2019年诺贝尔化学奖预测:锂电池之父有望获奖

2019-10-09 09:15     来源:凤凰网科技滚动新闻     

John B. Goodenough是锂电池之父,他使锂电池体积更小、容积更大、使用方式更稳定,从而实现商业化,同时开启了电子设备便携化进程。

出品:科普中国

制作:林风 (安阳工学院)

监制:中国科学院计算机网络信息中心

今年的诺贝尔奖将自2019年10月7日起在瑞典皇家科学院陆续公布。诺贝尔奖俨然成为了科研界的狂欢,其中将于北京时间10月9日(周三)17:45分公布的“最正统”的诺贝尔化学奖尤甚。

初识诺贝尔奖

诺贝尔奖是根据瑞典著名科学家艾尔费雷·诺贝尔的遗嘱设立的,自1901年起开始颁发。最开始只设立了物理、化学、生理和医学、文学与和平五种。1969年瑞典银行用诺贝尔的名义捐了一笔款,增设了经济学奖。值得一提的是,以遗产设立该奖项,发明了硝化甘油炸药的诺贝尔本人就是一名杰出的化学家。

诺贝尔化学奖不“化学”

根据维基百科列出的1900年以来诺贝尔化学奖的名单,统计发现,其中有17次诺贝尔化学奖颁给了生物学方面的成就。比如2017年的诺贝尔化学奖颁给了在冷冻电子显微镜术领域做出巨大贡献的三位生物物理学家。2018年的诺贝尔化学奖颁给了在“进化控制”方面做出重要贡献的三位生物学家。因此诺贝尔化学奖曾被不少科学家戏谑称为“诺贝尔理科综合奖”。

2017年和2018年诺贝尔化学奖获得者(图片来源:https://www.nobelprize.org,作者有改动)

诺贝尔化学奖跨越学科范围广,21世纪以后,诺贝尔化学奖共授予46人平均年龄为67岁(20世纪诺贝尔化学奖获得者的平均年龄仅55岁),这说明诺贝尔奖委员会对重大科研突破的认可时间呈现延长趋势,与此同时也越发加大了诺贝尔化学奖的预测难度。

诺贝尔化学奖难预测,但还是有迹可循

虽然诺贝尔化学奖可以说是最难预测的诺奖,但是纵观历年来的经验和获奖名单,发现其实也是有迹可寻的。首先,我们来了解一下化学界的学术领域,化学界的学术领域主要是:有机化学,无机化学,分析化学,生物化学,物理化学,理论化学。

1.隔年领域不重复。现任化学奖委员会主席Gustafsson曾说过,连续两年相近领域获奖的可能性很低。但是这曾在2008和2009年,2017年和2018年被生物化学打破,这说明生物化学领域近年来是诺贝尔化学奖的热门领域。

诺贝尔化学奖颁发领域近10年回顾(图片来源:作者自制)

2.有机化学的周期律和概率统计。经验表明,分析化学与理论化学获奖的间隔比较长,物理化学与无机化学领域则很少获奖,有机化学的获奖周期在4年左右。距今最近的一次有机领域诺贝尔化学奖在2016年被授予“分子机器”的贡献者,以这一条来看,今年有机化学领域获奖可能性还是比较高的。

3.诺贝尔委员会成员研究背景。大家都知道,评委最热衷将自己研究领域中的佼佼者推到获奖的宝座上来,诺贝尔奖也不例外。对比去年,今年的诺贝尔委员成员发生了新变化,新上任的Peter Somfai教授取代Sara Snogerup Linse教授(物理化学)成为了委员会新的一员。今年委员会成员与其研究领域分别是Claes Gustafsson(主席,医学/生物化学)、Gunnar von Heijne(理论化学)、Peter Brzezinski(生物化学)、Olof Ramstrom(有机化学)、Johan Aqvist(理论化学)、Peter Somfai(有机化学),这进一步暗示了今年化学奖花落有机化学、理论化学的概率将增加。

4.诺奖风向标。往往诺贝尔奖得主都会实现其他奖项的大丰收,比如汤森路透的引文桂冠奖(2002至今,已预测出46位诺奖得主)。

基于上述,我们给出了今年诺贝尔化学奖的一些预测,仅供参考。

2019年诺贝尔化学奖,谁会有戏?

预测1:金属有机框架材料研究—Omar M.Yaghi

理由:金属有机框架材料开拓者和奠基人。

Omar M. Yaghi,曾于2010年获得汤森路透引文桂冠奖,2009年曾获美国化学协会材料化学奖章等,美国加州大学伯克利分校James和Neeltje Tretter讲席教授、劳伦斯伯克利国家实验室材料科学部主任。目前担任《美国化学会志》(Journal of American Chemical Society)副主编。

金属有机框架材料(MOFs)具有三维孔状结构,可以表现出高孔隙占有率、低密度、大表面积比、内部孔道规则和拓扑多样、可裁剪等特性。这些前所未有的特性使金属有机框架材料备受瞩目,被认为可以广泛应用于气体储存、分离、催化和化学传感等领域。

Yaghi教授是MOFs和共价有机框架(COFs)等领域的开拓者和奠基人。他在功能多孔材料的合成,及其储能、环保等领域的应用进行了深入系统的研究,并取得了杰出的研究成果,共发表270多篇学术论文,其中29篇发表在Science 和Nature杂志上,论文被引137,000余次,其H index(143)在世界化学家中排名第2位。2006年,Yaghi教授被大众科学杂志评为“美国十大杰出科学家”。

Omar M.Yaghi教授(图片来源:bing.com/images)

预测2:新能源电池研究—Michael Gratzel

理由:将光伏领域从二极管的光吸收原理推向了分子水平,染料敏化太阳能电池之父;首创连续沉积法制备钙钛矿薄膜工艺。

Michael Gratzel是瑞士材料科学家和化学家,是瑞士EPFL光子与界面实验室教授。Gr tzel开创了分子光伏新领域,率先构思和实现了基于染料光捕获剂的介观光伏系统,也被称为“Gr tzel电池”。

同时,Gr tzel也在钙钛矿太阳能电池(PSCs)的发展中也发挥了关键作用,PSCs的迅速崛起引起了广泛的研究兴趣。Michael Gr tzel首创两步连续沉积法制备钙钛矿薄膜的新工艺,基于该工艺的钙钛矿太阳能电池获得14.6%的Newport认证效率,这是全球第一个得到权威认证的钙钛矿太阳能电池效率。在过去十年中,Michael Gr tzel累计发表400余篇PSCs研究成果,其中引用次数超过1000次的有7篇,H指数为249,目前小组保持的效率记录为23.25%。Gr tzel也是太阳能燃料领域的领导者,这是提供可储存、可再生能源的关键技术。

钙钛矿电池有望实现建筑一体化(图片来源: https://www.freepik.com)

预测3:锂电池研究—John B. Goodenough

理由:锂电池之父,使锂电池体积更小、容积更大、使用方式更稳定,从而实现商业化,同时开启了电子设备便携化进程。

锂电池作为最主要的便携式能量源,影响着我们生活的方方面面。如果没有锂电池,就不会有如今的便携式穿戴设备。锂电池产业已经接近年产几十亿美元,为人类的日常活动提供动力。锂电池还曾和晶体管一起被视作电子工业中最伟大的发明,而晶体管的发明人巴丁已经荣获诺贝尔奖。

John B. Goodenough目前为美国德州大学奥斯汀分校,机械工程系教授,97岁高龄,著名固体物理学家,是钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂正极材料的发明人,锂离子电池的奠基人之一,通过研究化学、结构以及固体电子/离子性质之间的关系来设计新材料解决材料科学问题。索尼在1991年采用Goodenough理论后制作出了世界上第一款商用锂电池,从此手机、照相机、手持摄像机乃至电动汽车等领域各自步入了便携式新能源时代。

John B. Goodenough教授(图片来源:bing.com/images)

诺贝尔化学奖作为化学科学的最高荣耀,它像一颗明珠,吸引着众多化学家去攀登化学科学的高峰。事实上,上述每位大师的研究都对人类世界做出了卓越的贡献,改变了我们的生活。还有一些可能获奖的项目在这里并未提及,如生物化学、纳米材料、有机加成反应等。此次Goodenough老爷子能否喜提诺贝尔化学奖,刷新诺奖的年龄记录,就让我们十月九号拭目以待吧!

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