2021的新年鐘聲，與殷逸臣手中的實驗瓶碰撞交錯著。他眉頭微皺，因為手上的研究連續幾年看不到希望，這個研究小組正瀕臨解散。
(相關資料圖)
讀博期間的他一直執念于開發出新型的鹵化物固態電解質。而“錯誤”的思路直接把研究導向了“死胡同”。
一次小組例會后，殷逸臣腦中闖入一個大膽的想法：如果把傳統石榴石型鋰鑭鋯氧電解質中的氧換成氯離子，會生成什么？
就是這個過于“直接”又有些“不太靠譜”的設想，竟讓他們最終發現了鑭系金屬鹵化物基固態電解質新家族LixMyLnzCl3。
其研究過程曲折，發表過程也很折磨。投稿給《自然》后，曾遭到同一審稿人兩次拒稿。不曾怯場的他們，兩次向編輯部提交申訴，洋洋灑灑寫下100多頁的申訴信。最終，《自然》編輯部“拍板”接收。
4月5日，《自然》正式發表了中國科學技術大學教授姚宏斌與合作者的這項新發現。“歷史最終站在了我們這邊。”已經在做博士后的殷逸臣對《中國科學報》說。
姚宏斌指導學生們做實驗。代蕊攝
“不甘心”
近年來，關于鋰電池爆炸的事件并不罕見，而電池的安全很大程度上取決于電解質。
由于目前主流商用的液態電解質具有揮發性和高度可燃性，人們便將目光轉向了安全性更高、有望突破能量密度瓶頸的固態電解質。
但傳統固態電解質的研究思路，一直面臨著難以兼容高電壓正極、對鋰金屬不穩定、原材料成本高等難題。
這也是姚宏斌團隊一直在“死磕”的事情，他們希望開發出有應用前景的金屬鹵化物固態電解質。
可惜的是，他們的研究思路出了“錯”。
2019年，姚宏斌團隊發現了一種基于金屬鹵化物鈣鈦礦的梯度導鋰層，不僅實現了金屬鋰負極與電解液的隔離，還提升了鋰金屬電池的循環穩定性。
順著這個思路，他們想，或許能開發出一種正式鈣鈦礦型的氯化物固態電解質。
兩年多的實驗結果，讓大家越來越看不到希望，“在氯化物的范疇里，正式鈣鈦礦結構更適合做發光，并不是鋰離子傳導的最優選擇。”殷逸臣說。
姚宏斌有兩個小組，一個是高效金屬鹵化物發光材料及器件應用方向，即“發光組”，另一個是新型固態鋰金屬電池方向，也就是“固態組”。
殷逸臣所在的就是“固態組”。那兩年，本就人數占優的“發光組”成果頻出，而跑偏的“固態組”深陷泥淖，人數也越來越少。
即便如此，姚宏斌對“固態組”的研究一直堅定支持，有時也故意開玩笑：“‘固態組’可要加油啊，你們花的可都是‘發光組’的經費。”
殷逸臣的心理憋著一股勁。
2021年寒假，在讀博二的殷逸臣留在了實驗室。雖然碩博連讀的他早就達到了畢業要求，但一想到放棄已有研究，一股“不甘心”涌上心頭。
一次小組例會上，姚宏斌提到新型鹵化物電解質設計可以借鑒傳統的氧化物或者硫化電解質。這句話，在殷逸臣的腦海中發生了奇特的“化學反應”。
殷逸臣發現，已發表的氯化物固態電解質Li3InCl6，Li2ZrCl6，都能找到氧化物中的對應Li3InO3，Li2ZrO3，“這樣類比的話，如果把石榴石氧化物電解質鋰鑭鋯氧中的氧，換成氯離子，是否能有新的發現？”
由于氧離子和氯離子的電荷數，與金屬離子的配位鍵的鍵長和鍵強完全不同。對于這個過于“直接”的想法， 姚宏斌雖然感到“不太靠譜”，但并沒有阻止他嘗試。
實驗結果讓大家喜出望外，尤其是看到反應后樣品仍然保持了初始LaCl3晶相結果的時候，姚宏斌感到這個體系“非同尋常”。
“姚老師非常尊重我們的想法，他的理性、開明、耐心，充分地激發了我。”殷逸臣說。
最終，經過優化，他們發現了新型的鑭系金屬鹵化物基固態電解質新家族LixMyLnzCl3，這種固態電解質可以直接與鋰金屬負極和三元正極匹配，實現無任何電極修飾且室溫可運行的全固態鋰金屬電池。
實驗中的殷逸臣。代蕊攝
“傳承”
如果說殷逸臣為大家開了一條新路，把研究推向遠方的，還有另外3位共同一作。除了負責冷凍電鏡方面重任的浙江工業大學博士盧功勛，其他2位也是姚宏斌的學生。
“00后”楊競天16歲考入中國科大少年班。大三那年，他對交叉學科產生濃厚興趣，便加入了姚宏斌的課題組，成了跟著殷逸臣的 “師弟”。
雖然年齡最小，但楊競天有著很強的理論功底，除了承擔著固態電解質合成重要任務，對固態核磁表征結果的機理解釋，也補足了團隊此前的空白。
提及楊競天，姚宏斌和殷逸臣未有一絲年齡“偏見”，反而滿是肯定，“我們在固態核磁分析上遇到難以解釋的地方，會經常找競天討論。”姚宏斌說。
這恰好與更多依靠直覺、“天馬行空”型的殷逸臣形成了很好的互補。
姚宏斌的研究生羅錦達也是在關鍵時刻補位的重要角色。就在研究推進時，負責計算模擬的成員因故退出，尷尬之際，有一些計算基礎的羅錦達主動扛下了大旗，從零開始向中國科大教授李震宇學習分子動力學。
回頭看時，他們反倒感謝當初的小意外，這也倒逼這個課題組的計算模擬能力實現了從無到有。
“我覺得自己非常幸運，遇到這些優秀的學生。”姚宏斌感慨道。
如今，楊競天已經進入美國芝加哥大學攻讀研究生，回憶起曾經的“大家庭”，依然感動。
“殷逸臣師兄非常努力，他一周7天都在實驗室，而且從不會把閑雜瑣事甩給我們，非常耐心地手把手教我們做實驗。”楊競天說。
在他們眼中，姚宏斌也從來不是在“二線”指揮的導師，而是實實在在參與實驗，對每個學生的進度和未來都十分關心。
“這可能是一種傳承吧。”姚宏斌說。
姚宏斌讀博士時師從中科院院士俞書宏，“雖然他很忙，但無時無刻不在想著怎么培養學生，怎么支持我們的發展。”后來前往美國斯坦福大學教授崔屹組作博士后，也是經俞書宏的推薦。
姚宏斌。代蕊攝
“我還是我”
雖然已經發表了130余篇SCI論文，還連續三年獲得科睿唯安全球“高被引科學家”稱號，但這卻是姚宏斌團隊第一次向《自然》投稿。
而審稿的過程，像這項研究一樣，充滿了波折。
2021年12月23號，他們自信滿滿地將文章投給了《自然》，論文很快送審。就在大家期待“修改”意見時，等來的卻是“拒稿”。
其中一號審稿人對工作的創新性作出了高度評價，認為“這是一個全新的結構，與已報道的傳統鹵化物完全不同”，但二號審稿人卻質疑研究的創新性，還對電池性能提出了更高要求。
基于“一正一負”的結果，《自然》決定拒稿。而對這項工作的創新性有著堅定信心的他們，最終決定申訴。
“‘獅子搏兔，尚用全力’，何況我們處于‘弱勢’。”決定一搏的殷逸臣給審稿回復定了一個格調：源于審稿意見，高于審稿意見。
為此，他們花費5個月時間讓數據、電池性能等達到了二號審稿人的要求，同時還向期刊編輯部寫下70多頁的申訴信。
不久后，他們迎來第二輪審稿。由于申訴理由充分地回復了此前的審稿意見，二號審稿人也承認了研究的創新性，但又“加碼”了很多新要求，并建議改投《自然材料》。
面對第二次拒稿，他們感到有些疑惑。討論之后，決定再次向期刊編輯部投遞了20多頁的申訴信。
一個月后，事情迎來轉機。“期刊編輯認可了我們的努力，同時可能也感覺到有些審稿意見有些‘苛刻’，所以決定‘重新考慮’。”殷逸臣說。
在第三次審稿意見中，二號審稿人也僅提出了一些關于文章布局、實驗細節等非科學性問題上的建議。最終，編輯部做出原則性接收的決定。
面對兩次拒稿，仍然全力支持學生們申訴，這或許與姚宏斌近年心態的轉變有關。
就在研究進行時，姚宏斌的孩子得了場大病。2021年底，他們從合肥輾轉到上海的醫院，準備為孩子做一場風險極大的手術。
為了不耽誤論文的投稿，姚宏斌白天跟妻子在醫院照顧孩子，晚上就跑到附近的快捷酒店改論文。
手術那天，姚宏斌徹夜未眠，空氣中滿是錯亂的呼吸和心跳聲。所幸，手術還算成功。10天后，他們的論文也正式投給《自然》。
經歷過人生的至暗時刻，姚宏斌的心態也越來越沉穩，“不管遇到什么問題，總會有解決辦法。機會來了，我們就抓住，只要盡了努力就好。”
對于很多學者，尤其是青年學者來說，《自然》這類頂刊有著特殊的吸引力。
“我現在想，發了《自然》又怎么樣？我還是我，還是做原來的事情。”姚宏斌更在乎的是，曾經走進死胡同的研究有了新方向，或許未來可以多爭取些支持，能夠帶著學生們安心地做感興趣的課題。
鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05899-8
標簽：
