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【中国科技网】郭新闻:四十年磨一剑,为实现“双碳”目标尽一份力

2024-06-30作者:科技日报记者 王延斌

进入2024年,大连理工大学教授郭新闻的科研事业按下了“加速键”——

5月份,《自然·通讯》刊发其和合作伙伴的文章,报道了一种可控构建复合氧化物界面催化体系的方法,制备了具有纳米球形结构的MnO2-MnxCo3-xO4复合氧化物界面催化体系,并在乙烷催化氧化反应中表现出优异的催化活性与稳定性;4月份,《能源化学》刊文关注其和合作伙伴的成果,他们开发了一种简单廉价的方法,通过高分散SiOx修饰In2O3表面,显著缓解In2O3颗粒烧结,使其稳态反应速率增加了两倍。以此为基础构筑的0.6Si/In2O3负载Pd催化剂表现出更高的甲醇生成速率,兼具良好的结构稳定性;6月份,《德国应用化学》刊文关注其和合作伙伴的成果,他们设计合成了一种具有低配位Cu-N2的单原子催化剂,将二氧化碳光催化转化成乙醇……

盘点郭新闻教授近40年的科研生涯,“催化”是一个绕不开的词。他俯身于催化领域,选择了多相催化、分子筛催化、择形催化、选择氧化等方向,他在《自然·通讯》《德国应用化学》等主流期刊发表SCI论文583篇;更重要的是钛硅分子筛催化剂完成百吨级工业放大,成功应用于15万吨环氧丙烷工业示范装置。

手握中国石油和化学工业协会科技进步一等奖、国家科技进步奖二等奖等众多大奖,郭新闻教授将目光瞄准了科研转化。

将博士论文变成了实实在在的产品

“我目前研究工作主要围绕催化剂的研发来做,因为我的博士论文就是做分子筛的设计、合成及应用。”郭新闻教授说。

分子筛是一种具有精确和单一的微小孔洞的材料,具有均一的孔径和极高的比表面积,可用于吸附气体或液体,也可用于催化反应。据了解,分子筛发展起源于天然硅铝酸盐矿石——沸石,其内部具有丰富的孔道,这些细微的孔道对于分子具有选择通过的特性,可用于气体分离。但随着研究的深入,研究者发现分子筛的骨架元素也可以由磷、钛、硼等元素取代,从而形成磷铝类分子筛、钛硅类分子筛和其他杂原子类分子筛等不同类型的分子筛族系。如今,随着各种新型结构的分子筛产品相继被开发问世,进行产业化推广并不断拓展其应用领域,分子筛在吸附、催化、分离、生物传感、微电子等领域得到广泛运用。

“我的博士论文就是关于钛硅分子筛的合成,做了30多年。”郭新闻教授说,他们先后获得了国家基金支持,成为国家级重大攻关项目的课题。之后跟企业合作,从小试、中试到产业化,一路走过来不容易。源于自身对工业催化剂的兴趣,郭新闻教授率领团队研究各种各样的催化剂,每一种催化剂都有不同功能、不同结构、不同性质。

分子筛从“基础理论—实验室研发—工业规模化生产—市场应用”,是一个长期的过程,需要经受时间的考验。而原创型的分子筛产品从实验室阶段到产业应用,开发周期长、研发投入大。但其事关国计民生的重要性,这也成为郭新闻教授的科研动力。

从实验室到车间,中间隔了“千山万水”

当科学家能为一个项目付出30多年光阴的时候,这个项目的重要性便凸显出来。谈到科研对国计民生的影响,郭新闻教授提到了对二甲苯的例子。

对二甲苯是最重要的化工产品之一,当前我国对二甲苯的生产强烈依赖于石油资源,且主要依靠芳烃联合装置来增加对二甲苯产能。郭新闻教授课题组长期致力于发展甲苯与甲醇择形催化制对二甲苯技术,该技术以产能相对过剩的甲苯和廉价的甲醇为原料,利用ZSM-5分子筛的孔道择形效应,通过一步反应,高选择性合成对二甲苯。

该技术能够拓宽对二甲苯生产原料来源,促进石油化工与煤化工的平衡发展;而且具有工艺流程短、分离能耗低等技术优势。

从理论走向产业化落地,需要经历坎坷的过程,用郭新闻教授的话说,这中间隔了“千山万水”。

其中的坎坷之一来自认知。郭新闻教授提到,当初做钛硅分子筛时,行业内的共识是降低成本,但沿着这个思路走,很难走到工业化;不过,转变思路之后,他们从降成本走到了追求性能上,工业化就水到渠成了。

对于工业化,郭新闻教授表示要保持耐心。以二氧化碳为例,“二氧化碳可转化成高附加值产品,但很多这种转化在实验室阶段并不能马上工业化,因为我们在做一种前瞻性的基础研究,是为未来做储备。”郭新闻教授说,“未来五年、十年甚至二十年,二氧化碳转化可能应用到了市场上,由此带来的价值是不可估量的。”

其中的坎坷之二,来自对企业的认识以及深度合作。郭新闻教授认为,如果只坐在实验室做研究是不行的,要走出实验室,与企业加强合作,更要知道企业需要什么,从企业角度入手之后,解决问题的思路随之发生变化,很多问题都迎刃而解。

郭新闻教授现在正在做的课题之一就是二氧化碳催化转化,将二氧化碳通过催化加氢转化为甲烷、甲醇、一氧化碳、甲酸、低碳烯烃和芳烃等有价值化工原料。

郭新闻教授有一个梦想:“我希望我能研制出一台机器,这边进的是二氧化碳,那边就出芳烃(汽油的主要成分)。”奔跑在追逐梦想的道路上,他很有信心。

原文链接:http://www.stdaily.com/index/kejixinwen/202406/e493fdb4e78d41409ed5324af0ffca41.shtml


来源:党委宣传部 新闻中心
编辑:于舒雯