材料科学家鲍哲南教授：聚焦未来 | Cell Press与全球50位科学家

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鲍哲南，博士，美国斯坦福大学化学工程系K. K. Lee特聘教授。鲍哲南教授深耕于功能有机和高分子材料的合成、有机电子器件的设计与制造、有机电子的应用开发等领域。在人造皮肤、有机场效应晶体管和有机半导体领域有着众多开创性工作，入选Cell Press细胞出版社“50位启迪未来的科学家”（50 Scientists that Inspire）”。

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Cell Press 50周年

“Cell Press与全球50位科学家”Q&A

作为50周年庆典的一部分，Cell Press细胞出版社很荣幸地推出“50位启迪未来的科学家（50 Scientists that Inspire）”系列采访活动，向大家介绍50位激励人们前行的行业翘楚。这些科学家们由Cell Press细胞出版社旗下各学科期刊编辑提名推荐，他们的工作和职业推动着科学创新，突破着学科边界，并引领未来研究的发展。在此，欢迎大家订阅这些科学家们的采访合辑，了解其关于生活和研究工作的见解，以及他们对未来科学的展望。

目前，鲍哲南教授课题组聚焦于人造皮肤材料的设计和开发，致力于使材料具备柔性和可拉伸等多种功能。鲍教授的研究整合了包括化学、物理和材料科学等在内的多学科原理。一直以来，鲍教授的研究热情来自于“葆有对事物发展路径的好奇心以及对创造新事物的渴望”。

在2004年加入斯坦福大学之前，鲍哲南教授有近9年在贝尔实验室（Bell Labs）及迅朗科技（Lucent Technologies）担任技术工作人员的经历。她毕业于南京大学化学系，之后在芝加哥大学获得化学硕士和博士学位。

鲍哲南教授是美国国家工程院院士、美国艺术与科学院院士、美国国家发明家学会会士、中国科学院外籍院士。除了在学术上颇具建树外，鲍哲南教授还是两家硅谷风险投资初创公司的联合创始人。

在本次访问中，鲍教授聚焦材料科学的未来，同时为刚刚崭露头角的青年学者们给出了她的建议。

对话鲍哲南教授

CellPress：

目前，您的研究领域中最让您兴奋的是什么？

鲍哲南教授：

我职业生涯中的高光时刻是发明了一种人造皮肤的方法，它可以模拟甚至超越人体皮肤的功能。肤状电子材料的发现将为理解和改善人类健康提供新的可能性，同时这些材料也具有应用于高分辨率传感器和高速软集成电路的潜力。这些发现令我非常兴奋。

CellPress：

在您的职业生涯或科学研究中是否遇到过阻碍或困难？您是如何克服这些阻碍的呢？

鲍哲南教授：

与很多科学从业者一样，我也会遇到挫折和障碍，但我视其为生活的一部分，同时也是我自己重新思考和调整的机会。

也正因如此，使得我能够一往无前，而不一味地沉湎过去，我努力的动力就是让未来变得更加美好。所以，当一个实验没有按照预设的想法进行时，我不会即刻就认定它是一个“失败”的实验，而是鼓励我的团队去重新思考实验的设计和运行，从中发现是否有不正确的假设，进而提出新的改进思路。该过程通常会激发团队新的灵感，并推动创造性新研究的发展。我想，如果没有这些“失败”，我们是不会产出如此多的创新工作。

CellPress：

请您为将要从事科学研究的学生朋友们给出您的宝贵建议？

鲍哲南教授：

如果科研工作是你所热爱且擅长的，那么你将永远是成功的。同时，不要忘记对自己及身边的人抱以共情之心，因为你们是科研道路上的同路人。

CellPress：

您认为在您所深耕的领域或者说更广泛的科学领域，未来50年将会有怎样的发展？您又希望看到什么样的变化呢?

鲍哲南教授：

我认为未来我们做科学研究的方式将会有颠覆性的发展。学科间的界限将进一步模糊化以促进学科融合，并且科研想法能更快地投入实践当中。以现在人工智能的快速发展看，我不能预估AI的未来将会如何强大，但我希望看到全球各界能携手努力，一同为人类的福祉贡献力量。

鲍哲南教授文章汇总

液体电解质：实用锂金属电池的纽带

商用锂离子电池的比能量正逐渐接近理论极限。未来消费电子和电动汽车市场对高能量密度锂金属电池的迫切需求，无奈受制于锂金属电池循环性能不佳的问题。电解质工程为解决此类问题提供了一种有前途的方法，并在近期的实际应用中显著提高了电池的循环寿命。然而，当前锂金属电池的性能仍与商业化发展需求存在差距，要取得进一步发展，就需要对现有电解质设计方法进行系统分析优化与改进。有鉴于此，斯坦福大学崔屹教授和鲍哲南教授等人在Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule发表综述“Liquid electrolyte: The nexus of practical lithium metal batteries”，作者首先总结了锂金属电池中开发高压正极所适用的先进电解质的最新方法。接着，作者阐述了符合要求的先进电解质所具有的共同特征，最后讨论了未来电解质设计的合理策略和发展方向。

Liquid electrolyte: The nexus of practical lithium metal batteries

锂金属负极的人工固体电解质界面设计原则

锂金属是一种极具潜力的负极材料，能够为下一代电池提供高能量密度。然而，由于循环效率低，锂金属尚未获得实际应用。循环效率低的原因是形成了不稳定的固体电解质界面（SEI）。使用传统液体电解质形成的SEI具有异质性，在电池循环过程中容易造成开裂，导致锂枝晶和死锂的形成，从而破坏了电池性能。为了解决这些问题，科学家们致力于用人工SEI（ASEI）取代自然形成的SEI。斯坦福大学崔屹教授和鲍哲南教授等人在Cell Press细胞出版社旗下期刊Cell Reports Physical Science发表综述“Design Principles of Artificial Solid Electrolyte Interphases for Lithium-Metal Anodes”，文章基于对SEI失效机制的理解，讨论了ASEI设计的三个关键原则：（1）提高机械稳定性，可实现高强度或自适应性；（2）均匀Li⁺通量，使体系具有适中的导电性，甚至可以实现单离子传导；（3）利用化学钝化，以减轻锂与电解质之间的寄生反应。本文对近年来开发的一些ASEI工作进行了分类和阐述，并在文末为ASEI的设计指出了未来方向。

Design Principles of Artificial Solid Electrolyte Interphases for Lithium-Metal Anodes

新兴碳材料：碳花（CFs）的合成与应用

多孔碳材料因具有高比表面积、可调节的表面性质、化学稳定性、良好导电性和低成本等优异性能，在储能、气体吸附和催化等领域得到了广泛应用。近年来，一种花瓣状碳材料——碳花（CFs），作为一种新兴的多孔碳材料，因其独特的形状而备受关注。斯坦福大学鲍哲南教授等人在Cell Press细胞出版社旗下期刊Matter上发表综述“An emerging class of carbon materials: Synthesis and applications of carbon flowers”，作者总结了从不同前驱体制备CFs的合成策略、表征技术以及形成机制。作者还回顾了CFs的应用、优势以及存在的问题。最后，作者对CFs未来发展的挑战与前景提出了展望。

An emerging class of carbon materials: Synthesis and applications of carbon flowers

术后动脉健康状况的无线监测

通过对动脉健康的长期监测，或可实现对肢体缺血、中风和心脏病发作的早期检测。早期狭窄、血流减少和血栓在手术血管搭桥或从病变血管中移除斑块后很常见，并很可能导致上述疾病。通过在手术过程中植入传感器，对患者在手术后进行无线监测，从而实现对患者动脉健康状况的持续监测，以实现对此类并发症的早期诊断。斯坦福大学鲍哲南教授、Paige M. Fox副教授等人在Cell Press细胞出版社旗下期刊iScience上发表文章“Post-surgical wireless monitoring of arterial health progression”，本文报道了一种在手术中缠绕在动脉周围的无线电容传感器设计，用于术后对动脉健康状况的持续监测。传感器可以对不同大小、不同位置的动脉进行超过20厘米动脉长度的监测，显示出在人体和小动物模型中监测动脉阻塞的强大能力。这项技术有望实现对动脉健康的无线监测，可用于症状前疾病的检测和预防。

Post-surgical wireless monitoring of arterial health progression

设计基于醌类的氧化还原介体以促进锂硫电池中硫化锂的氧化

在锂硫（Li-S）电池中，硫和硫化锂（Li2S）的绝缘性质导致严重的极化现象和低的硫利用率，并且可溶性的多硫化物在循环过程中引发内部穿梭。此外，通过溶解-沉积途径进行的氧化还原反应会使活性界面钝化，破坏电极结构，从而导致电池性能随循环次数增加而下降。基于此，斯坦福大学崔屹教授和鲍哲南教授等人在Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule上发表文章“Designing a Quinone-Based Redox Mediator to Facilitate Li2S Oxidation in Li-S Batteries”，文中，作者利用醌的氧化还原特性，使用Li2S微粒，实现了锂硫电池的高效、快速和稳定运行。通过在电解质中加入具有特定性质（如氧化电位、溶解度和电化学稳定性）的醌类衍生物作为氧化还原介质（RM），Li2S电极可以在0.5C倍率下进行充电，初始电压在2.5 V以下，且随后的放电容量高达1300 mAh gs-1。此外，氧化还原介质的使用有效防止了死硫化锂的沉积，从而解决了极化增加和容量下降的问题。

Designing a Quinone-Based Redox Mediator to Facilitate Li2S Oxidation in Li-S Batteries

经过50年的不懈努力，Cell Press细胞出版社的编辑与全球的作者、审稿人一起，创办了一系列优秀出版物，未来我们也将不断深耕科研创新和科学信息的传播交流，启迪更多科学新发现。

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