2019年诺贝尔物理学奖获得者：尤里·高果奇、帕特里斯·西蒙和罗德尼·劳夫

撰文 | 杨枭

2019年的诺贝尔物理学奖授予尤里·高果奇（Yury Gogotsi），罗德尼·劳夫（Rodney S. Ruoff）和帕特里斯·西蒙（Patrice Simon），表彰他们的发现推动了碳基材料的发展，并帮助我们更好地理解电容储能和超级电容器的操作机制。

尤里·高果奇是乌克兰材料化学领域的科学家，自2000年以来在宾夕法尼亚州费城德雷塞尔大学担任材料科学与工程和纳米技术领域的教授，德雷克塞尔纳米技术研究所主任。他被汤森路透评为 “世界最具影响力的头脑” 之一。

高果奇主导的科学研究小组开发了一新型纳米结构碳材料（纳米管，石墨烯，纳米金刚石，碳化物衍生碳，洋葱状碳）。同时，他参与了开发有效的海水淡化和电容去离子技术，电能储存技术，为碳纳米材料在能源和生物医学中的应用做出了贡献。

高果奇的团队还发现了一系列新的二维碳化物和氮化物 MXenes，他开发了一种合成多孔和低维材料的通用方法，使用元素/组分的选择性提取，可用于生成碳化物衍生的多孔碳、碳纳米管、石墨烯、二维碳化物等，他还发现了一种新的亚稳态硅相。他在接触载荷下的相变工作塑造了高压表面科学领域。他是第一个进行水热合成碳纳米管的人，并通过原位电子显微镜显示了官能化碳纳米管中水的异常缓慢移动。这项研究促进了纳米管尖端单细胞探针的发展。

西蒙是法国图卢兹保罗萨巴蒂埃大学（Universsé Paul Sabatier）材料科学教授、国际电化学学会会员，他的研究重点是用于电化学能量存储源的纳米结构材料的合成和表征，包括电化学电容器和锂离子电池系统。他还致力于电化学电容器（超级电容器）的高表面积多孔碳的研究。他建立了估算电池系统老化的方法，以及使用悬浮液从电解介质中去除离子的方法。他还发现了均匀碳的新应用，可用于导体和储能装置，包括双电层电容器装置和包含这种导体和装置的制品。

高果奇与西蒙的开创性工作，探究了碳纳米材料结构和电容性能之间的关系，最终促成了新一代超级电容器的开发，促进了电气的储存和利用。2008年出版的Nature Materials 的西蒙、高果奇撰写的评论目前是电化学电容器（超级电容器）领域中被引用最多的文章（8525次）。

罗德尼·劳夫是美国物理化学家和纳米科学研究员，蔚山国家科学技术研究所（UNIST）教授、基础科学研究所（IBS）多维碳材料中心（CMCM）的主任。他是碳材料的世界专家之一，对碳纳米结构如富勒烯、纳米管、石墨烯、钻石这些材料和其他材料方面有着开创性的发现。

劳夫及其研究小组为开发新的合成技术和提高我们对新材料特性的理解做出了重要贡献，包括纳米结构和2D材料，特别是新型碳材料。

最近，劳夫证明了通过化学气相沉积在铜箔上合成大面积单层石墨烯，已经获得了相对较高的载流子迁移率，随后使用了同位素标记和微拉曼映射，以绘制这种原子厚层中的晶粒和晶界，并阐明生长机制，并研究它们作为透明导电电极的性能。同时，在包含化学修饰的石墨烯血小板的新型复合系统方面取得了一系列进展。

劳夫的团队是第一个使用石墨烯作为电化学电容器电极的公司，他们在2008年报道了石墨烯超级电容器。最近，他们报告了一种新的碳，可能具有“负曲率碳”（NCC）区域，具有每克3100m²的非常高的比表面积，以及原子厚度碳sp2键合壁，限定孔隙直径在约0.6到5nm之间。他们表明，这种多孔碳（’a-MEGO’）作为双层超级电容器的电极材料非常有效。 

参考资料

[1] https://www.nature.com/articles/nmat2297

[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Paul_Sabatier_University

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Yury_Gogotsi

[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Rodney_S._Ruoff

[5] http://www.patrice-simon.fr/?lang=en

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