2019年诺贝尔化学奖

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北京时间10月9日17点45分， John B. Goodenough（约翰·B·古迪纳夫）、M. Stanley Whittingham 和Akira Yoshino三人获得2019年诺贝尔化学奖，表彰他们对锂离子电池方面的研究贡献。

         John B. Goodenough，男，锂钴氧和磷酸铁锂正极材料发明人。
         老人家在二战之前就在读大学了，美国名校Yale，不过读的是文学和数学，化学只是他大一的时候学的一门选修课……他当时的目的是为了拿到一个文学学位……
         在他老人家读诗词的时候，突然对圣经和宗教产生了浓厚的兴趣，就开始学习哲学，被科学哲学深深吸引，并读了一本影响他一生的书：Whitehead的 Science and the Modern World，于是他就决定在战后有机会要读物理的研究生。
         二战的时候，他老人家在美国空军做大西洋气象方面的工作，1946年，他被从亚述海的小岛上召回芝加哥，让他在University of Chicago 和 Northwestern University之间选择一个，读物理或者数学的研究生。当时他在Yale的数学教授Egbert Miles希望能够招他入学，但是他还是坚持了自己的信念，选择了去University of Chicago 读物理硕士。老先生1948年退伍，依靠退伍老兵的权利法案得以继续学习。在考试合格后，老人家决定不学核物理，而是跟随Clarence Zener学习固体物理。在博士毕业后，他从University of Pennsylvania和MIT的美国空军林肯实验室中选择了后者。
         那是在1952年，当时的计算机刚刚起步，他们在林肯实验室做内存的材料。这是一项和三价Mn有关的研究，这时候他接触到了Li离子在固体中的迁移。后来他开始做固态陶瓷的基础研究，在MIT的12年间，老先生开始了固态化学的学习和研究，并撰写了两本书：Magnetism and the Chemical Bond和Metallic Oxides（法语版是Les oxydes des métaux de transition）。
         1970年，美国调整了国家政策，空军实验室不再支持基础研究，MIT的实验室呆不下去了……而且这个时候刚好爆发了能源紧张的问题，老先生决定在能源领域做些事情。福特汽车的科学家发现了一种Na离子的快速导体陶瓷，老先生就去了Stanford University调研，就是在那个时候，他确定了研究a host framework that contained tunnels的固体材料。1974年到1975年间，老先生觉得需要在能源匮乏的时候帮助不发达国家，于是去了德黑兰，在伊朗的Shah那里拿到了7M美刀，和Aryamehr University一起建立了一个实验室，从事太阳能的研究，但是伊朗政治变化，Shah下台，美国大使都成了人质，他的计划也只有被放弃了……
          然后老先生接到了Oxford University的邀请，去那边无机实验室做领导……但是老人家当时就上过两门化学课，读本科的时候的选修课学到了定量的无机化学，硕士阶段学了有机化学……当时牛津的人是希望老人家做固体物理材料的背景，能够沟通化学家和物理学家。他从事固态材料的研究能够促进牛津的无机化学。
于是，老人家开始在牛津从事氧化物表面光电解水和；锂离子电池嵌入-脱出材料以及甲醇燃料电池的研究。
         他组里的访问学者Koichi Mizushima，来自University of Tokyo，发现在Co和Ni的氧化物中，Li几乎可以完全脱出，50%-60%Li脱出的时候，结构还能够保持稳定，并且对Li有接近4V的电压。当时英国做电池的人对他们的研究成果不感兴趣，而Sony公司正好开发出储锂的碳材料，于是他们合作，就有了现在的锂离子电池。Co本来就贵，现在20%的Co都被用来做电池了，价格就更高了，老先生觉得要开发廉价的材料。
          这时候Michael Thackeray从南非来到了老先生的实验室，他介绍说他想做一些廉价的嵌Li材料，他研究过了Fe3O4的嵌锂。当时他还不认为尖晶石结构的材料能够有嵌Li的能力，不过他还看到了罗马的Bruno Scrosati在这方面的研究。于是他让Thackeray重复了实验。发现了嵌Li过程中尖晶石结构和rock-salt结构之间的相互转化。他们先研究的是LiMnO2的尖晶石结构，但是这个材料在电化学过程中发生相变，有Jahn-Teller效应……
         于是，老先生想到了早年的一些材料，具有稳定的骨架结构的聚阴离子型的材料。如硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐、钼酸盐、钨酸盐等等。在这个理论的指导下，他的学生Akshaya Padhi做出了LiFePO4，被University of Montreal的Michel Armand相中，他觉得这个材料和自己开发的电解质很匹配，于是联系上了Hydro-Quebec公司买下了这个专利。这个正极材料能够进行完全的充放电实验，并且廉价、对环境无污染。
          这个成果是在1994年做出来的，但是老人家在1986年接受了University of Texas的邀请，来到Austin，受到基金的资助，作为终身教授，他没有在67岁退休，至今仍然在工作，研究固体氧化物燃料电池等等。他说：I am an old tiger enjoying working here。

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迈克尔·斯坦利·惠廷汉姆（M. Stanley Whittingham）于1941年出生于英国诺丁汉附 父亲是土木工程师，他是学校的化学老师。在20世纪50 他在林肯郡斯坦福德学校接受教育，然后前往牛津大学 读无机化学。他于1964年获得学士学位，1967年获得硕 位，并获得学士学位

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Yoshino 开始在朝日化学的研究室研究聚乙炔，这种导电聚合物是由日本化学家、诺贝尔奖获得者 Hideki Shirakawa 发现的。虽然这种材料大多用于太阳能电池板和半导体，但 Yoshino 敏锐地察觉到诸多需要可充电电池的小型电子设备开始进入市场，而后他便开始了该领域电池的研发。后来，他成功地用聚乙炔材料（之后转变成碳材料）作为阳极打造出了锂离子电池。