这次我们有幸借着英国汤森路透社对光触媒技术的发明者东京理工大学校长藤岛昭教授的采访谈,走近发明家去倾听他的心声,去感受他对技术应用研究的期待。
从燃料生成、水净化到癌症的治疗。光触媒技术隐藏着各种各样的可能性。
21世纪被称为[环境的时代],我们面临着诸多问题,例如全球气候变暖、资源匮乏、大气污染、水质污染等等。在这样的环境下,光触媒技术尤为引人注目。光触媒是一种环境净化技术,可以利用太阳光的能源来净化水和空气,可以杀灭流感等各种病菌并有抗菌功效,还可以运用在生产纯净的氢气作为新时代的绿色能源,在应用领域有着无穷的可能性。然而,全球光触媒技术领域中一直引导大家前进的就是藤岛昭先生。
藤岛先生在读研究生时,就发现了光照射二氧化钛时能分解水这一现象。从那以后半个多世纪一直在光触媒的基础研究与应有开发进行着不断的挑战。2013年4月,藤岛先生以构建更具有实用价值的环境净化综合系统为目标,开设了国际性光触媒研究机构——光触媒国际研究中心。 并且,藤岛先生的论文被引用次数罕见地超过了6000次以上,在2012年荣获了“汤森路透引文桂冠奖”(以下简称引文桂冠奖)。单从论文被引用次数的视点可以证明藤岛先生是一位世界一流的科学家,世界上在光触媒领域绝对的权威学者,接下来让我们来了解他研究内容和今后的发展。
引用次数6000次以上!巨大的影响力而荣获引文桂冠奖
-----今天能够与光触媒研究的先驱、获得引文桂冠奖的藤岛先生谈话,感到十分荣幸。我们都知道到目前为止在获得引文桂冠奖中有很多是诺贝尔奖得主。首先想请让我说明一下您得奖的原由。我们(汤森路透)在选出引文桂冠奖的得主时,有几个基准。首先第一点,是否对世界具有很强影响力的被引用文论文的作者,这是以学术数据库为基础,基于Web of Science,从研究者被引用数的各个领域缩小到上榜的0.1%。此外,和诺贝尔奖评选一样并不仅仅只是因为被引用次数多而可以获选,而是重视基本技术的发现和发明,引文桂冠奖也是以同样的基准而选出。
在科学界,一篇论文被引用1000次以上已是非常稀少,像藤岛先生这样被引用超过6000次以上的论文完全是史无前例的。将引用的信息索引化已经有113年的历史,在这当中虽然收录了一亿五千万多篇的论文,可是却找不到像这样具有如此大影响力的论文。我们都知道您在世界上作为光触媒发现的第一人,因此获次殊荣也是当之无愧的。
打破常规 二氧化钛光触媒的重大发现
----您在1967年读研究生的时候就发现了“根据二氧化钛进行水的光分解(本多·藤岛效应”。能向您请教一下发现的经过吗?
藤岛——距今45年前世界经济高度成长的中心就是理科热。1966年我从横滨国立大学工学部电气化学科毕业之后,因为憧憬日夜专注于研究的前辈们,自己也以科学家作为人生目标,进入东京大学大学院写真化学、光化学研究的菊池真一教授的研究室。然后在菊池教授的研究室中当时担任苯淌诘谋径嘟∫唬ê罄炊┐笱У拿淌冢┙淌诘闹傅枷拢恍囊灰庵铝τ谒蟹湃敫髦指餮亩骶庹丈渲蠡岵跹谋浠庋难趸锇氲继宀牧系难芯俊
开始从事该项研究的契机是什么?
藤岛——当时在巴黎大学留学的本多教授,把银放入酸性溶液中再照射紫外线就会产生电动势即“光贝克勒耳效果”这一现象认为很有趣并以此为主题开始进行研究。当时,氧化锌、硫化镉等半导体物质电极后放入水溶液中,光照射后产生反应现象就完全明白了。因此,虽然持续进行集中以半导体为中心的试验,但硅和锗的单晶体只要一受到光的照射表面就会变得很粗糙就会熔化。所以,在到处寻找能适应光照射的新半导体时,发现了隔壁研究室的前辈饭田武阳扬教授(后来埼玉大学的教授)在使用静电复印机做研究时使用了二氧化钛的单晶体。二氧化钛的晶体是无色透明的,不溶于酸碱,在化学性质方面是一种稳定的材料,期待能像氧化锌和硫化镉一样产生光的反应效果。为了得到二氧化钛的单晶体,我向前辈请教了在神户公司制造厂的中住水晶先生,并鼓起勇气给公司的中住让秀社长写了信。之后得以直接与他会面,得以使用二氧化钛的单晶体。这可能是我研究人生中最大的幸运的事。
然而得到了二氧化钛的单晶体,但是不能马上通过普通的方法着手实验。二氧化钛的单晶体非常坚硬,将它切开是一件很困难的事情。从物性研究所借来了东京大学内仅有的一台钻石切割机,将坚硬的单晶体切薄切断,并且连上了铜线以增强导电性,终于完成了电极。将这个电极放入电解溶液中,使用500W的氙气灯进行照射,表面就开始噗噗地产生泡沫。分析之后知道了这是氧气。而硅和锗、氧化锌等受到光照射之后就会熔化,可二氧化钛照射后表面却是闪闪发光。为了慎重起见,又测量了电极的重量,结果和实验之前完全一样。在水中用光照射二氧化钛就会产生氧气。我有了这样的重大发现,感到十分兴奋。我发现了这和叶子表面产生光合作用的过程相近。
也就是说叶绿素和二氧化钛在进行相同的作用吗?
藤岛——正是如此。可是当我充满自信地在学术会议发表这个成果时,却没被大家重视。“虽然水电解能够产生氧气和氢气,可你却没有使用电压,仅仅是使用了电灯照射而已吗?”当时,大多数人都没有想到将光作为能源使用。尤其是对于电解的人来说具有理论值,水电解时的最低电压值为1.23伏。仅仅用光照射,就能够分解水实在是难以置信。虽然在电化学会和日本化学会上都发表过,可是不管在哪儿总是遭受到严厉地评判。就连我自己也在想是不是自己错了呢?开始变得不安起来。
这个跨时代的发现,是在什么时候进行学术发表呢?
藤岛——是在1968年的时候。不仅仅是学术发表,也撰写了论文。最初是在1969年用日语写的,到了1972年也用英语改写,并且刊登在了一些专业的期刊上。之后在美国留学时,知道有人将我用日语写的论文翻译并阅读的时候我感到十分开心。 另一方面,在国内还是一如既往对我持批判的态度,在博士论文审查时五人中有一位审查员坚决反对我的论文。他说像我这样写出错误论文的人是当不了博士的。最终,在附带每周通过实验证明这样的条件下,终于取得了博士学位。之后刚好与审查会同时期,应征上了神奈川大学的讲师,得到了15倍的采用率。幸运地很快分到了研究室,开始进行研究。
能够专注从事研究的环境也慢慢具备。研究成果在日本国内得到认可的契机是什么呢?
藤岛——是以发表在“Nature”上的论文为契机的。我在神奈川大学一边从事研究,一边把研究的成果整理成论文进行投稿。果然在科学世界,与在世界权威性的论文杂志上刊登研究成果有很大关系。通常这样权威的杂志,要连续多次不断投稿、不断修改最终才能将论文刊登上去,可是我提交的论文却没有一次申诉,一次就通过了。这实在是令人感到吃惊。因此,在1972年7月份的“Nature”上刊登了我的论文,最初在国外被称作“本多·藤岛效应”,1973年秋爆发了石油危机,改变石油使用氢这样的清洁能源呼声高涨,在欧洲和美国突然受到关注。在日本也就被逆输入了,1974年元旦的时候朝日新闻进行了大量报道,“通过太阳就可以得到梦想的燃料、在水中用光照射半导体就可以摄取氢气、日本科学家发现的原理引人注目” ,忽然之间就收到了极大的关注。周围人的态度也180°大转弯,在学术发表的时候总是人满为患。“真是不得了的发现啊!”得到了周围人的认可。这时,深深地感受到了宣传的力量。
我们发表的论文,期待能够在解决能源的问题方面做出一点贡献。为了响应这一号召,接下来就实用化进一步研究,不使用成本高的二氧化钛单晶体,用燃烧器在钛板表面上炙烤做成二氧化钛薄膜,并将其铺满在本乡地区的屋顶上,进行氢气的收集实验。虽然一天只能收集到7L的量,可是成本低并且一年以上都能免费维护可以持续收集氢气。这个成果,由于简单易懂得到了很高的评价,在台场的科学未来馆和神奈川的科学公园内的光触媒博物馆进行展示。可是另一方面,每天摄取量只有7?、二氧化钛只能收集3%左右的太阳光,因此由于能源的变换效率过低判断其作为代替能源比较困难。我将这一成果在“ournal Electrochemical Society”上发表之后,作为一个重大的转折,从研究水的分解代替能源转向了水分解强氧化力应用的研究。因光触媒生成的能源研究,虽然在这之后世界上的研究者对二氧化钛进行改良、代替氧化钨,或者加入其他的东西得到相应的研究成果,可是好像到现在也没有超出1975年的研究成果。
您的研究在那之后朝什么方向前进呢?
藤岛——可代替能源的研究目前告一段路。利用光触媒具有把水分解的强氧化力,在杀菌和除臭等环境问题方面进行光触媒研究。1989年我担任东京大学的教授,桥本和仁(现东京大学研究院教授)在冈崎国立共同研究机构对光触媒进行研究,自从他来到东京大学担任讲师后,他丰富的想法促使研究有了飞跃性的发展。我们俩一边和企业协商一边不断生产产品,将少量的产品进行了实用化。在推进应用研究的过程中,用光照射使用二氧化钛镀膜的玻璃,发现了表面的水全部散开,即“超亲水性”效果。根据这个效果生产出了具有湿气但不会起雾的玻璃,这项技术目前被应用在外部装修建材和车的侧反光镜等方面。就这样,光触媒就稳定地在世界上推广开了。
正是从基础研究到应用研究,然后再到商品化这样的循环过程。从引用数据来看,特别是最近几年,有关光触媒的论文激增。为什么教授的研究如此引人注目呢?
藤岛——如前面所说的那样,光触媒技术仅通过太阳光的自然资源就能够收集氢气,利用它的氧化力进行除臭,得到除污的效果,作为太阳电池的应用也是可能的,适应时代的需求发展环境技术。现在,作为我研究的基础,急速推进开发应用研究。
作为研究者的代表的使命
长时间进行研究开发,30年后终于实现了实用化。基础研究的资金周转是怎样的呢?
藤岛——这是保证研究能够持续进行的重要因素之一。为了确保研究资金,研究成果的产出,也就是研究业绩是非常重要。可更重要的是结果。使用这一现象能否造福于人类,能否带来更广泛的影响。因此作为研究者,必须坚持不懈,最终的研究一定要成为对人类有用的东西。我研究的最大目的是,支持人类最重要的长寿无疾而终。天寿是将上天给与的天命舒适、健康、充满活力的度过。这种支持即使很少也是我们研究者的使命。我对光触媒的研究,能够将空气和水变干净,杀菌、产生能源。或者还原二氧化碳,将其作为燃料使用。光触媒是一种很棒的材料,期待它各种各样的活用性。
今年秋天国际性标准化的视野
近年来尤其是在中国出现了许多关于光触媒的论文。这是在Web of Science上调查引用教授论文的各个国家的名单。日本虽多,可引用最多的还是中国。之后依次为美国、德国、韩国。光是从这一点来看也可以明白各个国家都在进行积极地研究,关于光触媒的标准化您是如何看待的呢?
藤岛——标准化在将光触媒运用于实际生活中是非常重要的。减少假冒伪劣产品,就必须生产真货。在JIS(日本工业规格)中已经有水处理、自助洗衣、杂菌处理等10多个项目。在ISO(国际标准化机构)方面,在经济产业省的帮助下,我作为设计者兼责任者上交了提案书。关于ISO大概在2013年秋大概能够确定下来。
这个若能确定的话,光触媒技术就能够更加广泛地传播到世界上,您也是考虑到知识产权这一点的吧。
藤岛——是的,保护正确的技术是很重要的。我得到了和东陶机器股份有限公司(现在的TOTO)研究二氧化钛超吸水性的专利后,现在也拥有了许多专利。
光触媒领域今后的开展
这是汤森路透提供的HistCite(引文分析)软件程序。是一个分析论文引用关系看出论文的相关关系的工具。请看您1972年和1998的论文,这个圆圈的大小表示引用,形成了各种各样的串。也就是说,您的研究可以分为两个领域吗?
藤岛——现在我们的研究目标就是两个领域一起研究。最重要的是,使用太阳光还原二氧化碳将其作为燃料使用,同时应用光触媒推进二氧化钛和钻石特性的活用。尤其是,钻石隐藏着各种各样可能的新机能。作为新的机能材料使用钻石薄膜,构建新的机能界面和光界面,使基础过程明显的同时,也推进实际的应用。
将两个领域重新统一发展。期待会产生怎样的合作。最后。还想请您谈一谈今后的梦想。
藤岛——最近的愿望是在4月分成立的“光触媒国际研究中心”做有趣的试验和发现有趣的现象。在很多方面都有兴趣,首先是应用于汽车方面。若是活用光触媒的话就有可能防止冬天车窗的玻璃模糊不清。其次,在研究中心的植物工厂的溶液栽培试验,也可以应用于农业方面。通常溶液栽培中有成长抑制剂会使植物缓慢生长,因此每三个月必须更换一次溶液。可是,由于光触媒的自净能力能够分解其中的成长抑制剂并创造非常经济环保的水栽培环境。在研究中心虽然已经做过有关蔬菜的实验,加上最近的药草专家也作为成员加入,也开始了对药草的研究。在世界上还存在很多除人参以外的高价且具有很高价值的药草。并且,着手于药草的原料,生产附加值高的种子。此外,在医学治疗方面,也可以运用光触媒技术。虽然早在30年前就和医学部的老师们一起进行过研究,发明了把二氧化钛的粉末摄入到癌细胞中,用光照射来治疗癌症这样的装置,可是因为医疗器械的专利申请非常繁琐,一直没有实用化就告一段落了。现在,和牙科医生一起,进行利用光的能量来减少虫牙,洁净牙齿表面等应用研究。光触媒具有无限的可能性,希望企业和海外的研究学者都可以来参加到研究开发里来,日本在光触媒的研究领域在领导世界,可以通过在日本成立“光触媒国际研究中心”向世界传播光触媒的讯息,引导光触媒的发展和普及。
非常感谢您接受采访,希望今后这个领域发扬光大。
(2013年10月)【完】
藤嶋 昭(ふじしま?あきら)氏
【简历】
1966年3月横浜国立大学工学部卒業
1971年3月東京大学大学院工学系研究科博士課程修了
1971年4月神奈川大学工学部講師
1975年11月東京大学工学部講師
1978年4月東京大学工学部助教授
1986年7月東京大学工学部教授
1995年4月東京大学大学院工学系研究科教授
2003年4月(財)神奈川科学技術アカデミー理事長
2003年4月JR東海機能材料研究所所長
2003年6月東京大学名誉教授
2005年1月東京大学特別栄誉教授
2006年3月日本化学会会長
2008年1月科学技術振興機構(JST)中国センター長
2010年1月東京理科大学長(現在に至る)
【現在】
川崎市科学教育アドバイザー、光機能材料研究会会長、
(財)神奈川科学技術アカデミー最高顧問、東京応化科学技術振興財団理事長
主な受賞
1983年朝日賞
1998年井上春成賞
2000年日本化学会賞
2003年紫綬褒章
2004年日本国際賞
2004年日本学士院賞
2004年川崎市民栄誉賞
2006年恩賜発明賞
2005年神奈川文化賞
2010年川崎市文化賞
2010年文化功労者
2011年The Luigi Galvani Medal
2012年TOMSON-REUTERS引用栄誉賞
【原文:Intellectual Property & science By Thomson Reuters Japan】
【译文:凯特莱芝光触媒中国代理商】
【转载:重庆格丽健商贸有限公司】