RSC导师零距离 | 王涛:由一本英语语法书引发的科研之路
作者:X-MOL
2020-11-23
从初中暑假学习一本英语语法书开始,在循序渐进的教育影响下,王涛老师找到了自己的兴趣和方向,走上了科研的道路。赴英求学、协同合作、挑战前沿,2014 年更是在母校的邀请下回国建立起自己的实验室,开始在光伏太阳能电池材料与器件领域的研究方面大展拳脚。 如果要问他最大的科研感悟是什么?他会从容地告诉你:要善于从失败的科研经历中发现问题,总结出有用的点滴 。在科研的道路上,他更是强调协同合作 ,与国内外多个课题组携手攻克一个又一个难题;在人才的培养方面,他同样下足功夫,为学生们传道解惑 ,强调综合能力培养和因材施教,帮助他们培养良好的科研习惯,让他们学到能够受益终身的方法和本领。 本期栏目对话武汉理工大学 王涛教授 ,带您近距离了解其人其事。
王涛课题组(第三排左一:王涛教授)
武汉理工大学材料科学与工程学院教授、博士生导师、英国皇家化学会会士
1998 年进入武汉理工大学学习,2005 年获得材料学硕士学位。之后前往英国留学,2009 年在英国 University of Surrey 获得物理学博士学位。之后分别在在英国 University of Surrey 和 University of Sheffield 开展博士后研究。2013 年入选国家海外高层次人才引进计划后回到武汉理工大学,担任教授。长期从事半导体材料与器件领域的研究,内容涉及由有机/无机半导体材料构筑的光伏太阳能电池和发光器件。已在具有国际影响力的学术期刊发表研究论文 110 余篇,并担任多个国际期刊的编委及审稿人,先后获得英国高分子物理学会 Ian Macmillan Ward 奖、湖北青年五四奖章、英国萨里大学“青年成就奖”等荣誉称号。
http://www.taowanggroup.com/
Q: 您主要从事光伏太阳能电池材料与器件领域的研究,能否跟我们介绍一下课题组的研究方向与研究进展?
A: 是的,我主要从事光伏太阳能电池材料与器件领域的研究,涉及的材料包括有机和有机/无机杂化半导体材料,致力于通过物理、化学手段实现对材料微观聚集态的控制,由此调控半导体材料与光电器件的光吸收和光电转化过程。我们通过大科学仪器探测材料的微纳结构,比如中国上海光源、英国钻石光源、英国卢瑟福国家实验室的散裂中子源等,结合器件工程建立材料与器件之间的构效关系,理性地提高器件效率和寿命。近年来,我们先后发展了热场诱导聚集、溶剂诱导聚集、纳米纤维限域调控等方法,实现了对多种有机光伏体系及其电池器件的聚集态调控,显著拓宽了光伏材料的光谱吸收范围,提高了器件的光电转换效率 (Joule , 2019, 3, 819-833);揭示了多组分电池体系中电子给体/受体的分子有序性、三维空间分布、能量/电荷转移的多因素耦合作用 (Adv. Mater. , 2017, 29, 1601674; ACS Energy Lett. , 2019, 4, 2378; App. Phys. Rev. , 2019, 6, 041405; Adv. Funct. Mater. , 2018, 28, 1704212); 探明了多层结构太阳能电池产生“光浴”不稳定性的根源,发展了紫外光照、极性溶剂表面处理、有机分子本体掺杂及界面修饰等方法来提高器件效率和寿命 (Adv. Mater ., 2017, 29, 1604044)。 目前我们全力投入的一个工作是非富勒烯 n 型电子受体在有机太阳能电池体系中的微观聚集态及器件效率研究,包括分子层面分子之间的排列和堆叠,纳米尺度下分子的有序化,以及数百纳米及微米尺度下分子所形成的各种聚集体,比如纤维晶、球晶等(Rep. Prog. Phys ., 2019, 82, 036601), 研究不同尺度下的聚集行为对器件光电性能的影响。
非富勒烯受体在有机太阳能电池体系中不同的分子堆叠方式研究 ( J. Mater. Chem. A , 2020,8, 15607-15619)
Q: 是什么激发您选择了科研的道路?是否有什么特别有意思或者难忘的科研经历与感悟和大家分享? A: 我很难把我选择科研的道路归结于我所经历的一件具体的事情或我所遇到的一个具体的人,这应该是一个在受教育过程中循序渐进的选择。我出生在一个国营农场,小时候没有机会接触科学,但是生活很快乐。初中毕业的时候,我一个同学给了我一本张道真的《实用英语语法》,我看了第一页就迷上了,花了一个暑假的时间,一边看一边整理成笔记,赶在迈进高中大门之前把它学完了。现在回想起来,这件事不仅仅是使我提前学完了高中英语,两种语言体系在表达和习惯上的差异就这样烙在了我心里,一个博大精深,一个简单实用,无数地方都闪烁着两种文化的光辉。高中的时候我则涉猎了很多文学书籍,真正开始迷上科学可能是我上大学期间。我对高分子物理这门课特别感兴趣,对老师讲课的内容特别入迷,尤其是聚合物大分子所形成的各种各样的聚集体:它们是如何形成的?有哪些特性?所以在读博士的时候我选择了软凝聚态物理,开始学习并研究包括高分子在内的软物质物理。科研感悟方面,有一点比较深的感受是要善于从失败的科研经历中发现问题,总结出有用的点滴 。有时候把为什么失败弄清楚了,离成功也就不远了。比如我们前段时间有一个关于三元体系有机太阳能电池的研究,我们把两种不同的结晶性聚合物加入到二元体系有机太阳能电池中去,虽然这两种结晶性聚合物在电导率和结晶形态上都类似,但一个起正面作用提高三元器件效率,一个则是负面作用。我们就逐项排查原因,从微纳形貌到各种光电性能,最后发现是三元体系中能量转移方向不同,导致结果迥异。我们把这个问题讲解清楚,论文发在了 Advanced Functional Materials 上,也对如何制备高效的三元有机电池器件有了新的认识。 Q: 在学生选择和培养的过程中,您会比较看重学生哪些方面的能力或素质?
A: 在选择学生的时候,我比较看重学生对专业基础知识的掌握和求知欲 。我个人觉得专业基础知识很重要,是研究生涯的起点,如果基础不牢固,后续的工作就不会出现加速度,反而要花很多的时间去补课。求知欲会带领学生主动学习、主动科研,这样的学生能很快进入科研状态,而有些学生则可能要很久才能找到自己的人生目标,这个时间有可能是毕业之后。 在培养学生的过程中,我注重科研习惯、思考能力和动手能力的培养,强调老师与学生以及学生与学生之间的通力合作 。在措施上,开展集体讨论,也针对每个学生的特点因材施教。我希望学生能把实验做好,也能把文章写好,还要能在不同的场合针对不同的观众把故事讲好。可能学生会觉得从一踏进实验室到毕业答辩前都一直处于高度专注的状态,但是毕业后很多学生都说受益终身,因为他们遇到事情的时候就会知道怎样把一件事情做到最好,会有那份自信与从容。 Q:您在英国留学和工作多年,在科研包括教学等方面,您觉得有哪些值得我们学习和借鉴的地方?
A: 是的,我 2005 年赴英国开始博士阶段的学习,在英国大概学习和工作了近10年。英国人务实认真的态度、谦虚幽默的品格一直影响着我。在科研方面,英国的科研人员都注重把一个问题研究的清楚明白后再去发表论文,所以英国的科研论文数量可能不多,但是引用率是很高的。而且有时候他们所要弄懂的问题,反而是很多人感觉应该是这样、或者大家都说应该是这样的一些问题,即使一位皇家科学院的院士有时候也会问一些看似很简单的问题。这让我感受到科学研究有时候就是回答我们各自领域中常常被忽略的问题,在自我提高的同时推动相关科学领域的进步。Q:祝贺您当选英国皇家化学会(RSC)2020 JMCA Emerging Investigator !您和RSC还有哪些渊源或故事呢?
A: 谢谢,很高兴能够入选 2020 JMCA Emerging Investigator (详情请见:2020 JMCA 新锐科学家专刊 )。我涉足有机太阳能电池领域的第一篇论文就发表在RSC旗下的 Soft Matter 上,在这个工作中我们搭建了基于椭圆偏光仪和掠入角X射线衍射的原位测试平台,实现了对有机光伏薄膜在溶液成膜过程的原位检测,追踪了共轭大分子从溶液中的单分子状态到逐渐有序结晶的整个过程,受到了国际同行的广泛关注。我还于 2019 年 7 月入选英国皇家化学会会士,很荣幸自己的工作能够得到英国皇家化学会和各位评委、同行的认可。
第一篇在有机太阳能电池领域发表的论文( Soft Matter , 2010,6, 4128-4134)
Q:除了科研,您平时最大的爱好或最喜欢做的事情是什么? A:科研之外,我最喜欢做的事情是和家人一起花几天时间去一个较远的地方休息几天,这样可以卸下一些东西,找到一些平静,重新出发。这个可能比较有仪式感,不过对我很管用。
英国皇家化学会作为历史最悠久的化学学术团体,一直致力于推动化学科学的卓越发展。为了进一步加强与中国化学及相关领域知名学者的互动,“RSC 英国皇家化学会”微信公众号特推出《RSC 导师零距离》栏目,希望借此栏目分享导师科研道路上的宝贵经验和经历,促进最新科研成果的推广和学术交流,并帮助愿意投身化学科研的学生更好地了解导师们的风采。
想了解更多往期“RSC 导师零距离”嘉宾的访谈,请点击“阅读原文 ”查看。