朱斌教授进一步讨论了拓扑质子学的核心图示：质子波函数在异质结界面的Berry相位积累、场-动量锁定等现象，类比于拓扑电子学中的量子霍尔效应。他指出，2016年诺贝尔物理奖所表彰的拓扑物态理论，在2025年已逐步走向材料实现，而拓扑质子学正是将“拓扑态”转化为“拓扑流”的关键一步。“让质子通道具备Berry曲率、自发相干与拓扑保护，意味着质子传输从经典时代跃入量子时代。”朱斌强调，“这是连接量子物理、能源科技与人工智能的交叉前沿。”
五、AI赋能科研创新：从执行到创造
在讲座后半程，朱斌教授转向“创新思维与AI赋能”这一更具哲学与方法论意义的主题。他指出，传统科研模式往往受限于认知框架与信息处理顺序，难以实现真正的跨界突破。
他提出“创新三角”：知识–想象力–行动。真正的创新不是逻辑推理的结果，而是感性洞察与理性整合的融合。AI在此过程中不是替代人类，而是作为“第二大脑”，承担推演、建模、验证等任务，而人类则负责提出新问题、定义新方向、创造新范式。
“未来最稀缺的人才，不是高分执行者，而是能创造范式、定义问题、解决复杂系统问题的人。”朱斌说。
六、总结：科学的使命与未来的召唤
朱斌教授以一段深刻的结语收尾：科学创新的最高境界，是把“未知”变成“可能”。他最后强调，AI赋予我们无尽的算力与推演能力，而人类智慧点燃直觉与创造的火花。当二者融合，科学创新将进入一个共生共赢的新纪元。
讲座回顾
在讲座最后的互动环节，现场气氛热烈，多位博士生就报告内容与朱斌教授进行了深入交流。
外籍博士生Nasir和Taimoor关注量子离子学从理论到工程的路径，向朱教授提问：“如何将抽象的波函数相干与拓扑保护概念，转化为可制备、可测量的具体材料结构？”。朱斌教授指出，异质结工程与界面设计是关键，通过构建具有强内建电场的纳米复合层，可以实现对质子波函数的初步调制与观测，这是走向量子离子器件的第一步。
中国博士生王若名和刘彦贝对AI在材料研发中的具体角色很感兴趣，朱教授回应：“AI正在改变我们的研发范式。例如，通过高通量计算筛选具有特定Berry曲率的候选材料结构，或利用机器学习分析电镜图像中的拓扑缺陷。但核心的物理图像与创新概念，仍需人类提出。”
未来，我们将继续以开放视野与国际合作，推动新能源材料和量子能源科学的深度发展。
