《Science》电池负极中的金属可逆外延生长电沉积

随着能源问题的日益紧迫，人类亟需构建以可再生能源为主导的新的能源结构。在新能源储存方面，可充电的金属负极电池是一个崭新的发展方向。这类金属电极在能量密度方面具有显著的优势，却无法控制电池充电时金属的生长方式。为了解决这一问题， 材料学院17届本科毕业生郑景旭引入了外延生长（epitaxy）的概念来调控金属的沉积形貌，以锌金属负极为示例，使得锌沉积/溶解的可逆性达到了99.9%，循环寿命达到了传统锌电极的100倍。

文章已在SCIENCE杂志上发表，郑景旭为第一作者。题为： “ Reversible epitaxial electrodeposition of metals in battery anodes ”。

文章链接：https://science.sciencemag.org/content/366/6465/645/tab-pdf

文章简介

新型储能与可充电金属负极电池

目前能源是人类社会面临的关键问题之一，传统化石能源被不断消耗。有研究指出，石油资源将在未来约30年内枯竭，我们急需开发相关的科技，构建以可再生能源为主导的能源结构。然而，不少可再生能源的收集是间断的，如太阳能和风能，到了夜间或无风之日则无法收集。因此，还需要可靠的储能技术，将收集到的可再生能源以电化学的形式储存起来，以便在任何我们需要的时候进行利用。

可充电的金属负极电池是一个比较新的概念，相比于商用的嵌入式负极，这类金属电极的最大优势是在于能量密度高，但问题是，在电池充电时，金属会以不可控的方式生长，也就是我们通常说的“枝晶”。这是很危险的，因为这种生长方式会让金属刺穿隔膜，导致正负极直接连接，发生短路——轻则电池失效，重则发生火 灾。

外延生长调控金属电沉积形貌

这篇文章中，郑景旭及同事引入了外延生长（epitaxy）的概念来调控金属的沉积形貌。其灵感很大部分来源于在上海交通大学本科阶段的研究。期间，他经常利用透射电镜观察金属材料中的各种共格界面，这些界面是在冶金的过程中形成的，使得某一相（secondary phase）和基体（matrix）具有某种特定的位向关系。事实上，这种关系也可以在电化学沉积中实现。于是，他利用暴露特定晶面的基底（substrate），通过这种共格界面外延生长的方式，在原子级别调控金属的电化学沉积，从而获得了非常规律、平整的金属沉积形貌。

文章以锌金属负极为示例，实验结果显示，锌沉积/溶解的可逆性达到了99.9%，循环寿命是传统锌电极的100倍。

未来应用领域广泛

可充电的金属负极电池是一个极富潜力的领域。针对自己的工作，郑景旭也做好了一些未来的设想。第一，在电池领域，他的这种方法可以拓展到所有利用金属电极的电池体系中，例如锂金属、铝金属等等——这将给电池的能量密度和寿命带来非常大的实质性的提升，提升程度甚至可能是数量级的。第二，在催化领域，能够在原子的层面调控金属的沉积形貌。这是一项基础性的技术。虽然在文章中，他们主要以电池作了示范，但目前，郑景旭也在持续努力，开发这项技术在电催化方面的应用。

个人简介

郑景旭

上海交通大学材料科学与工程学院17届本科毕业生

目前就读于美国康奈尔大学，博士三年级

>> 材料学院本科期间经历 <<

全国高中化学竞赛银牌 保送上海交通大学

大一进入上海交通大学

尖端物质结构研究中心

截止大三期末，收获SCI英文论文

17篇（一作12篇）

2016年上海交通大学学生年度人物

2017年挑战杯特等奖

以本次SCIENCE论文的发表为契机，郑景旭首次以校友的身份接受材风新媒体的专访。对于他的名字，很多交大人，尤其材料人，都不陌生——他的简历如同一个传奇。在了解他论文的内容和成果之余，笔者还有幸和他畅谈了学习、工作和生活的各个方面。

就让我们通过本期访谈，一起走近郑景旭，看看能写出SCIENCE的头脑，到底属于怎样的一个人。

01、其人

郑景旭其人，就如同他的经历一般，令人惊讶，转而又有惊喜。

当郑景旭第一次回复消息，接受材风专访邀请的时候，是在北京时间的下午3点40分，险些颠覆了笔者记忆里中美12小时时差的常识。他解释说，这是自己正常的作息，不必在意，于是便在大洋彼岸的凌晨，精神抖擞地和笔者交流起来。

他说自己比较习惯于晚上工作，早上休息，这是多年以来养成的习惯，从高中时候就开始了——因为晚上安静，杂事比较少，办事效率较高。“尤其是写文章，夜深人静时才文思泉涌。”郑景旭如是说。

另外，他还提到，本科的时候的主要研究是利用透射电镜表征材料，所以晚上工作不用抢设备，并且扰动少，成像质量好。现在虽身在康奈尔大学，但情形也类似。所以如果要总结原因的话，一方面是出于个人的习惯，另一方面，工作上的需求也促使了这种作息习惯的长久养成和延续。

有别于一些对于科研大佬的刻板印象，郑景旭是一个很健谈的人，易于交流，为人随和，和他沟通的过程令人十分愉快。或许，荣誉与高光在他身上留下的痕迹，已经随时间转化成了一颗不骄不躁、淡然豁达的心。

又或许，正是这种心境注定了他将收获更多的高光时刻。

02、其成

郑景旭本次被Science杂志接收的论文，主要方向是关于电池金属负极。

他说，这篇文章最初的灵感是来源于今年的1月，但更深层面上的源头，是从本科期间在交大就开始积淀的。当时他在导师陈彬老师的指导下，开展透射电镜的研究，积累了关于晶体的知识，才有了这篇文章的灵感，这是至关重要的。

郑景旭花了一阵子时间工作，在3月份中旬写好了文章，4月初便投了稿。“虽然研究进行的过程比较顺利，但是投稿的过程比较煎熬。”他说。最开始觉得投Science只是试试看，导师之前也没有发表过Science。但看到文章被送审之后，他反而紧张了起来。

“这是对心态很大的考验，因为同时还在进行其他的工作，思想上老是牵挂着这篇Science投稿会耽误其他事情，”他解释说，“到了后期，其实心里的压力挺大。不过文章被接收的那瞬间，一切便烟消云散了。”

郑景旭表示，虽然这篇文章接收时是挺开心的，但其实远不比2015年3月，也就是他大二第二学期人生第一篇SCI被接收时的兴奋，甚至也不比2014年12月第一次操作透射电镜的激动。

“这算是一个特别的体会吧。”郑景旭说。

放在普通人身上，这种体会恐怕完全不能仅仅用“特别”二字来形容吧。一想到他那些从本科期间就累累的硕果，笔者便问起了他这么多年来在学术探索之路上的心路历程和心境变化。

“我觉得心境几乎没有什么变化，”郑景旭简单地总结了下，随后解释说：“从上初中之后，其实只是一直在干自己想干事情。有些时候，人就是会对特定的问题产生好奇心。科研和生活里其他的事情并无两样，想做的时候就去做，不想做的时候也不会勉强。”

他还补充道：“发表论文的感觉也是这样，最终发与不发只是一个方面，更有意思的是这投稿的过程里，心情起起落落，是很有意思的人生体验。”

在学术成就方面，郑景旭珍视自己的成果——但成果没有改变他。

他还是他，是郑景旭。

03、其爱

当人们开始知道一个人，缘由一定是他最为人熟知的特质；但当人们想要了解这个人，缘由一定是他身上能引起人好奇的反差性或矛盾性。

郑景旭就能给人带来这样的反差感。他在科研之外，还有着广泛的兴趣爱好。在曾经交大学生年度人物的介绍中，就能得知，他从初中起练习美声唱法，在高中合唱队担任领唱、独唱的角色，获得广东省金奖，并通过了上海音乐学院声乐九级考试（最高级）。在体育方面，他热爱长跑，多次参加全程（42千米）或半程马拉松比赛（21千米），半程最好成绩为1小时38分。此外，他还通过了国家司法考试、证券从业人员资格考试、期货从业人员资格考试、程序员考试（该次全国前50名）等考试。

于是笔者在采访中问起郑景旭，现在身在美国攻读博士的他，这些爱好是否都还有继续，或者有没有什么新的爱好。

“都还有继续，”他给了一个非常肯定的答复，“前几个月刚发表了一篇法律方面的论文。这周末打算去纽约跑马拉松。关于新的爱好，大概是开车吧，如果算的话。美国这边高速路上车比较少，开起来很爽快，我喜欢开长途去各种神奇的地方玩。”

我们可能都惊异于他充沛的精力，能分割出不少时间留给爱好。但郑景旭却说：“科研本就是我的爱好之一，大概和我的其他兴趣是平行的关系。”

他比较喜欢集中地高强度地开展一段工作，然后再放松一段时间。在那段工作的时间里，他几乎会全身心专注于业务；而在放松的期间，就会全身心做其他事情，几乎不会去想工作。对他而言，这二者之间的转化是自然的，纯粹取决于那时的自己想做什么。

世上能有多少人，从事的工作恰好是爱好呢？世上又有多少人，在把爱好转化成工作之后，又坚持努力不言厌弃呢？

所以这世上，才没有多少郑景旭啊。

04、其源

采访接近尾声，郑景旭同笔者聊了会儿母校。交大材料学院是郑景旭开始正式科研的起点，也是很多思维和学习方法养成的地方。

“我在交大，收获有非常多，很难说出最大的收获是什么。一定要概括的话，大概有两个方面。第一是学校开设了丰富的课程，所以大一大二的时候我选修了很多通识课，这既满足了兴趣，也有助于培养普遍性的思辨意识，不囿于专业。第二方面则是遇到了许多帮助过我的老师和同学——尤其是陈彬老师，在此我也想特别感谢一下他！”

“一路之上，贵人相助，”郑景旭感慨道，“饮水思源，不胜感激！”

如今他在康奈尔大学深造，在心仪的导师麾下做着心仪领域的探索，但仍对交大存着深深的感恩之心。“交大的科研设备还是比较先进的，康奈尔的设备不少还是上个世纪购置的，有些还是从我老家深圳买的，”郑景旭笑说，“交大的同学要珍惜国内的硬件条件啊！生活上差别其实不大，国内的生活条件要更好些，尤其是美食。”

最后，笔者问起他对在科研生活中挣扎的学弟学妹们有没有什么寄语，郑景旭恢复了正经，吟了几句诗，出自毛主席的《七律·到韶山》：

“为有牺牲多壮志，敢教日月换新天。喜看稻菽千重浪，遍地英雄下夕烟。”

05、结束语

受限于时间与空间，很遗憾此次未能和郑景旭有一个面对面的交流，访谈的内容主要由在线上的交流完成。但是隔着屏幕，笔者也能从他有条不紊的讲述，和扑面而来的善意中，感受到对方人格魅力的冰山一角。

他说此次文章收获Science是一个独特的体会，那我们能借着这次机会了解到他的故事，又何尝不是一次独特的体会呢？

我们看着郑景旭大步流星地朝更远的前方走去了。

同时我们也相信，还有很多他，也已经走在路上。