“全球那么多研究者都解決不了的難題，為什么我能解決？”接手課題的那一刻，郝少云內(nèi)心翻涌起強烈的抵觸。初到美國，語言障礙與舉目無親的孤獨感本就讓他倍感窒息，更別提鉆研二氧化碳電還原反應(yīng)（CO?RR）這個被同行判定是“死局”的產(chǎn)業(yè)課題。他完全找不到方向。
可誰又能想到，3年后，就在那片曾讓郝少云感到迷茫、窒息的“科研荒原”上，結(jié)出了一顆飽滿、碩大的科研果實。
近日，美國萊斯大學化學與生物分子工程系博士后郝少云以第一作者的身份，發(fā)表了個人首篇Science論文。他所在的研究團隊提出了酸蒸汽濕潤二氧化碳（CO?）的策略，成功解決膜電極（MEA）電解槽長期運行難以穩(wěn)定的頑疾。該校分子工程系研究員Ahmad Elgazzar為論文共同第一作者，副教授汪淏田為論文通訊作者。
論文主要作者合影。從左到右依次為Ahmad Elgazzar、汪淏田、郝少云
與許多“起步即高臺”的天選科研人不同，大專出身的郝少云，人生起點比許多人都低。從專科生到發(fā)表頂刊一作，他的故事，是在無數(shù)次的拒絕和質(zhì)疑中，為自己蹚出了一條科研“逆襲”之路?！拔也患芍M談我出身大專。”他說，“人既然有短板，就要學會正視它，并努力補齊它。”
一個簡單的化學式
在綠色能源轉(zhuǎn)型的浪潮中，利用MEA結(jié)構(gòu)的電解槽將CO?轉(zhuǎn)化為有用的燃料或化工原料，已成為碳資源化利用的重要路徑之一。
“MEA電解槽裝置的結(jié)構(gòu)像是一個‘漢堡’，中間是陰離子交換膜，負責傳導陰離子并阻隔氣體和陽極溶液，兩邊分別是進行CO?還原的氣體擴散電極和發(fā)生氧化反應(yīng)的陽極工作電極。”郝少云說。
MEA電解槽結(jié)構(gòu)圖
理論上，發(fā)生還原反應(yīng)時，陰離子交換膜應(yīng)如同嚴格的“安檢門”，只允許帶負電的陰離子通過。然而，在現(xiàn)實操作中，帶正電的鉀離子、鈉離子通常會從陽極“偷渡”到陰極。
“這些‘越界’的陽離子與陰極區(qū)的氫氧根離子、CO?結(jié)合，生成鹽類。隨著反應(yīng)持續(xù)，鹽類如同‘水垢’般在氣體擴散電極逐漸結(jié)晶、堆積，最終堵塞關(guān)鍵的CO?氣體通道?！焙律僭平忉屨f。
這種由碳酸氫鉀（KHCO?）等陰極腔鹽類沉積導致的“鹽阻”問題，一直以來都是限制電解槽長期穩(wěn)定運行的關(guān)鍵瓶頸之一。
傳統(tǒng)應(yīng)對策略通過提高CO?氣體的濕度，利用水分溶解陰極沉積的KHCO?，減少鹽的結(jié)晶沉積?！暗牵绻麧穸冗^高，氣體擴散電極就容易發(fā)生水淹現(xiàn)象，導致氣體通道傳質(zhì)擴散被堵塞，反而影響CO?的傳輸和還原效率。”郝少云說。
因此，在這項研究中，研究團隊提出了用酸蒸汽濕潤CO?的解決方案?！拔覀兝脫]發(fā)性的酸代替水，對CO?進行濕潤，有效抑制了鹽沉積，顯著延長了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定時間，避免了常見的‘鹽阻’問題?！焙律僭普f。
酸的使用是這項研究最大的亮點之一。但研究初期，郝少云和團隊沒有急于尋找解決方案，而是選擇回到原點，從成鹽機理著手。
他們從最基礎(chǔ)的參數(shù)入手，對電解槽系統(tǒng)進行了全方位排查，包括精確調(diào)控鉀離子濃度、優(yōu)化氣體擴散層的親疏水性、控制孔徑尺寸等。通過一系列原位觀測，團隊發(fā)現(xiàn)，90%以上的鹽并非沉積在陰離子交換膜與催化劑界面，而是“飄走”后淤積在氣體擴散層背面或氣體流道之中。這一關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)不僅揭示了鹽析的真實路徑，也為后續(xù)的研究工作打下了重要基礎(chǔ)。
與此同時，團隊還對陰離子交換膜進行了細致篩選，采用商業(yè)化銀催化劑排除其他變量，并通過定量實驗，測定出了鉀離子在膜電解槽中的“越界速率”——平均每小時穿透量約為10微摩爾。
在確認機理后，團隊首先嘗試了傳統(tǒng)的水蒸氣濕潤解決思路，而郝少云真正提出使用揮發(fā)性酸的設(shè)想，是在一次與導師汪淏田的深夜討論中：“KHCO?是弱堿性鹽，遇酸就分解。如果讓揮發(fā)性弱酸隨CO?一起進入陰極，不就能解決成鹽的問題了？”
設(shè)想確立后，團隊火速展開實驗。他們嘗試向電解槽引入鹽酸、硝酸、甲酸等低濃度揮發(fā)性酸霧——既避免對催化劑造成腐蝕，又可以在陰極區(qū)域與鉀鹽反應(yīng)，生成易溶的氯化鉀或硝酸鉀。
實驗結(jié)果遠超預期。“電解槽不僅運行穩(wěn)定，氣體流道更是通暢無阻。”郝少云說，“尤其是在接近工業(yè)應(yīng)用的100cm2電解槽實驗中，系統(tǒng)最長的連續(xù)運行時間從原來的80小時躍升至2000小時?！?span style="display:none">7Tb速刷資訊——每天刷點最新資訊，了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM
MEA電解槽
當被問及“一個簡單的化學常識‘酸堿中和反應(yīng)’如何成為研究突破口時”，郝少云談到了兩種樸素卻重要的科研品質(zhì)——問題意識與專注力。
“在做科研的過程中，首先要意識到要解決的問題是一個真正重要的問題?！彼f，“CO?RR過程中的‘鹽阻’問題，一直是電化學領(lǐng)域研究的痛點。一開始我也沒有把握一定能解決這個問題，甚至有些抵觸心理。但是，做科研需要調(diào)整好心態(tài)，靜下心來拆解問題，把自己學過的知識一步步應(yīng)用到具體的問題中?！?span style="display:none">7Tb速刷資訊——每天刷點最新資訊，了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM
正是這種腳踏實地的態(tài)度，讓他從一次次系統(tǒng)剖析中，看見了問題的本質(zhì)，也找到了真正有效的解法。而這份對科研認知的背后，也蘊含著一段特別的成長經(jīng)歷。
郝少云等發(fā)表的Science論文
一個?？粕目蒲小澳嬉u”路
郝少云1990年出生于河北石家莊一個普通的農(nóng)村家庭。高中時因為貪玩，學業(yè)一度荒廢，最終他僅帶著一紙專科錄取通知書走進華北理工大學遷安學院。
“大專學的是金屬礦開采。那會兒聽說礦業(yè)掙得多，想著學這個也許能早點工作賺錢，給家里減輕點負擔?！被貞浧甬敵醯倪x擇，郝少云語氣平靜。這是一個出身于農(nóng)村的孩子對生活最樸實的回應(yīng)。
2013年專科畢業(yè)后，他順理成章進入一家礦業(yè)集團，干起了“專業(yè)對口”的工作。每天戴著安全帽穿梭在礦山之間，看圖紙、盯設(shè)備是他的日常，工資還算不錯，生活按部就班。
然而，僅過了一年，他就遞上了一封辭職信。“我不喜歡這份工作。”他說，“這不是我真正想追求的方向，我想做一些更有挑戰(zhàn)性的事情?！?span style="display:none">7Tb速刷資訊——每天刷點最新資訊，了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM
于是，24歲那年，郝少云做出了一項大膽的決定——考研，從金屬礦開采跨考油氣儲運專業(yè)，目標直奔國內(nèi)能源領(lǐng)域的重點院校中國石油大學。而這條路，注定不會是坦途。
按照規(guī)定，大專生考研須畢業(yè)滿兩年。辭職后，郝少云租了間出租屋，開始了緊張的備考生活。白天，他刷網(wǎng)課學習數(shù)學、英語和專業(yè)課，晚上啃教材、做題庫，用紙筆與自己較勁。
半年后，初試成績公布，當看到340多分的那一刻，他一度以為，自己快要“熬出來了”。然而，在參加研究生復試時，現(xiàn)實很快給了郝少云一記“痛擊”——他落榜了，?？粕纳矸萑缤幻妗半[形壁壘”，橫亙在他的求學路上。
“當時，這件事對我打擊很大，整個人情緒非常低落、自信心嚴重受挫。”就在他快要放棄時，女朋友的一句話為他指明了新的方向：“既然這條路暫時走不通，不如試試我學的化工專業(yè)?！?span style="display:none">7Tb速刷資訊——每天刷點最新資訊，了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM
考慮到化工也屬于自己感興趣的方向，幾天后，郝少云便聯(lián)系了華北理工大學校本部化工學院的教授崔廣華。電話那頭，崔廣華問他：“做科研不是一件容易的事。你能吃苦嗎？你能抗壓嗎？”
“我可以?！焙律僭苹卮鸬煤軋远?，“雖然我是大專生，但我愿意一步一步往上走?！?span style="display:none">7Tb速刷資訊——每天刷點最新資訊，了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM
于是，2015年金秋，順利通過復試的他，正式以華北理工大學碩士研究生的身份，開啟了金屬有機骨架材料（MOF）領(lǐng)域的研究。
在崔廣華的指導下，郝少云學到了許多專業(yè)知識，鍛煉了獨立解決問題的能力，漸漸積累了對自身能力的自信。
因此，臨近研究生畢業(yè)時，面對繼續(xù)深造還是投身工業(yè)界的選擇題，他毫不猶豫地選擇了后者?！拔襾碜赞r(nóng)村，雖然工作過一年多，但還是想再去外面看一看?！彼f。
然而，命運似乎對這個務(wù)實的年輕人另有安排。一些老師勸說他：“你合成了多種MOF材料，做科研是有潛力的，為什么不試著讀個博士？”就連了解他的女朋友也勸說：“你不是個圓滑處世的人，不如考慮繼續(xù)走學術(shù)這條路，或許更適合你?！?span style="display:none">7Tb速刷資訊——每天刷點最新資訊，了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM
最終，在多方鼓勵下，郝少云抱著“嘗試一下”的心態(tài)，開始申請讀博。
當時，作為一個飽受冬季霧霾困擾的北方人，他希望通過科研找到改善空氣質(zhì)量的路徑。在查閱各大高校資料時，他注意到浙江大學化學工程與生物工程學院教授張興旺長期專注于電催化研究，與自己的興趣高度契合。
鼓起勇氣，郝少云撥通了張興旺的電話，簡單介紹了自己的背景。而張興旺在看過他的簡歷后，說了一句“非常歡迎你報考”。彼時，這句簡短卻真誠的答復，對郝少云來說如同一針“強心劑”，讓他更加堅定了讀博的決心。
郝少云（左）與博導張興旺
隨后，他報名參加了浙江大學的博士生面試。然而，過程并不輕松。面對多位老師的提問，他再次被追問第一學歷的問題：“你是大專出身，憑什么認為自己能勝過985、211的學生？”
郝少云坦誠地講述了自己的求學經(jīng)歷：“我的起點和天賦或許不如出身名校的同齡人。但我相信，當一個人設(shè)定一個目標，并為之持續(xù)努力堅持下去，就有可能獲得成功。這本身就是一種‘天賦’。”
當天下午，面試結(jié)果公布：郝少云被錄取了?！澳鞘俏易铋_心的一天?！彼f，“作為一個大專生，我終于有機會和那些優(yōu)秀的人并肩學習。”
讀博期間，他將全部心力投入到水分解電解槽的研究中，相繼發(fā)表了多篇論文，其博士畢業(yè)論文也被評為浙江大學2022年度優(yōu)秀博士學位論文。畢業(yè)之際，當又一次站在人生的十字路口，他再次想要選擇去工業(yè)界。
然而，在求職過程中，他又一次遭遇了第一學歷的“隱形壁壘”。當多次投遞、屢屢碰壁后，他開始重新思考：也許，科研才是自己真正的歸途。這一次，他不再猶豫，轉(zhuǎn)身繼續(xù)攀登。
在尋找博士后崗位期間，一篇介紹美國萊斯大學汪淏田課題組的公眾號推文，引起了郝少云的注意。
“當時，我特別關(guān)注電解水和CO?還原方向的前沿應(yīng)用，汪老師課題組在這方面非常出名。他們設(shè)計的固態(tài)電解質(zhì)電解槽在雙氧水生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用，并且在CO?還原制取液體產(chǎn)物方面，非常具有應(yīng)用前景?！彼f，“這些研究是很多課題組所不具備的，非常吸引我?！?span style="display:none">7Tb速刷資訊——每天刷點最新資訊，了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM
于是，他主動聯(lián)系汪淏田，簡單介紹了自己的研究背景?！巴衾蠋煆奈刺峒拔业牡谝粚W歷，而是安排了一場線上匯報，讓我接受課題組的綜合評估?！?span style="display:none">7Tb速刷資訊——每天刷點最新資訊，了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM
兩周后，期待已久的回復如約而至：“你可以來我們這邊。”就這樣，2022年4月，郝少云踏上了赴美開展博士后研究的旅程。
至此，這個曾經(jīng)的大專生完成了他科研生涯的“逆襲”。
郝少云
“在路上”
回望來時路，雖然跌宕起伏，但是郝少云始終認為自己是幸運的。
“我遇到的導師都非常好。正是在他們的包容、鼓勵和支持下，我才有機會一步步前行?！彼f。
談及博導張興旺，郝少云滿臉笑意：“張老師是一位敢于放手讓學生追逐自己科研興趣的導師。只要符合課題組大方向，他都會支持我們自由探索。”
在傳統(tǒng)的師生關(guān)系中，大多數(shù)博士生會服從導師，但郝少云與張興旺的相處模式常常是“劍拔弩張”。
“記得有一次，我和張老師討論電解水催化劑穩(wěn)定性機理時，爭得特別激烈。我堅持晶格氧化的觀點，但是導師主張缺陷主導理論。”他回憶說，“那段時間，每次從張老師辦公室出來，我都是面紅耳赤的，特別嚇人?！钡钊梭@訝的是，這種學術(shù)爭執(zhí)從不影響師生情誼?！吧衔绯惩?，下午樓道遇見導師照樣打招呼。”
正是張興旺這種既給予學生自由探索，又磨礪其思想鋒芒的培養(yǎng)方式，反而讓吵得“最兇”的課題結(jié)出了最豐碩的“果實”。
而這種“爭中有信任、辯中有成長”的相處模式，也延續(xù)到了他博士后研究初期。只是，這次的“沖突”根源變了。
“初入課題組時，我的英文不太好，很多時候聽不懂對方說什么，也表達不清楚自己的想法。這就導致我和導師之間有較多爭執(zhí)，其實并不是學術(shù)理念的分歧，而是表達的偏差?！彼f。
而隨著時間推移，交流漸漸順暢，他也開始對汪淏田有了新的認識。
“汪老師不做實驗很多年了，但在每周雷打不動的兩次組會上，每當組員匯報完實驗數(shù)據(jù)，他總能精準地指出背后的多個可能機制，而且事后驗證都對。”郝少云說，“他的洞察力讓人折服。而且，每當我提出新的想法，汪老師總會鼓勵我說‘這個想法很好，你應(yīng)該去做，去嘗試’。慢慢地，我就不再爭論了，更愿意平心靜氣地去學習和接受。”
汪淏田（左）與郝少云
在這樣尊重表達又充滿激勵的環(huán)境中，課題組也形成了一種獨特的氛圍。這里沒有打卡，沒有強制壓力，大家都有自己的科研節(jié)奏。有人朝九晚五，也有人工作到凌晨三點。但無論節(jié)奏如何，驅(qū)動大家向前的原動力，始終是對科研的熱愛。
如今，郝少云已走過三年博士后生涯。談及未來，他表示：“我最大的目標，就是盡我所能，將CO?還原技術(shù)真正推向工業(yè)化應(yīng)用，響應(yīng)人類的減碳政策，而不僅僅停留在論文階段。”
他很清楚，這條路并不輕松，推動工程技術(shù)落地需要更多時間和耐心，甚至科研成果讓渡?！斑@是我真正想做的事。讀博時，我可能確實有些功利心，想著多發(fā)論文。但當我達成一些目標后，真正有機會邁向更高的平臺，實現(xiàn)更深的愿景?！?span style="display:none">7Tb速刷資訊——每天刷點最新資訊，了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM
而這份信念，早在讀研時，他就呈現(xiàn)于微信簽名——“在路上”?！拔蚁Ｍ约菏冀K行進在科研路上，偶爾看看沿途風景無妨，但永遠不要停下來。”
相關(guān)論文信息：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr3834
*文中圖片均由受訪者提供
本文鏈接：大專畢業(yè)、浙大讀博，35歲博后一作發(fā)表重要研究http://www.sq15.cn/show-11-24821-0.html
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