第77章 穿梭效应
数学竞赛给陈末的生活带来了翻天覆地的变化，因为全校大会的缘故，如今他走到哪都会成为同学们视线的焦点。
这无疑让人很困扰。
尤其是上课时，老师们都变著法的找他麻烦。
英语老师林倩一直对陈末在她课上学数学耿耿於怀，在她看来，高考又不是不考英语，凭什么不重视英语？
某天她故意提问陈末一个超难的语法题，想让他出丑，陈末站起来，用正宗的英伦腔回答了林倩的问题。
林倩呆住了，
不过从那以后她倒是没有再在上课时抽陈末起来回答问题了。
她知道，英语93代表的只是陈末的过去。
自从陈末开始学化学，邓淞元就像打了鸡血，每节课都要点名陈末回答问题，而且问题越来越难。
以前他在课堂上总是板著脸，动不动就扔粉笔头。
现在倒好，每次走进教室，第一件事不是喊上课，而是先往陈末的方向看一眼，眼睛里带著某种猎人发现猎物的兴奋。
“陈末！”
这不，刚讲完氧化还原反应，邓淞元就点了他的名。
“你来回答一下，高锰酸钾在酸性、中性和碱性条件下的还原產物分別是什么？”
陈末站起来，不假思索，“酸性条件下还原为mn2?，中性条件下还原为mno?，碱性条件下还原为mno?2?。”
“正確。坐下。”
邓淞元点点头，但嘴角的笑意说明他根本没打算就此罢休。
接下来的课，他每堂课都要点陈末回答两三次，而且问题越来越刁钻。
“配位化合物[co(nh?)?cl]2?和[co(nh?)?(h?o)]3?，哪一个更容易发生取代反应？为什么？”
“如何用价层电子对互斥理论解释xef?的分子构型？”
“给出製备无水氯化铝的实验方案，並说明为什么要隔绝空气和水蒸气。”
陈末全答上来了。
每一次回答正確，邓淞元的眼睛就亮一分，整个人像是磕了药，讲课的声音都高了三度。
全班同学看得目瞪口呆。
“邓老师是不是被陈末逼疯了？”郭超小声对李泽说。
“我感觉邓老师不是在考陈末，是在给自己找对手。”李泽摇头。
“对手？我怎么觉得他是在养蛊……”
直到有一天，
那天讲的是电化学。
邓淞元照例在课程內容讲完后，拋出一道附加题给陈末。
“陈末，我问你一个课外的问题。”
他推了推眼镜，眼神里带著一丝狡黠，“你知道鋰硫电池为什么难以商业化吗？从化学角度分析一下。”
教室里安静了几秒，感觉邓老师大概是疯了，这是高中生能回答的问题？
陈末皱起了眉头。
他知道鋰硫电池，理论能量密度极高，是传统鋰离子电池的好几倍。
但为什么难以商业化，他確实没有深入研究过。
“我答不上来。”陈末坦然地摇了摇头。
教室里响起一阵低低的惊呼。
这还是陈末第一次在邓淞元面前说不会。
邓淞元非但没有失望，反而啪地一拍讲台，整张脸都亮了起来。
“太好了！”
他声音里带著压抑不住的激动：“你终於有不会的了！来来来，我给你讲！”
全班：“……”
李泽小声嘀咕，“老师，您这是盼著他不会盼了多久？”
邓淞元充耳不闻，已经在黑板上刷刷刷地画了起来。
“鋰硫电池的正极是硫，负极是金属鋰，理论能量密度高达2600wh/kg，是现有鋰离子电池的五倍！但是它有个致命问题，叫做穿梭效应。”
他飞快地在黑板上写下反应式，
“放电时，硫被还原生成多硫化鋰(li?s?，x=4~8)，这些多硫化物会溶解在电解液中，扩散到负极，与金属鋰反应，生成短链多硫化物，然后又扩散回正极，这就是穿梭。
它会导致库仑效率低下、容量快速衰减，而且金属鋰负极还会產生枝晶，刺穿隔膜造成短路。”
邓淞元讲得口沫横飞，手舞足蹈，不知道为什么，陈末感觉邓淞元在讲这个问题时，身上都在发光，整个人爆发出了极大的热情。
“所以，科学家们想了很多办法，用碳材料包覆硫、设计多孔结构吸附多硫化物、开发固態电解质，但至今没有完美的解决方案。”
他一口气讲了十多分钟，最后喘了口气，看向陈末，“懂了吗？”
陈末若有所思地点了点头，双眼却望著虚空中的某个方向，像是在进行高速的头脑风暴。
“邓老师。”
陈末忽然开口，声音不大，但带著一种让人不由自主安静下来的力量。
“您刚才说，多硫化物的穿梭效应是因为它们在电解液中的溶解和扩散。”
“对。”
“那如果……不让它溶解呢？”
邓淞元愣了一下，“不让它溶解？什么意思？”
陈末走到讲台前，拿起粉笔，在黑板上画了一个简单的示意图。
“如果用一种多孔材料，把硫限制在纳米级的孔道里，孔道的大小刚好让鋰离子通过，但多硫化物分子太大进不去。”
他画了一个圆，周围画了一圈小孔。
“多硫化物被困在孔道里，不就无法穿梭了？”
邓淞元眼睛一亮：“你是说物理限域？这个思路已经有人做过了，碳纳米管、介孔碳、金属有机框架……”
“不。”
陈末打断了他，又在黑板上画了另一个图，“我说的不是单纯的物理限域。
您刚才讲配位化学的时候提到过，有些金属有机框架材料(mofs)不仅有多孔结构，而且孔道內壁有未配位的活性位点，可以对多硫化物產生化学吸附。”
他越说越快，粉笔在黑板上噼里啪啦地响。
“如果能设计一种双功能的mof，孔道尺寸刚好2-3纳米，既能物理限制多硫化物，又能通过孔道內壁的极性官能团或金属位点化学吸附多硫化物，那不就是物理+化学双重限域？”
邓淞元张了张嘴，没说出话来。
陈末还在继续，“而且，我刚才在您的黑板报上看到您写了导电性。”
他用粉笔在刚才的图上加了几个小点。
“mof的导电性通常很差，但如果把导电碳材料，比如石墨烯或者碳纳米管和mof复合，形成三维导电网络，那就能同时解决导电性和穿梭效应两个问题。”
“甚至……”陈末顿了顿，眼神发亮，“如果在这个复合结构中再加入一些催化位点，加速多硫化物的转化反应动力学，那电池的倍率性能和循环寿命都能得到提升。”
“你是说，吸附-催化协同策略？”
邓淞元如遭雷击，眼中爆发出明亮的光芒，无数灵感涌入脑海。
教室里鸦雀无声。
全班同学都呆呆地看著陈末，仿佛在看一个外星生物。
周浩呢喃道：“他……他在说什么？”
这无疑让人很困扰。
尤其是上课时，老师们都变著法的找他麻烦。
英语老师林倩一直对陈末在她课上学数学耿耿於怀，在她看来，高考又不是不考英语，凭什么不重视英语？
某天她故意提问陈末一个超难的语法题，想让他出丑，陈末站起来，用正宗的英伦腔回答了林倩的问题。
林倩呆住了，
不过从那以后她倒是没有再在上课时抽陈末起来回答问题了。
她知道，英语93代表的只是陈末的过去。
自从陈末开始学化学，邓淞元就像打了鸡血，每节课都要点名陈末回答问题，而且问题越来越难。
以前他在课堂上总是板著脸，动不动就扔粉笔头。
现在倒好，每次走进教室，第一件事不是喊上课，而是先往陈末的方向看一眼，眼睛里带著某种猎人发现猎物的兴奋。
“陈末！”
这不，刚讲完氧化还原反应，邓淞元就点了他的名。
“你来回答一下，高锰酸钾在酸性、中性和碱性条件下的还原產物分別是什么？”
陈末站起来，不假思索，“酸性条件下还原为mn2?，中性条件下还原为mno?，碱性条件下还原为mno?2?。”
“正確。坐下。”
邓淞元点点头，但嘴角的笑意说明他根本没打算就此罢休。
接下来的课，他每堂课都要点陈末回答两三次，而且问题越来越刁钻。
“配位化合物[co(nh?)?cl]2?和[co(nh?)?(h?o)]3?，哪一个更容易发生取代反应？为什么？”
“如何用价层电子对互斥理论解释xef?的分子构型？”
“给出製备无水氯化铝的实验方案，並说明为什么要隔绝空气和水蒸气。”
陈末全答上来了。
每一次回答正確，邓淞元的眼睛就亮一分，整个人像是磕了药，讲课的声音都高了三度。
全班同学看得目瞪口呆。
“邓老师是不是被陈末逼疯了？”郭超小声对李泽说。
“我感觉邓老师不是在考陈末，是在给自己找对手。”李泽摇头。
“对手？我怎么觉得他是在养蛊……”
直到有一天，
那天讲的是电化学。
邓淞元照例在课程內容讲完后，拋出一道附加题给陈末。
“陈末，我问你一个课外的问题。”
他推了推眼镜，眼神里带著一丝狡黠，“你知道鋰硫电池为什么难以商业化吗？从化学角度分析一下。”
教室里安静了几秒，感觉邓老师大概是疯了，这是高中生能回答的问题？
陈末皱起了眉头。
他知道鋰硫电池，理论能量密度极高，是传统鋰离子电池的好几倍。
但为什么难以商业化，他確实没有深入研究过。
“我答不上来。”陈末坦然地摇了摇头。
教室里响起一阵低低的惊呼。
这还是陈末第一次在邓淞元面前说不会。
邓淞元非但没有失望，反而啪地一拍讲台，整张脸都亮了起来。
“太好了！”
他声音里带著压抑不住的激动：“你终於有不会的了！来来来，我给你讲！”
全班：“……”
李泽小声嘀咕，“老师，您这是盼著他不会盼了多久？”
邓淞元充耳不闻，已经在黑板上刷刷刷地画了起来。
“鋰硫电池的正极是硫，负极是金属鋰，理论能量密度高达2600wh/kg，是现有鋰离子电池的五倍！但是它有个致命问题，叫做穿梭效应。”
他飞快地在黑板上写下反应式，
“放电时，硫被还原生成多硫化鋰(li?s?，x=4~8)，这些多硫化物会溶解在电解液中，扩散到负极，与金属鋰反应，生成短链多硫化物，然后又扩散回正极，这就是穿梭。
它会导致库仑效率低下、容量快速衰减，而且金属鋰负极还会產生枝晶，刺穿隔膜造成短路。”
邓淞元讲得口沫横飞，手舞足蹈，不知道为什么，陈末感觉邓淞元在讲这个问题时，身上都在发光，整个人爆发出了极大的热情。
“所以，科学家们想了很多办法，用碳材料包覆硫、设计多孔结构吸附多硫化物、开发固態电解质，但至今没有完美的解决方案。”
他一口气讲了十多分钟，最后喘了口气，看向陈末，“懂了吗？”
陈末若有所思地点了点头，双眼却望著虚空中的某个方向，像是在进行高速的头脑风暴。
“邓老师。”
陈末忽然开口，声音不大，但带著一种让人不由自主安静下来的力量。
“您刚才说，多硫化物的穿梭效应是因为它们在电解液中的溶解和扩散。”
“对。”
“那如果……不让它溶解呢？”
邓淞元愣了一下，“不让它溶解？什么意思？”
陈末走到讲台前，拿起粉笔，在黑板上画了一个简单的示意图。
“如果用一种多孔材料，把硫限制在纳米级的孔道里，孔道的大小刚好让鋰离子通过，但多硫化物分子太大进不去。”
他画了一个圆，周围画了一圈小孔。
“多硫化物被困在孔道里，不就无法穿梭了？”
邓淞元眼睛一亮：“你是说物理限域？这个思路已经有人做过了，碳纳米管、介孔碳、金属有机框架……”
“不。”
陈末打断了他，又在黑板上画了另一个图，“我说的不是单纯的物理限域。
您刚才讲配位化学的时候提到过，有些金属有机框架材料(mofs)不仅有多孔结构，而且孔道內壁有未配位的活性位点，可以对多硫化物產生化学吸附。”
他越说越快，粉笔在黑板上噼里啪啦地响。
“如果能设计一种双功能的mof，孔道尺寸刚好2-3纳米，既能物理限制多硫化物，又能通过孔道內壁的极性官能团或金属位点化学吸附多硫化物，那不就是物理+化学双重限域？”
邓淞元张了张嘴，没说出话来。
陈末还在继续，“而且，我刚才在您的黑板报上看到您写了导电性。”
他用粉笔在刚才的图上加了几个小点。
“mof的导电性通常很差，但如果把导电碳材料，比如石墨烯或者碳纳米管和mof复合，形成三维导电网络，那就能同时解决导电性和穿梭效应两个问题。”
“甚至……”陈末顿了顿，眼神发亮，“如果在这个复合结构中再加入一些催化位点，加速多硫化物的转化反应动力学，那电池的倍率性能和循环寿命都能得到提升。”
“你是说，吸附-催化协同策略？”
邓淞元如遭雷击，眼中爆发出明亮的光芒，无数灵感涌入脑海。
教室里鸦雀无声。
全班同学都呆呆地看著陈末，仿佛在看一个外星生物。
周浩呢喃道：“他……他在说什么？”