科技日?qǐng)?bào)記者 王延斌
進(jìn)入2024年，大連理工大學(xué)教授郭新聞的科研事業(yè)按下了“加速鍵”——
5月份，《自然·通訊》刊發(fā)其和合作伙伴的文章，報(bào)道了一種可控構(gòu)建復(fù)合氧化物界面催化體系的方法，制備了具有納米球形結(jié)構(gòu)的MnO2-MnxCo3-xO4復(fù)合氧化物界面催化體系，并在乙烷催化氧化反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性與穩(wěn)定性；4月份，《能源化學(xué)》刊文關(guān)注其和合作伙伴的成果，他們開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)單廉價(jià)的方法，通過(guò)高分散SiOx修飾In2O3表面，顯著緩解In2O3顆粒燒結(jié)，使其穩(wěn)態(tài)反應(yīng)速率增加了兩倍。以此為基礎(chǔ)構(gòu)筑的0.6Si/In2O3負(fù)載Pd催化劑表現(xiàn)出更高的甲醇生成速率，兼具良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；6月份，《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》刊文關(guān)注其和合作伙伴的成果，他們?cè)O(shè)計(jì)合成了一種具有低配位Cu-N2的單原子催化劑，將二氧化碳光催化轉(zhuǎn)化成乙醇……
盤(pán)點(diǎn)郭新聞教授近40年的科研生涯，“催化”是一個(gè)繞不開(kāi)的詞。他俯身于催化領(lǐng)域，選擇了多相催化、分子篩催化、擇形催化、選擇氧化等方向，他在《自然·通訊》《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》等主流期刊發(fā)表SCI論文583篇；更重要的是鈦硅分子篩催化劑完成百噸級(jí)工業(yè)放大，成功應(yīng)用于15萬(wàn)噸環(huán)氧丙烷工業(yè)示范裝置。
手握中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)等眾多大獎(jiǎng)，郭新聞教授將目光瞄準(zhǔn)了科研轉(zhuǎn)化。
將博士論文變成了實(shí)實(shí)在在的產(chǎn)品
“我目前研究工作主要圍繞催化劑的研發(fā)來(lái)做，因?yàn)槲业牟┦空撐木褪亲龇肿雍Y的設(shè)計(jì)、合成及應(yīng)用?！惫侣劷淌谡f(shuō)。
分子篩是一種具有精確和單一的微小孔洞的材料，具有均一的孔徑和極高的比表面積，可用于吸附氣體或液體，也可用于催化反應(yīng)。據(jù)了解，分子篩發(fā)展起源于天然硅鋁酸鹽礦石——沸石，其內(nèi)部具有豐富的孔道，這些細(xì)微的孔道對(duì)于分子具有選擇通過(guò)的特性，可用于氣體分離。但隨著研究的深入，研究者發(fā)現(xiàn)分子篩的骨架元素也可以由磷、鈦、硼等元素取代，從而形成磷鋁類(lèi)分子篩、鈦硅類(lèi)分子篩和其他雜原子類(lèi)分子篩等不同類(lèi)型的分子篩族系。如今，隨著各種新型結(jié)構(gòu)的分子篩產(chǎn)品相繼被開(kāi)發(fā)問(wèn)世，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化推廣并不斷拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，分子篩在吸附、催化、分離、生物傳感、微電子等領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。
“我的博士論文就是關(guān)于鈦硅分子篩的合成，做了30多年?！惫侣劷淌谡f(shuō)，他們先后獲得了國(guó)家基金支持，成為國(guó)家級(jí)重大攻關(guān)項(xiàng)目的課題。之后跟企業(yè)合作，從小試、中試到產(chǎn)業(yè)化，一路走過(guò)來(lái)不容易。源于自身對(duì)工業(yè)催化劑的興趣，郭新聞教授率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研究各種各樣的催化劑，每一種催化劑都有不同功能、不同結(jié)構(gòu)、不同性質(zhì)。
分子篩從“基礎(chǔ)理論—實(shí)驗(yàn)室研發(fā)—工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)—市場(chǎng)應(yīng)用”，是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，需要經(jīng)受時(shí)間的考驗(yàn)。而原創(chuàng)型的分子篩產(chǎn)品從實(shí)驗(yàn)室階段到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、研發(fā)投入大。但其事關(guān)國(guó)計(jì)民生的重要性，這也成為郭新聞教授的科研動(dòng)力。
從實(shí)驗(yàn)室到車(chē)間，中間隔了“千山萬(wàn)水”
當(dāng)科學(xué)家能為一個(gè)項(xiàng)目付出30多年光陰的時(shí)候，這個(gè)項(xiàng)目的重要性便凸顯出來(lái)。談到科研對(duì)國(guó)計(jì)民生的影響，郭新聞教授提到了對(duì)二甲苯的例子。
對(duì)二甲苯是最重要的化工產(chǎn)品之一，當(dāng)前我國(guó)對(duì)二甲苯的生產(chǎn)強(qiáng)烈依賴于石油資源，且主要依靠芳烴聯(lián)合裝置來(lái)增加對(duì)二甲苯產(chǎn)能。郭新聞教授課題組長(zhǎng)期致力于發(fā)展甲苯與甲醇擇形催化制對(duì)二甲苯技術(shù)，該技術(shù)以產(chǎn)能相對(duì)過(guò)剩的甲苯和廉價(jià)的甲醇為原料，利用ZSM-5分子篩的孔道擇形效應(yīng)，通過(guò)一步反應(yīng)，高選擇性合成對(duì)二甲苯。
該技術(shù)能夠拓寬對(duì)二甲苯生產(chǎn)原料來(lái)源，促進(jìn)石油化工與煤化工的平衡發(fā)展；而且具有工藝流程短、分離能耗低等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
從理論走向產(chǎn)業(yè)化落地，需要經(jīng)歷坎坷的過(guò)程，用郭新聞教授的話說(shuō)，這中間隔了“千山萬(wàn)水”。
其中的坎坷之一來(lái)自認(rèn)知。郭新聞教授提到，當(dāng)初做鈦硅分子篩時(shí)，行業(yè)內(nèi)的共識(shí)是降低成本，但沿著這個(gè)思路走，很難走到工業(yè)化；不過(guò)，轉(zhuǎn)變思路之后，他們從降成本走到了追求性能上，工業(yè)化就水到渠成了。
對(duì)于工業(yè)化，郭新聞教授表示要保持耐心。以二氧化碳為例，“二氧化碳可轉(zhuǎn)化成高附加值產(chǎn)品，但很多這種轉(zhuǎn)化在實(shí)驗(yàn)室階段并不能馬上工業(yè)化，因?yàn)槲覀冊(cè)谧鲆环N前瞻性的基礎(chǔ)研究，是為未來(lái)做儲(chǔ)備?！惫侣劷淌谡f(shuō)，“未來(lái)五年、十年甚至二十年，二氧化碳轉(zhuǎn)化可能應(yīng)用到了市場(chǎng)上，由此帶來(lái)的價(jià)值是不可估量的?！?/p>
其中的坎坷之二，來(lái)自對(duì)企業(yè)的認(rèn)識(shí)以及深度合作。郭新聞教授認(rèn)為，如果只坐在實(shí)驗(yàn)室做研究是不行的，要走出實(shí)驗(yàn)室，與企業(yè)加強(qiáng)合作，更要知道企業(yè)需要什么，從企業(yè)角度入手之后，解決問(wèn)題的思路隨之發(fā)生變化，很多問(wèn)題都迎刃而解。
郭新聞教授現(xiàn)在正在做的課題之一就是二氧化碳催化轉(zhuǎn)化，將二氧化碳通過(guò)催化加氫轉(zhuǎn)化為甲烷、甲醇、一氧化碳、甲酸、低碳烯烴和芳烴等有價(jià)值化工原料。
郭新聞教授有一個(gè)夢(mèng)想：“我希望我能研制出一臺(tái)機(jī)器，這邊進(jìn)的是二氧化碳，那邊就出芳烴（汽油的主要成分）?！北寂茉谧分饓?mèng)想的道路上，他很有信心。
